Типовые структуры аналого-цифровых каналов ввода-вывода
Назначение каналов ввода данных в вычислителе – получение аналоговой или дискретной информации с датчиков, нормализация сигналов, реализация квантования сигналов по времени и выполнение аналого-цифрового (АЦ) преобразования. Типовые структуры каналов ввода и АЦ-преобразования показаны на рис. 18.1.
Структурная схема на рис. 18.1-а представляет блок ввода и преобразования данных с параллельными аналоговыми входами. Эта структура обладает наиболее высокими техническими характеристиками. Производительность такой схемы находится в прямой зависимости от быстродействия АЦП и ограничена его динамическими параметрами. Поэтому в подобных схемах применяют АЦП с максимальным быстродействием. Относительно каждого входного сигнала АЦП функционирует в режиме разделения времени. Это значит, что под воздействием сигналов управления от вычислителя в каждый момент времени сигнал с одного из датчиков коммутируется на вход АЦП и преобразуется в цифровой код, считываемый в вычислитель. Высокая точность фиксации сигналов и преобразования достигается за счет индивидуального блока квантования и фиксации на основе устройства выборки хранения (УВХ), а также полного уникального набора устройств согласования и нормализации аналоговых сигналов в каждом канале.
Схема с последовательным аналоговым вводом (рис. 18.1-б) обладает характеристиками, идентичными схеме с параллельными аналоговыми входами. Аппаратурные затраты на реализацию схемы меньше за счет применения одного УВХ, работающего в режиме разделения времени, как и АЦП. Но при этом может ухудшится качество фиксации сигналов за счет усредненных параметров УВХ.
Схема сбора аналоговых сигналов на рис. 18.1-в является наиболее простой в смысле аппаратной реализации и управления работой, но обеспечивает относительно низкое качество фиксации и преобразования сигналов. Использование такой структуры оправдано при наличии группы датчиков с идентичными параметрами выходных сигналов.
Наиболее дорогостоящей является схема с параллельными цифровыми входами, представленная на рис. 18.1-г. Высокая точность преобразования достигается за счет применения индивидуального АЦП в каждом канале ввода. Многоразрядный цифровой мультиплексор обеспечивает коммутацию выходных цифровых кодов АЦП на общую шину данных вычислительного устройства.
Рис. 18.1. Типовые структуры каналов ввода
и аналого-цифрового преобразования информации:
1 - датчик; 2 - согласующее устройство; 3 - схема нормализации; 4 - функциональный преобразователь; 5 - устройство выборки-хранения (УВХ); 6 - аналоговый мультиплексор;
7 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 8 - бортовой вычислитель; 9 - сигналы управления; 10 - данные в цифровом виде; 11 - цифровой многоразрядный мультиплексор.
Согласующее устройство обеспечивает необходимое соотношение выходного сопротивления датчика и входного сопротивления последующих схем, а также уровень токов или напряжений. Может использоваться для усиления слабых сигналов, которые обычно имеют место для температурных датчиков. Также согласующее устройство может обеспечивать гальваническую развязку электрических цепей.
Схема нормализации обеспечивает приведение входного аналогового сигнала к определенному диапазону напряжений, необходимому для работы АЦП.
Функциональный преобразователь может выполнять такие операции, как фильтрация, интегрирование или дифференцирование сигналов.
Типовые структуры каналов цифроаналогового преобразования и вывода данных показаны на рис. 18.2
Типовые структуры каналов цифроаналогового преобразования и вывода данных показаны на рис. 18.2.
Схема на рис.18.2-а с параллельными преобразователями является более дорогостоящей, но обеспечивает высокую точность формирования выходных сигналов за счет возможности индивидуального подбора характеристик каждого цифроаналогового преобразователя (ЦАП). Цифровой демультиплексор обеспечивает сопряжения параллельных цифровых входных линий каждого ЦАП с шиной данных вычислителя. Блоки ЦАП в данном случае должны иметь встроенные средства фиксации цифрового кода на весь период дискретности. В качестве таких средств используют параллельные регистры Рис. 18.2. Типовые структуры вывода и преобразования данных:. 1 - цифровой коммутатор (демультиплексор); 2 - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) с регистром хранения; 3 - сигналы управления от вычислителя; . 4 - цифровой код; 5 - аналоговый коммутатор (демультиплексор); 6 - УВХ или экстраполятор
Схема с последовательным преобразованием (рис.18.2-б) значительно дешевле за счет использования единственного ЦАП в режиме разделения времени. Однако в состав схемы должны входить средства фиксации и сглаживания аналоговых сигналов на основе экстраполяторов или УВХ, которые обеспечивают постоянство уровня выходного аналогового сигнала на каждой линии в течение всего периода дискретности, пока ЦАП обслуживает другие каналы.
Повторить материал «Характеристика протоколов обмена данными . между процессором и другими устройствами» (см. ранее)
Повторить материал «Характеристика протоколов обмена данными
между процессором и другими устройствами» (см. ранее).
|
