Интерфейс токовая петля

Интерфейс «токовая петля» для представления сигнала использует не напряжение, а ток в двухпроводной линии, соединяющей приемник и передатчик.

Токовая петля обычно предполагает гальваническую развязку входных цепей при­емника от схемы устройства. При этом источником тока в петле является передатчик (этот вариант называют активным передатчиком). Возможно и питание от приемника (активный приемник), при этом выходной ключ передатчика может быть также гальванически развязан с остальной схемой передатчика. Существу­ют упрощенные варианты без гальванической развязки, но это уже вырожденный случай интерфейса.

Токовая петля с гальванической развязкой позволяет передавать сигналы на расстояния до нескольких километров, но при невысоких скоростях (выше 19 200 бит/с не используют, а на километровых расстояниях допустима скорость до 9600 бит/с и ниже). Допустимое расстояние определяется сопротивлением пары проводов и уровнем помех. Поскольку интерфейс требует пары проводов для каждого сигнала, обычно используют только два сигнала последовательного ин­терфейса (4-проводная линия). В случае двунаправленного обмена применяются только сигналы передаваемых и принимаемых данных, а для управления потоком используется программный метод XON/XOFF. Если двунаправленный обмен не требуется, применяют одну линию данных, а для управления потоком обратная линия задействуется для сигнала CTS (аппаратный протокол) или встречной ли­нии данных (программный протокол). При надлежащем ПО одной токовой пет­лей можно обеспечить двунаправленную полудуплексную связь двух устройств. При этом каждый приемник «слышит» как сигналы передатчика на противопо­ложной стороне канала, так и сигналы своего передатчика. Они расцениваются коммуникационными пакетами просто как эхо-сигнал. Для безошибочного приема передатчики должны работать поочередно

 

 

Функции BIOS для COM–порта

По умолчанию COM-порт машины имеет следующие установки:

V=2400 Бод

L=7 бит

контроль по четности

S=1 бит

DTR=RTS=0=+12B

 

INT 14H

00H – инициализация. (установка скорости обмена и формата посылок, задан­ных регистром AL; запрет источников прерываний). На сигналы DTR и RTS влияния не оказывает (после аппаратного сброса они пассивны).

01Н – вывод символа из регистра AL (без аппаратных прерываний). Активиру­ются сигналы DTR и RTS, и после освобождения регистра THR в него помещает­ся выводимый символ. Если за заданное время регистр не освобождается, фик­сируется ошибка тайм-аута и функция завершается.

02Н – ввод символа (без аппаратных прерываний). Активируется только сиг­нал DTP (RTS переходит в пассивное состояние), и ожидается готовность при­нятых данных, принятый символ помещается в регистр AL. Если за заданное время данные не получены, функция завершается с ошибкой тайм-аута.

03Н – опрос состояния модема и линии чтение регистров М S R и L S R). Эту гаран­тированно быструю функцию обычно вызывают перед функциями ввода-вы­вода во избежание риска ожидания тайм-аута.

 

 

Ячейки области данных BIOS, хранящие физические адреса последовательных портов с именами COM1..COM4.

COM1	COM2	COM3	COM4
0:$0400	0:$402	0:$0404	0:$406

Организация программы опроса физических адресов для последовательных портов аналогична программе в п. 3.8.

 

5. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые интерфейсы

---------------

Назначение, технические характеристики, области применения АЦП и ЦАП. Функциональные схемы и принцип работы АЦП с динамической компенсацией, с параллельным преобразованием. Функциональная схема и принцип работы ЦАП.

--------------

Сигналы системы управления, представленные в виде непрерывных физических величин, будем называть аналоговыми, если величина сигнала кодирует значение физической величины, в отличие от логических сигналов – кодировка физической величины путем задания дискретных значения (0,1), промежуточные значения в виде интервалов относятся к этим двум уровням.

 

ω, рад/с				…
Uдс				…

 

 

Цифровой принцип измерения скорости

 

ω=,

Z – импульс/оборот;

N/Z – часть оборота, совершенного за время T_Э.

φ=– угол поворота в радианах.

Т= φ/Т_Э

 

Информационным носителем являются импульсы напряжения U_фд. Амплитуда не несет информации о скорости, её несет период импульсов.

5.1 Функциональная схема цифро-аналоговой систему управления

Пусть задающий сигнал – аналоговый.

 

 

 

Предметом рассмотрения дальше будут АЦП и ЦАП, которые преобразуют цифровые сигналы в аналоговые и наоборот.

АЦП – аналого-цифровой преобразователь;

ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь;

Uз – задание на скорость;

Uз* – цифровой код задания на скорость;

Uдс – аналоговый сигнал обратной связи по скорости.

 

5.2 Принцип построения в ЦАП

Машина может работать с аналоговой информацией, при этом информация представляется в виде______________

Уровень напряжения кодирует сигнал.

Основные узлы:

1. U_Э –

2. делитель по схеме «R-2R»

3. RG-регистр хранит принимаемую информацию.

_____________ и выходами управляется ключами, переключая разрядные токи SA0…SA3.

4. Сумматор токов на операционном усилителе DA1.

Центральную роль играет делитель «R-2R».

Независимо от переключения SA0…SA3, режимы делителя не изменяются.

Переключатели SA0…SA3 – транзисторные.

 

На практике n=10

U_вых=-I_вх*R_ос I_вх= U_вх /R_вх

 

3разряд: U_вых=-1/2 I_о*R_ос

2разряд: U_вых=-1/4 I_о*R_ос

1разряд: U_вых=-1/8 I_о*R_ос

0разряд: U_вых=-1/16 I_о*R_ос

 

Обозначим информационное слово, записываемое в регистр ЦАП, как последовательность десятичных цифр.

SD: <α3 α2 α1 α0>

αi = ;

U_вых= –(α3*1/2 + α2*1/4+ α1*1/8 + α0*1/16) I_о*R_ос

При n→∞ R_экв≈R I_o= U_Э /R_Э

U_вых= –(α3*1/2 + α2*1/4+ α1*1/8 + α0*1/16) U_Э *R_ос /R_Э

 

 

SD:=….. {формирование выходного кода}

port[Adr]:=SD; {вывод в регистр с адресом Adr}

 

 

Математическая модель ЦАПа

 

Проходная характеристика ЦАПа дискретизирована по уровню.

Величина шага дискретности (σ):

,

где n – число разрядов.

n_{реальное}=10

 

5.3 Аналого-цифровой преобразователь с динамической компенсацией (АЦП)

Компаратор

ЦАП

Счетчик импульсов

___________ эталон стабилизирующей частоты

G – генератор

& – схема «и»

RG – выходной регистр АЦП

 

Принцип работы поясним диаграммой:

 

φ_н = φ_и

 

t=0→ сброс φ_н < φ_и Е=1

 

t=t₁ φ_н = φ_и Е=0 счетчик → RG =1

 

t₁ – время преобразования

 

n=8 N*_max=255 δ=1/ N*_max=0.5% – точность

 

f_э=1кГц t₁= N*_max∙1/ f_э=256*0,001=0,256с

 

f_max=1/2*1/0.256=2Гц

 

5.4 АЦП с поразрядным уравновешиванием

 

Алгоритм АЦП:

l_x |^{_____________}|

β₀ |^_| = 1

β₁ |^__| = 2

β₂ |^____| = 4

β₃ |^________| =8

β₄ |^{________________}| = 16

 

l_x ={β₄ β₃ β₂ β₁ β₀}

1. β₄ сравним с l_x β₄> l_x l_x ={0 β₃ β₂ β₁ β₀}

2. β₃ сравним с l_x β₃< l_x l_x ={0 1 β₂ β₁ β₀}

3. (l_x-β₃) сравним с β₂ l_x ={0 1 0 β₁ β₀}

………

5. l_x ={0*β₄ 1*β₃ 0*β₂ 1*β₁ 1*β₀} l_x ={0 1 0 1 1}

 

Пример:

l_x |^{__________________________________}|

l₄ |^_| = 1

l₃ |^__| = 2

l₂ |^____| = 4

l₁ |^________| =8

l₀ |^{________________}| = 16

 

l_x< > l₀; l_x > l₀ → l_x ={1 x x x x }

(l_x - l₀)< > l₁; (l_x - l₀) > l₁ → l_x ={1 1 x x x }

(l_x - l₀ – l₁)< > l₂; (l_x - l₀ – l₁) > l₂ → l_x ={1 1 1 x x }

………….

Электрическая схема

 

 

 

Работу АЦП поясним рисунками:

На интервале времени t1 напряжение соответствует весу разряда α₅. Сравнивается с U_вх. Компаратор, обнаружив, что вес этого разряда меньше, чем U_вх, через устройство управления оставляет этот разряд в выходном коде. Память фиксирует этот разряд. На интервале t1–t2 устройство управления дополнительно включает разряд α₄. Устройство управления оставляет включенным сигналα₄.

Ux={α₅ α₄ α₃ α₂ α₁ α₀}={1 1 0 0 1 0}

В заключение устройство управления перепишет код в выходной регистр.

 

Программистская модель

Абсолютная погрешность: n=8 σ=0.4% U_m

n=12 σ=0.02% U_m

Относительная погрешность: n=12 ε=0.02%

Характеристика вход-выход для АЦП

 

Получение двуквадрантного АЦП

 

Оценка времени.

 

t_преобр=nT

f_э=1 кГц T=0.001c

t_преобр=12*0.001≈0.01c – не зависит от измеряемого напряжения.