|
| |
|
Слаботочка Книги 4. ЦИФРО-АНАЛОГОВОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ в некомпьютерном мире сигналы обычно аналоговые, а компьютером обрабатываются сигналы цифровые. В главе 3 описан первый интерфейс между внешним мирсям и компьютером. В этой главе описано обратное преобразование цифровх сигналов в аналоговые, а также различные примеры использования этого преобразования. Будут описаны две базовые платы : 1. Порт вывода, который преобразует 8-битовые слова компьютера в потенциальные сигналы О В или 5 В на 8 выходных линиях. 2. Плата цифро-аналогового преобразователя, которая содержит порт вывода и микросхему преобразователя чисел в диапазоне 0-255 в соотвтствующее выходное напряжение. 4.1. ПОРТ ВЫВОДА Микросхемы порта вывода 74LS374 принимает сигналы с итны данных СПЕКТРУМА тогда и только тогда, когда на вход СК (СШСЮ поступает сигнал. Состояние микросхемы сохраняется до поступления следующего импульса на вход СК. Говорят, что микросхема защелкивает данные. Если не использовать защелкивание , то сигналы на выходе будут представлять непонятные последовательности высокочастотных импульсов на каждой линии шины данных. Схема выборки выходного порта выполнена на 2 элементах микросхемы 74LS27; аналогично было сделано для выборки АЦП в главе 3. Адрес 31 формируется из отдельных сигналов: на адресной линии А5, вместе с сигналом WR (линия записи) и 10RQ (линия запроса ввода/вывода). Первый элемент выделяет сигнал выборки, а другой инвертирует его для получения необходимого для записи сигнала на входе СК миикросхемы 74LS374. При выводе на внешнее устройство, подсоединенное к СПЕКТРУМУ, некоторого числа, например 255, расположенного в ячейке памяти с адресом 64000, яьшолняется следующая последовательность действий: 1. Запускается программа, выводящая 255 из ячейки 64000: 10 OUT 31, РЕЕК 64000 2. Двоичный эквивалент 255,11111111, появляется на шине данных и попадает на входы микросхемы 74LS374 изображенной на рис.4.1. 3. Сигнал выборки, полученный из сигналов А5, WR и IORQ дает команду микро- схеме защелкнуть все 8 триггеров и передать 8 единиц на выходы микросхемы. 4. Следующая команда программы сбросит сигнал выборки и продолжит вып ние программы. 5. Однако на выходе будут сохраняться 8 единиц до тех пор пока не будет вы] йена следующая команда 0UT31. Электрическая принципиальная схема очень проста и может быть разобрана са мостоятельно. ТТЛ выводы этой микросхемы могут непосредственно управлять све-тодиодом, однако предпочтительно использовать оптоизолятор (оптрон), который изолирует схему порта вывода и компьютера от внешних воздействий. На рис.4.1 показана схема подключения оптрона. Оптроны могут быть трех типов:   Рис.4.1 Принципиальная схема порта Вывода 1. Оптотранзистор состоит из свётбдиода и составного транзистора (схемы Дарлингтона). Такой оптршможно использовать для непосредственного управления реле, небольшой лампочкой, высоковольтным транзистором или семистором. 2. Оптотиристор пригоден для управления схемами для питания которых достаточно одного полупериода переменного напряжения. 3. Опгосимистор - аналогичен предыдущему прибору, но для питания нагрузки используются два полупериода. К описанному порту вывода можно подключать до 8 оптронов одновремеиио, если для их питания хватит мощности источника +5 В комьютера. Внешние схемы должны иметь свой собственный источник питания для исключения перегрузки источника питания компьютера. Кроме указанных выше оптронов в качестве изолирующего (развязывающего) прибора между портом вывода (или ЦАП) и внешней низковольтной схемой постоянного тока можно использовать МОП-транзистор. Этот тип транзистора хорошо работает в качестве сильноточного переключателя для управления электродвигателями постоянного тока, например используемыми в модели железной дороги (разделе. 6) или в манипуляторе робота. Тиристоры и симисторы- приборы переменного тока и не могут включать и выключать постоянный ток как реле. Нагрузкаможет включаться в цепь стока или истока последовательно с транзистором. Типичным транзистором указанного типа: является VN46AF, который может переключать ток в нагрузке до 2 А при напряжении источника питания до 40 В. 4.2. КОНСТРУКЦИЯ ПЛАТЫ ПОРТА ВЫВОДА Порт вывода можно собрать на специально разработанной печатно плате и на макетной плате. Расположение элементов на макетной плате может быть произвольным. Ножевой разъем жестко крепится на плате с помощью двух винтов. Лишние выводы обрезаются и производится распайка разъема согласно приведенной схеме. На противоположном разъему конце платы, со стороны элементов устанавливается другой разъем для подключения платы оптронов. Можно установить оптроны и на одной плате с портом вывода. Оптроны управляющие небольшими 5-8 вольтовыми реле, которые могут, в свою очередь, управлять иллюминацией, насосом отопительной системы и т.д. (см. разделы 4.7-4.10). Если ипользовать оптотиристоры, то реле можно не устанавливать. При этом нужно учитывать, что на плату заводится высокое, опасное для жизни напряжение. Это напряжение опасно не только для жизни человека, но и для всей электроники. Внешние цепи здесь не показаны т.к. они зависят от конкретного применения. 4.3. ПРОВЕРКА ПЛАТЫ ПОРТА ВЫВОДА Платы подсоединяются к СПЕКТРУМУ при всех выключенных напряжениях. До этого необходимо проверить плату визуально и с помощью омметра выявить все короткие замыкания и другие ошибки. Когда все ошибки будут устранены вставте плату в разъем и включите питание. СПЕКТРУМ должен запуститься обычным образом, если это не так, то выключите питание и проверьте все еще раз. После включения выходное напряжение на D1-D8 должно быть логическим О т.е. почти О В. Введите: OUT 31,255 (и, конечно, ErГER) и все выходные сигналы примут значение логической 1 , около 5 В. Плата реле или оптронов подключается к плате порта вывода при выключенном питании компьютера. Оптроны управляются одновременно выходными сигналами порта вывода и имеют общий с ним источник питания. Реле или другие приборы должны иметь свой собственный источник питания. Такая система, образованная платой порта вывода и, например, релейной проверяется обычным способом на отсутсвие ошибок. 4.4. ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Второй основной платой описанной в этой книге является ЦАП с интегральным J портом (таким же как и уже описанный), входным и выходным усилителями. Входной усилитель расположенный в этой плате (один из 4-х операционных усилителей микросхемы 3403) используется для усиления сигналов, поступающих на вход АЦП описанного в гла 3. Два свободных усилителя этой микросхемы при необходимости можно использовать. Схема их включения аналогична усилителю с выводами 1,2,3. Схема ЦАП приведена на рис 4.2. Плата ЦАП рассчитана на подключение к разъему на плате АЦП. На этом разъеме имеются все необходимые сигналы. Такая конструкция платы определяется тем, что во многих применениях ЦАП и АЦП используются совместно. Схема ЦАП не использует источников питания СПЕКТРУМА. Для питания ЦАП используется внешний источник +5В,-5В,+10В. Я тщетно пытался получить эти питающие напряжения от СПЕКТРУМА. Для питания ЦАП можно использовать простой источник питания содержащий минимум элементов и обеспечивающий требуемые напряжения. Для построения ЦАП выбрана дешевая микросхема типа DAC0801. Выход этой микросхемы построен таким образом, что входы операционного усилителя можно подключать к нему непосредственно. На выходе операционного усилителя будет выходной аналоговый сигнал (этот сигнал измеряется относительно ОВ). В этой схеме используется выходной порт такой-же как и в предыдущей схеме. Схема адресации расположена на плате АЦП за исключением одного инвертора на микросхеме 74LS04 размещенной на плате ЦАП.
+ \ 7 3403 CD- - олс OUTPUT DACnOI V7K lliiw. 1 3403 OUT Рис. 4.2 Прищдипиальная схема ЦАП Схема ЦАП преобразует 8-разрядные двоичные слова в соответствующее положе- . ние управляемого резнстнвногоделнтеля. Все эти положения нумеруются от О до 255. Тактирования ЦАП не требуется, т.к. преобразование выполняется непосредственно и это делает схему относительно простой. 4.5. КОНСТРУКЦИЯ ЦАП ЦАП можно сконструировать и на специально разработанной печатной плате и иа макетной плате. Предпочтение отдано монтажу изолированным проводом, т.к. одноименные выводы микросхем (D1-D8) 74LS374 и DAC0801, которые должны быть соединены между собой, имеют разные номера. Эта сложность может быть преодолена и без применения изолированных проводов, однако этого нужна плата в 4 раза больше. Можно, конечно, сделать и такую плату. Монтаж платы выполняется в обыадгой последовательности: - -~~ 1. Монтажная плата обрезается по размеру и разрезаютсяшщние перемычки. 2. Устанавливаются панельки для микросхем. 3. Выполняются соединения изолированным проводом 0,6 мШ = - 4. Устанавливают разъемы и другие элементы. 5. (Собирается источник питания и подключается к плате. 6. В панельки вставляются микросхемы. 4.6. ПРОВЕРКА ЦАП Выполнить обычную визуальную проверку монтажа. Не включая СПЕКТРУМ вставть в разъем АЦП и ЦАП. Не включая питания ЦАП включить компьютер. Если СПЕКТРУМ стартует но1 1ально, то можно продолжить проверку. Проверить источник питания, установить напряжения +5 В, -5 В, +10 В. Вставить все платы в разъемы и включить питание. СПЕКТРУМ опять должен стартовать обычным образом. Введите: 10 FOR Х-1 ТО 255 20 Оит31,Х 30 NEXTX 40 GOTO 10 При выполнении этой программы генерируется линейно-изменяющеесв переменное напряжение, которое может быть измерено вольтметром, который подключается к выходу ЦАПа и шине питания О В. Линейное изменение напряжения от минимального до максимального длится около 1 сек. С помощью осциллографа можно убедиться что линейно-изменяющееся напряжение состоит нз 255ступенек. Наконец проверяем усилитель расположенный на плате АЦП по методике описанной в разделе 3.9. 4.7. СВЕТОВЫЕ ЭФФЕКТЫ Этот проект основан на использовании программируемого таймера и имеет множество применений. Листинг программы: 10 DIMa(8):DlMb(100):DIM:p(100):DIMq(10) 20 LET 2-Ю: LET у-0: LET grO 100 INPUT number of events ;a: LET 105 PRINT g 110 PRINT event period 120 FORn-lTOa 130 INPUT type 8-digit number ;b (n) 140 PRINT n 150 INPUT type interval up to 255 ;p(n) 160 PRINT TAB 6;b(n);TAB 20;p(n) 170 LETz-b(n) 180 GO SUB 230 190 POKE (4000Of2 n),y 200 POKE(40001+2*n),p(n) 210 NEXTn 220 PRINT press any key to start program : PAUSE 0: GO TO 300 230 LETy-0 235 FOR v-8 TO 1 STEP -1 240 IFINT ((10(v-l))-z)<-0THENLETq(v)-2(v-l): GOTO260 250 IFINT ((10(v-l))-z)>0THENlETq(v)-0:GOTO270 260 LETz-(z-(10(v-l))) 270 LETy-y+q(v) 280 NEXTv 290 RETURN 300 FORb-lTOq 310 LETy-PEEK (40000+2*b) 320 0UT31,y 330 GO SUB 500 340 PRINT event ;b; ;z 350 PRINT TAB 17; period ;b; ;PEEK (40001+2*b) 360 PAUSE PEEK (40001+2*b) 370 NEXT b 380 STOP 500 LETz-0 - 505 F0RW-8T0 1 STEP-1 510 IF INT (y-(2(W-l )))<0 Пт№тЩ)-0: GOTO 540 520 IFINT (y-(2(w-l)))>-0THENLE<w)-10(w-l) 530 LETy-(y-(2Cw-l))) 540 LET2-z+a(w) SSO NEXTw : .f 560 RETURN 1%----° 1000 FORx-OTO 15 . 1010 PRINT PEEK (40000+x> , - 1020 NEXTx = Программа состоит нз следующих частей: 1. Строки 10-170 позволяют пользователю устанавливать интервалы времени и значения выходных сигналов. 2. Строки 190 и 200 загружают эту информацию в последовательные ячейки памяти для дальнейшего использования. 3. Строки 230-290 - это программа перевода числа из двоичной формы записи а десятичную. Это позволяет пользователю программировать выходные сигналы в виде 8-разрядного двоичного числа. К сожалению, оператор BIN для этой цели здесь использовать нельзя. 4. Строки 300-380 - считывается записанная ранее в память ннформаци 10 выходных сигналах. Далее эти данные выдаются на порт вьшодаТ ~ 5. Строки 500-560 это программа перевода чисел из десятичной формы записи в двоичну ю, что требуется для отображения на экране О и 1 обозначакяЩш включение и выключение источников света. Объясним процесс работы программы на примере светофора.
1 2 3 4 5 [6] 7 8 9 10 11 12 13 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||