Функциональная схема устройства управления

Введение

 

Интерфейс - это аппаратное и программное обеспечение (элементы соединения и вспомогательные схемы управления, их физические, электрические и логические параметры), предназначенное для сопряжения систем или частей системы (программ или устройств). Под сопряжением подразумеваются следующие функции:

· выдача и прием информации;

· управление передачей данных;

· согласование источника и приемника информации.

По способу передачи информации интерфейсы подразделяются на параллельные и последовательные. В параллельном интерфейсе все биты передаваемого слова (обычно байта) выставляются и передаются по соответствующим параллельно идущим проводам одновременно. В PC традиционно используется параллельный интерфейс Centronics, реализуемый LPT-портами, шины ATA, SCSI и все шины расширения. В последовательном интерфейсе биты передаются друг за другом, обычно по одной (возможно, и двухпроводной) линии. Эта линия может быть как однонаправленной (например, в RS-232C, реализуемой СОМ-портом, шине Fire Wire, SPI, JTAG), так и двунаправленной (USB).

Важное значение имеют также следующие технические характеристики интерфейсов:

· вместимость (максимально возможное количество абонентов, одновременно подключаемых к контроллеру интерфейса без расширителей);

· пропускная способность или скорость передачи (длительность выполнения операций установления и разъединения связи и степень совмещения процессов передачи данных);

· максимальная длина линии связи;

· разрядность;

· топология соединения.

Трудно найти область человеческой деятельности, где бы не использовались, в той или иной форме, микропроцессоры и разнообразные устройства на их основе: начиная от сложнейших систем автоматического управления вплоть до простейших датчиков. Системы на их основе представляют собой автоматизированные микропроцессорные комплексы управления и контроля. Они разрабатываются и применяются в программных комплексах диагностики, контроля и управления в различных отраслях. Программно-технический комплекс диагностики и контроля позволяет получать исчерпывающую информацию о состоянии устройств, подключенных к микропроцессорной системе и выдавать управляющие сигналы. В последние годы промышленностью налажен выпуск программного обеспечения и специальных сменных плат, позволяющих превращать компьютер в высококачественную измерительную и испытательную систему. Компьютеры, оснащенные подобным образом, могут использоваться в качестве запоминающих цифровых осциллографов, устройств сбора данных, многоцелевых измерительных приборов. Применение компьютеров в качестве контрольно-измерительных приборов более эффективно, чем выпуск в ограниченных количествах специализированных приборов с вычислительными блоками.

Исходные данные

 

№ п/п – номер варианта - 44;

 

№										Порт	Примеч
44	16	128	500mA	24V						LPT

 

 – количество дискретных или аналоговых объектов управления;

 – количество двухпозиционных объектов контроля (кнопок или пар контактов) или объектов измерения (аналоговых);

 – максимальный ток, потребляемый дискретным объектом управления;

 – напряжение включения объекта управления (напряжение срабатывания реле, питания ламп или других источников нагрузки);

 – максимальный потребляемый ток аналогового источника нагрузки,;

 – диапазон напряжений для аналоговых объектов управления;

 – допустимая абсолютная погрешность по управлению;

 – диапазон измеряемых напряжений для аналоговых объектов контроля;

 – допустимая абсолютная погрешность по контролю;

Порт – необходимость применения интерфейса с указанным в этом поле портом;

Примеч. – дополнительные условия по использованию определенной элементной базы при создании УСО;

Базовый адрес порта ввода - вывода для варианта №44 определяется следующим образом:

44*8+300Н = 352(160Н)+768(300Н)=460Н

 

В двоичной системе исчисления: 010001100000

 

Подбор элементной базы

 

Для построения принципиальной схемы необходимо подобрать элементную базу и сформировать основные узлы устройства

К555АП6

Микросхема представляет собой восьмиразрядный двунаправленный приемопередатчик с тремя состояниями на выходе и без инверсии входной информации, применяется в качестве интерфейсной схемы в системах с магистральной организацией обмена информации, в системах цифровой автоматики и микропроцессорных устройствах

Режим работы определяется комбинацией сигналов на двух входах управления - Е и SED0. При низком уровне напряжения на входе управления третьим состоянием Е, направление передачи определяется логическим уровнем на входе SED, а при высоком уровне напряжения на входе Е выходы микросхемы переводятся в высокоимпедансное состояние.

 

 

Е	SED0	Операция
1	X	3-е состояние
0	1	Q->D
0	0	D->Q

 

В разрабатываемой схеме микросхема будет использоваться в качестве шинного формирователя, задача которого - обеспечение необходимого уровня мощности сигналов, а также для защиты интерфейса LPT от высокого потенциала в случае пробоя одного из транзисторов схемы управления индикацией.

К155ИР13

Микросхема представляет собой универсальный восьмиразрядный сдвиговый регистр с выходом на три состояния и может применяться в качестве буферного запоминающего устройства для временного хранения данных, для преобразования данных из параллельной формы в последовательную и наоборот или для задержки информационных сигналов

Возможны 4 режима работы: параллельная загрузка, сдвиги вправо (от D1 к D8) и влево (от D8 к D1),блокировка.

 

Входы							Входы
Сброс	Режим		Такт	Последовательный ввод		Параллельный ввод	Q0	Q1	…	Q6	Q7
R	S1	S2	С	DL	DR	D0-D7
0	x	x	x	x	x	X	0	0	…	0	0
1	X	x	0	x	x	x	Q0п	Q1п	…	Q6п	Q7п
1	1	1	↑	x	x	D0-D7	D0	D1	…	D6	D7
1	0	1	↑	x	1	x	1	Q0п	…	Q5п	Q6п
1	0	1	↑	x	0	x	0	Q0п	…	Q5п	Q6п
1	1	0	↑	1	X	X	Q1п	Q2п	…	Q7п	1
1	1	0	↑	0	x	X	Q1п	Q2п	…	Q7п	0
1	0	0	↑	x	x	X	Q0п	Q1п	…	Q6п	Q7п

 

Примечание: 0 – низкий уровень, 1 – Высокий уровень, х - любое состояние, ↑ - положительный перепад. Qnп – предыдущее значение n выхода.

К155ИД3

Микросхема представляет собой дешифратор четырехзначного двоичного кода. По входам Е0 и Е1 подаются сигналы разрешения выходов, чтобы устранять текущие выбросы, которыми сопровождается дешифрация кодов, появляющихся не строго синхронно (например, поступающих от счетчика пульсации). Чтобы разрешить прохождение данных на выходы, на входы Е0 и Е1 следует дать напряжение низкого уровня. Когда на входах Е0 и Е1 присутствуют напряжения высокого уровня, то на выходах 0-15 появляются также высокие уровни.

Дешифратор К155ИДЗ потребляет ток 56 мА. Время задержки распространения сигнала для цепи "вход А – выход" составляет 36 нс. Внешний вид и обозначения контактов приведены на рис. 4.5.

 

 

1	Номинальное напряжение питания	5 В 5 %
2	Выходное напряжение низкого уровня	не более 0,4 В
3	Выходное напряжение высокого уровня	не менее 2,4 В
4	Входной ток низкого уровня	не более -1,6 мА
5	Входной ток высокого уровня	не более 0,04 мА
6	Ток потребления	не более 56 мА
7	Время задержки распространения при включении по входам 20 - 23 по входам 18, 19	не более 33 нс не более 27 нс
8	Время задержки распространения при выключении по входам 20 - 23 по входам 18, 19	не более 36 нс не более 30 нс
9	Время дешифрации	не более 35 нс
10	Потребляемая мощность	не более 294 мВт

Список литературы

 

1.Меркулов, А. В., Микропроцессорная система управления на базе интерфейсов персонального компьютера[Текст]:: Учеб. пособие. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2004. – 70 с.: ил.

2. Программирование LPT портов на Delphi Электронный ресурс].- Электрон.дан..- Режим доступа: http://radiolomaster.net

3. Якубовсий, С.В. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы[Текст]: Справочник / С.В. Якубовский, Л.И. Ниссельсон, В.И. Кулешова и др. – М.: Радио и связь, 1089. – 496 с.

4. "Интегральные микросхемы: Справочник" / Б. В. Тарабин, Л.Ф. Лунин, Ю. Н. Смирнов и др.; под ред. Б. В. Тарабрина. – М.: Радио и связь, 1984 – 528с., ил.

5. Работа с LPT под Win 2000, XP: библиотека inpout32.dll[Электронный ресурс].- Электрон.дан..- Режим доступа: http://www.pcports.ru/articles/2.php

Введение

 

Интерфейс - это аппаратное и программное обеспечение (элементы соединения и вспомогательные схемы управления, их физические, электрические и логические параметры), предназначенное для сопряжения систем или частей системы (программ или устройств). Под сопряжением подразумеваются следующие функции:

· выдача и прием информации;

· управление передачей данных;

· согласование источника и приемника информации.

По способу передачи информации интерфейсы подразделяются на параллельные и последовательные. В параллельном интерфейсе все биты передаваемого слова (обычно байта) выставляются и передаются по соответствующим параллельно идущим проводам одновременно. В PC традиционно используется параллельный интерфейс Centronics, реализуемый LPT-портами, шины ATA, SCSI и все шины расширения. В последовательном интерфейсе биты передаются друг за другом, обычно по одной (возможно, и двухпроводной) линии. Эта линия может быть как однонаправленной (например, в RS-232C, реализуемой СОМ-портом, шине Fire Wire, SPI, JTAG), так и двунаправленной (USB).

Важное значение имеют также следующие технические характеристики интерфейсов:

· вместимость (максимально возможное количество абонентов, одновременно подключаемых к контроллеру интерфейса без расширителей);

· пропускная способность или скорость передачи (длительность выполнения операций установления и разъединения связи и степень совмещения процессов передачи данных);

· максимальная длина линии связи;

· разрядность;

· топология соединения.

Трудно найти область человеческой деятельности, где бы не использовались, в той или иной форме, микропроцессоры и разнообразные устройства на их основе: начиная от сложнейших систем автоматического управления вплоть до простейших датчиков. Системы на их основе представляют собой автоматизированные микропроцессорные комплексы управления и контроля. Они разрабатываются и применяются в программных комплексах диагностики, контроля и управления в различных отраслях. Программно-технический комплекс диагностики и контроля позволяет получать исчерпывающую информацию о состоянии устройств, подключенных к микропроцессорной системе и выдавать управляющие сигналы. В последние годы промышленностью налажен выпуск программного обеспечения и специальных сменных плат, позволяющих превращать компьютер в высококачественную измерительную и испытательную систему. Компьютеры, оснащенные подобным образом, могут использоваться в качестве запоминающих цифровых осциллографов, устройств сбора данных, многоцелевых измерительных приборов. Применение компьютеров в качестве контрольно-измерительных приборов более эффективно, чем выпуск в ограниченных количествах специализированных приборов с вычислительными блоками.

Исходные данные

 

№ п/п – номер варианта - 44;

 

№										Порт	Примеч
44	16	128	500mA	24V						LPT

 

 – количество дискретных или аналоговых объектов управления;

 – количество двухпозиционных объектов контроля (кнопок или пар контактов) или объектов измерения (аналоговых);

 – максимальный ток, потребляемый дискретным объектом управления;

 – напряжение включения объекта управления (напряжение срабатывания реле, питания ламп или других источников нагрузки);

 – максимальный потребляемый ток аналогового источника нагрузки,;

 – диапазон напряжений для аналоговых объектов управления;

 – допустимая абсолютная погрешность по управлению;

 – диапазон измеряемых напряжений для аналоговых объектов контроля;

 – допустимая абсолютная погрешность по контролю;

Порт – необходимость применения интерфейса с указанным в этом поле портом;

Примеч. – дополнительные условия по использованию определенной элементной базы при создании УСО;

Базовый адрес порта ввода - вывода для варианта №44 определяется следующим образом:

44*8+300Н = 352(160Н)+768(300Н)=460Н

 

В двоичной системе исчисления: 010001100000

 

Функциональная схема устройства управления

 

 

Функционально УС состоит из следующих основных компонентов:

· Шина данных (ШД): 8-ми разрядная, однонаправленная (от ПК к УСО)

· Шина управления (ШУ): 5-ти разрядная, однонаправленная (от ПК к УСО)

· Канал входной информации (КВИ): 5-ти разрядный, однонаправленный (от УСО к ПК)

· Блока питания 5V для питания интерфейсных схем;

· Источник питания 24V для обеспечения индикации.

Функциональная схема работы устройства сопряжения компьютера через стандартный периферийный параллельный порт обеспечивает передачу данных на устройство сопряжения по трем шинам:

шина данных (ШД)-8 разрядная однонаправленная (от ПК к УСО);

шина управления (ШУ)- 4 разрядная однонаправленная (от ПК к УСО);

канал входной информации (КВИ)- 5 разрядный однонаправленный (от УСО к ПК).

сигналы по шинам данных поступают на интерфейсную плату, которая обеспечивает взаимодействие с платами управления индикацией.

Подбор элементной базы

 

Для построения принципиальной схемы необходимо подобрать элементную базу и сформировать основные узлы устройства

К555АП6

Микросхема представляет собой восьмиразрядный двунаправленный приемопередатчик с тремя состояниями на выходе и без инверсии входной информации, применяется в качестве интерфейсной схемы в системах с магистральной организацией обмена информации, в системах цифровой автоматики и микропроцессорных устройствах

Режим работы определяется комбинацией сигналов на двух входах управления - Е и SED0. При низком уровне напряжения на входе управления третьим состоянием Е, направление передачи определяется логическим уровнем на входе SED, а при высоком уровне напряжения на входе Е выходы микросхемы переводятся в высокоимпедансное состояние.

 

 

Е	SED0	Операция
1	X	3-е состояние
0	1	Q->D
0	0	D->Q

 

В разрабатываемой схеме микросхема будет использоваться в качестве шинного формирователя, задача которого - обеспечение необходимого уровня мощности сигналов, а также для защиты интерфейса LPT от высокого потенциала в случае пробоя одного из транзисторов схемы управления индикацией.

К155ИР13

Микросхема представляет собой универсальный восьмиразрядный сдвиговый регистр с выходом на три состояния и может применяться в качестве буферного запоминающего устройства для временного хранения данных, для преобразования данных из параллельной формы в последовательную и наоборот или для задержки информационных сигналов

Возможны 4 режима работы: параллельная загрузка, сдвиги вправо (от D1 к D8) и влево (от D8 к D1),блокировка.

 

Входы							Входы
Сброс	Режим		Такт	Последовательный ввод		Параллельный ввод	Q0	Q1	…	Q6	Q7
R	S1	S2	С	DL	DR	D0-D7
0	x	x	x	x	x	X	0	0	…	0	0
1	X	x	0	x	x	x	Q0п	Q1п	…	Q6п	Q7п
1	1	1	↑	x	x	D0-D7	D0	D1	…	D6	D7
1	0	1	↑	x	1	x	1	Q0п	…	Q5п	Q6п
1	0	1	↑	x	0	x	0	Q0п	…	Q5п	Q6п
1	1	0	↑	1	X	X	Q1п	Q2п	…	Q7п	1
1	1	0	↑	0	x	X	Q1п	Q2п	…	Q7п	0
1	0	0	↑	x	x	X	Q0п	Q1п	…	Q6п	Q7п

 

Примечание: 0 – низкий уровень, 1 – Высокий уровень, х - любое состояние, ↑ - положительный перепад. Qnп – предыдущее значение n выхода.

К155ИД3

Микросхема представляет собой дешифратор четырехзначного двоичного кода. По входам Е0 и Е1 подаются сигналы разрешения выходов, чтобы устранять текущие выбросы, которыми сопровождается дешифрация кодов, появляющихся не строго синхронно (например, поступающих от счетчика пульсации). Чтобы разрешить прохождение данных на выходы, на входы Е0 и Е1 следует дать напряжение низкого уровня. Когда на входах Е0 и Е1 присутствуют напряжения высокого уровня, то на выходах 0-15 появляются также высокие уровни.

Дешифратор К155ИДЗ потребляет ток 56 мА. Время задержки распространения сигнала для цепи "вход А – выход" составляет 36 нс. Внешний вид и обозначения контактов приведены на рис. 4.5.

 

 

1	Номинальное напряжение питания	5 В 5 %
2	Выходное напряжение низкого уровня	не более 0,4 В
3	Выходное напряжение высокого уровня	не менее 2,4 В
4	Входной ток низкого уровня	не более -1,6 мА
5	Входной ток высокого уровня	не более 0,04 мА
6	Ток потребления	не более 56 мА
7	Время задержки распространения при включении по входам 20 - 23 по входам 18, 19	не более 33 нс не более 27 нс
8	Время задержки распространения при выключении по входам 20 - 23 по входам 18, 19	не более 36 нс не более 30 нс
9	Время дешифрации	не более 35 нс
10	Потребляемая мощность	не более 294 мВт