дискретный ввод в УМК. УМК. Реферат. Дискретный ввод в умк

Название	Дискретный ввод в умк
Анкор	дискретный ввод в УМК
Дата	27.03.2022
Размер	2.7 Mb.
Формат файла
Имя файла	УМК. Реферат.docx
Тип	Реферат #419280

Министерство Образования Российской Федерации

Реферат

По дисциплине: «Управляющие микропроцессорные комплексы».

На тему: «Дискретный ввод в УМК».

Выполнила ст-ка: Мусаева М. Х.

Гр. УИТС-18п

Проверил:

Содержание

Введение 3

Подсистема ввода-вывода в микропроцессорной системе 4

Дискретный сигнал 6

Типы дискретных входов 8

Ввод дискретной информации в групповой поток 13

Заключение 16

Список литературы 17

Введение

В данном реферате речь будет идти о различных интерфейсах ввода/вывода, которые на сегодняшний день широко используются в микропроцессорных системах и не только, а также о различных семействах микроконтроллеров, которые используются в микропроцессорных системах управления.

Операцией ввод/вывод называется взаимодействие между обработчиком информации и внешней средой, например человеком или другим обработчиком информации.[1]

Ввод означает сигнал или данные, полученные системой, а вывод - сигнал или данные, посланные ею. Устройства для взаимодействия между компьютерами, как модемы и сетевые карты, обычно служат устройствами ввода и вывода одновременно.

Интерфейс ввода/вывода требует управления процессом каждого устройства. Интерфейс обязан иметь соответствующую логику для интерпретации адреса устройства, генерируемого процессором. Установление контактов должно быть реализовано интерфейсом при помощи определенных команд, чтобы процессор мог взаимодействовать с устройством ввода/вывода через интерфейс.

Важным параметром интерфейсов ввода/вывода является пропускная способность, что обусловлено ростом объемов передаваемой информации. Очевидно, что при одинаковом быстродействии приемопередающих цепей и пропускной способности по скорости передачи данных параллельный интерфейс должен превосходить последовательный. Однако повышение производительности за счет увеличения тактовой частоты передачи данных не дает желаемого эффекта, поскольку в случае параллельного интерфейса начинают проявляться такие недостатки как «перекос» сигнала, искажение уровня сигналов и т.д.

Подсистема ввода-вывода в микропроцессорной системе

Системные шины;

- ISA

Интерфейс ISA представляет собой одно- или двухбайтную шину ввода/вывода, служащая при подключении плат расширения стандарта ISA. Данная шина состоит из 62- или 98-контактного разъема, который располагается на материнской плате. С течением времени интерфейс ISA значительно устарел и его перестали включать в современные материнские платы для персональных компьютеров, за исключением некоторых. Скорость передачи данных по данной шине примерно 5.55 Мбайт/с. Такая скорость является недостаточной для нынешних требований, однако на старых платах через данный интерфейс подключались практически все компоненты персонального компьютера: видеокарта, звуковая карта, различные контроллеры ввода/вывода, модемы, жесткие диски и т.д.

- PCI

PCI также является интерфейсом ввода/вывода для подключения различных периферийных устройств к компьютеру через материнскую плату. Однако данный интерфейс является более современным и используется до сих пор, в отличие от ISA. Данный интерфейс имеет максимальную скорость передачи данных составляет до 132 Мбайт/с на частоте 33 МГц для 32-х разрядной шины и 528 Мбайт/с для 64-х разрядных данных на частоте 66 МГц. Строение разъема PCI интерфейса представляет собой две подряд расположенные секции, где в каждой отдельной части расположены 64 контакта. Вторая секция обладает специальной перегородкой для правильной установки платы в разъеме. Также как и ISA интерфейс PCI предназначен для подключения различных периферийных устройств.

- PCI Express

PCI Express или PCI-E представляет собой модифицированную шину PCI. Данный интерфейс был выпущен организацией PCI Special Interest Group в 2002 году, однако начат он был еще компанией Intel. Интерфейс PCI-E является своего рода пакетной сетью с топологией типа звезда и взаимодействует между собой через специальную среду, которая образована коммутаторами, с помощью которыми соединяются различные устройства по типу точка-точка. Также по сравнению с предыдущим интерфейсом PCI Express поддерживает горячую замену карт, гарантированную полосу пропускания, управление энергопотреблением и контролирует целостность передаваемых данных. Пропускная способность интерфейса примерно составляет 2.5 Гбит/с.

- IDE

IDE является параллельным интерфейсом и предназначен только для подключения различных накопителей и жестких дисков. В данном интерфейсе имеется специальный контроллер, поддерживающий два разъема IDE. К каждому данному разъему можно подключить по два устройства, где одно - ведущее, а второе - ведомое, или наоборот. Параллельный IDE интерфейс обладает пропускной способностью до 66 Мбайт/с.

- SATA

Как и предыдущий интерфейс SATA является последовательным интерфейсом, предназначенного для обмена данными с различными накопителями информации. Данный интерфейс основан на 7-контактном разъеме, к которому подключается специальный кабель. Такой SATA-кабель является более устойчивым к многократным подключениям за счет своей формы, имеющую меньшую площадь и, таким образом, упрощает разводку проводов внутри системного блока компьютера. Сам же разъем SATA подает три напряжения питания: +12 В, +5 В и +3.3 В, но зачастую некоторые современные устройства работают и без третьего напряжения на +3.3 В. Максимальная пропускная способность SATA интерфейса составляет до 6 Гбит/с.

- USB

На сегодняшний день USB является самым распространенным интерфейсом передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств для персональных компьютеров и не только. Практически во всех электронных гаджетах, компьютера и даже в телевизорах существует такой разъем. Сейчас существуют все возможные модификации USB интерфейса: microUSB, miniUSB, USB 2.0, USB 3.0 и т.д. В основном они отличаются только размерами и скоростью передачи данных. Также к одному USB каналу есть возможность подключения до 127 различных внешних устройств. Передача данных по USB интерфейсу осуществляется в пакетном режиме. При использовании данного интерфейса передача данных осуществляется со скоростью до 10 Гбит/с. В USB присутствуют два провода питания, что позволяет подключать различные периферийные устройства без собственного источника питания, а также два провода для приема и передачи данных

Дискретный сигнал

Дискретный — это прерывистый, разделённый. То есть это противоположность понятия “непрерывный” (бесконечный).

Отсюда дискретный сигнал — это прерывистый сигнал (или сигнал, который имеет какое-то конечное число значений, например, уровней напряжения). То есть сигнал, который изменяется не плавно, а скачками. Например, если речь идёт о напряжении, то дискретный сигнал может принимать в каком-то диапазоне два или несколько фиксированных значений. Например, в диапазоне 0...5 В это могут быть сигналы с напряжением 0В, 1В, 3В, 5В.

Но если уж мы говорим о цифровой технике и, в частности, о дискретных входах микроконтроллеров, то дискретные сигналы обычно могут иметь только два значения: 0В и +UВ. То есть логический 0 и логическая 1. Здесь U - напряжение питания схемы на микроконтроллере или внешний источник питания.

Фактически в характеристиках микроконтроллера обычно указываются диапазоны напряжений, которые соответствуют логическому нулю и логической единице. Например, напряжение в диапазоне 0...1 В считается логическим нулём, а в диапазоне 4...5 В - логической единицей.

Что же происходит в том случае, если на входе будет напряжение от 1 до 4 В?

А ничего. Переключения из нуля в 1, или из 1 в 0 просто не произойдёт, и состояние входа микроконтроллера будет оставаться таким, каким оно было после последнего переключения (точнее, таким его будет считать микроконтроллер, который отличает ноль от единицы по своим внутренним правилам).

А теперь давайте очень упрощённо попробуем представить, как работает дискретный вход микроконтроллера (см. рис.).

Рис. 1.

Итак, если контакты выключателя замкнуты, то на входе есть напряжение. Будем считать это логической единицей. Если контакты разомкнуты, то напряжения нет — это логический ноль.

Напряжение есть - лампочка горит - микроконтроллер знает, что на входе логическая единица. Если же “в горнице темно”, то это логический ноль.

На самом деле никаких лампочек внутри микроконтроллера, конечно, нет. И переключатели к входам подключается обычно так, как показано на следующем рисунке.

Рис. 2.

Здесь напряжение на вход подаётся через сопротивление. А сам вход либо замыкается на общий провод (тогда напряжения на входе нет - логический ноль), либо, если контакты выключателя разомкнуты, то через резистор поступает напряжение на вход — это логическая единица.

Выбор сопротивления резистора зависит от напряжения питания и от характеристик входов микроконтроллера.

Напряжение подаётся через резистор, потому что обычно допустимые токи входов имеют ограничение. Кроме того, это позволяет сделать малопотребляющие дискретные входы микроконтроллера (а энергосбережение — это важная тема).
Типы дискретных входов

В системах автоматизации очень распространены двоичные сигналы, которые поступают от концевых выключателей, датчиков охранной или пожарной сигнализации, датчиков заполнения емкостей, датчиков сбегания ленты на конвейере, датчиков приближения и т. п. Такие сигналы не совсем правильно называются "дискретными", но этот термин прочно вошел в практику.

Модули ввода дискретных сигналов в промышленной автоматизации имеют несколько различных типов входов:

вход типа "сухой контакт";
дискретный вход для логических сигналов в форме напряжения;
вход дискретных сигналов 110...220 В.

К входу микроконтроллеров напрямую можно подключить только сигнал второго типа (точнее, не совсем напрямую, а через резистор как на рис. 2).

"Сухим" контактом в системах автоматизации называют источник информации, не имеющий встроенного источника энергии, например, контакты реле или дискретные выходы типа "отрытый коллектор". Для передачи информации о состоянии такого контакта необходим внешний источник тока или напряжения.

“Сухой контакт” к входу микроконтроллера подключить можно, но в такой схеме включения это будет уже не “сухой контакт”, а вариант с рис. 2, то есть постоянное напряжение.

Структура модуля вода дискретных сигналов представлена на рис. 6.28. Микроконтроллер модуля ввода выполняет периодическое сканирование входов или по запросу ПЛК. Микроконтроллер выполняет также устранение эффекта "дребезга" "сухих" контактов. Команды опроса входов, установления адреса, скорости обмена, формата данных и др. посылаются в модуль через последовательный интерфейс, обычно RS-485.

Для правильного применения модулей дискретного ввода необходимо знать структуру и характеристики входных каскадов (рис. 6.29, рис. 6.30).

Дискретные входы гальванически развязаны от остальной части модуля ввода. Развязка выполняется, как правило, с помощью оптронов с двумя излучающими диодами, включенными встречно. Это обеспечивает возможность подключения ко входам дискретных сигналов любой полярности. Гальваническая изоляция может быть поканальной или групповой. Чаще используется групповая изоляция, поскольку при этом почти вдвое уменьшается количество входных клемм модуля.

Конденсатор используется во входных каскадах модулей (рис. 6.29, рис. 6.30) для фильтрации высокочастотных помех. Значение граничной частот выбирается в результате компромисса между быстродействием модуля и возможностью ложного срабатывания при воздействии высокочастотных помех. Типовое значение граничной частоты и скорости опроса входов лежит в районе 1 кГц. Для увеличения помехоустойчивости используют также триггеры Шмидта на выходе сигналов оптронов.

Уровень логической единицы дискретных сигналов составляет обычно от 3В до 30В, уровень логического нуля - от 0 до 2 В. Для ввода сигналов от источников типа "сухой контакт" используют источник напряжения, как показано на рис. 6.30. Аналогично подключают дискретные выходы типа "открытый коллектор". Источник может быть как встроенным в модуль дискретного ввода (как, например, в модуле NL-16DI фирмы НИЛ АП), так и внешним.

Что касается постоянного напряжения, то в схемах на микроконтроллерах обычно используется тот же источник питания, от которого запитан сам микроконтроллер.

Но можно использовать и сторонний источник напряжения, при условии, что общий (минусовой) вывод этого источника соединён с общим проводом схемы на микроконтроллере.

Ввод высокого постоянного напряжения выполняется по схеме рис. 6.29, однако для снижения мощности, рассеиваемой на токозадающем резисторе, используют оптроны с малым управляющим током и резистор с большим сопротивлением и большим пробивным напряжением.

Напряжение такого источника может быть намного больше, чем напряжение питания микроконтроллера. Но надо помнить, что входные токи портов ввода-вывода микроконтроллера имеют ограничения, поэтому надо подбирать резистор таким образом, чтобы ни при каких обстоятельствах эти ограничения не были превышены.

Ввод сигналов высокого (220В) переменного напряжения осуществляется аналогично рассмотренному выше (рис. 6.31), однако вместо токозадающего резистора для включения оптрона используют конденсатор, чтобы снизить активную рассеиваемую мощность. Резистор сопротивлением 750 кОм на рис. 6.31 служит для разряда конденсатора при отключенных входах, что является стандартным требованием электробезопасности. Резистор сопротивлением 1 кОм ограничивает бросок тока во момент коммутации входа, назначение других элементов - такое же, как в цепи на рис. 6.29, рис. 6.30.

Каскады для ввода высокого напряжения могут быть с общим проводом или независимые.

Для отображения состояния дискретных входов (включено/выключено) используют светодиоды, которые включают либо до оптрона, либо после него.

Ввод дискретной информации в групповой поток

Дискретные сигналы вводятся либо на определенные импульсные позиции, предусмотренные во временном цикле группового потока, либо на временные позиции определенных телефонных каналов, предназначенных для передачи этих сигналов. Ввод дискретной информации может быть синхронным или асинхронным. При синхронном вводе тактовая частота вводимого сигнала должна быть синхронной с тактовой частотой предоставляемых импульсных позиций. С этой целью ГО источника дискретной информации должно работать синхронно с ГО цифровой системы передачи. Реализация этого требования иногда затруднительна, так как источник дискретной информации может быть удален на значительное расстояние и работать одновременно с несколькими ЦСП. При асинхроннном вводе дискретной информации используются три способа: наложения, кодирования и согласования скоростей передачи дискретных сигналов со скоростью передачи символов цифрового канала. При выборе способа передачи дискретной информации учитывается степень использования пропускной способности цифрового канала ТЧ и простота построения аппаратуры ввода.

При скорости передачи дискретных сигналов 50...200 Бод наиболее простым способом ввода асинхронных сигналов является способ наложения. Он состоит в том, что кодовые импульсы дискретного сигнала стробируются импульсами тактовой частоты канала, полученные пакеты импульсов передаются на противоположную станцию, где выделяется их огибающая. Этот метод нашел применение при передаче СУВ (см.тему 3.15). Передаваемые таким способом импульсы дискретной информации подвергаются краевым искажениям, так как моменты начала и конца импульсов дискретной информации практически не будут совпадать по времени с первым и последним стробирующими импульсами в пакете, что приводит к уменьшению длительности импульса дискретной информации при его восстановлении дискретного сигнала не менее чем в 10 раз. В этом случае пропускная способность цифрового канала ТЧ будет использоваться на 10%, а коэффициент использования канала составит fид/fик = 0,1, где fид — частота следования импульсов дискретной информации, а fик — частота следования импульсов цифрового канала ТЧ. Обычно пропускная способность канала при таком методе передачи дискретной информации используется на 5...20%.

Можно вводить дискретную информацию, кодируя временные положения фронтов импульсов и характер перехода: от 0 к 1 или от 1 к 0.

Информация кодируется трехразрядным кодом, где первый разряд — 1, если переход произошел в предшествующем временном интервале, или 0, если переход отсутствовал; второй разряд 1, если фронт находился в первой половине этого интервала, или 0, если во второй половине; третий разряд — 0, если переход от 0 к 1, и 1, если переход от 1 к 0. Пример кодирования импульсов дискретной информации по такому алгоритму приведен на рис. 3.25.

Так как на каждый импульс приходится не менее трех стробирующих импульсов, максимальный коэффициент использования канала будет равен 0,33.

Недостатком способа кодирования является возможность размножения ошибок при передаче подряд одноименных импульсов дискретной информации, если будет искажен символ кодовой группы, несущий информацию о полярности перехода. Такая ошибка вызовет инверсию всех следующих подряд одинаковых импульсов вплоть до следующего перехода. Этот недостаток можно устранить, если на приеме применить корректирующее устройство с запоминанием предыдущего знака или с передающей станции периодически передавать информацию о полярности сигнала.

Метод согласования скоростей передачи дискретных сигналов со скоростью передачи цифрового канала осуществляется аналогично асинхронному объединению цифровых потоков. Как и при асинхронном объединении потоков, сигналы дискретной информации записываются в ЗУ со своей тактовой частотой и считываются с частотой следования импульсов канала. Обычно частоту считывания выбирают несколько больше частоты записи, что приводит к появлению временных сдвигов. Так как частоты (fЗ и fСЧ асинхронны, отношение между ними будет нестабильным, что приводит к появлению неоднородностей. В приемном устройстве временные сдвиги должны быть обнаружены и устранены, а возникшие неоднородности скорректированы. Для этого применяется специальный приемник, где путем соответствующей обработки принятой информации выявляют и убирают временные сдвиги, а при обнаружении неоднородностей подстраивают скорость передачи цифровых сигналов дискретной информации. При использовании такого способа ввода дискретной информации и коррекции неоднородностей на приеме коэффициент использования канала можно довести до 0,85...0,9. Если предусмотреть передачу команд согласования скоростей, можно довести коэффициент использования канала до 0,98, но это потребует соответствующего усложнения оборудования ввода информации на передающей станции и вывода ее на приемной.

Заключение

Современные интерфейсы ввода/вывода обеспечивают высокие скорости пересылки данных, необходимые для передачи видеофильмов, огромного количества расчетов, обработки различных математических моделей и т.д. С течением времени модернизируются старые интерфейсы и создаются новые, чтобы обеспечить необходимые условия для комфортной и нормальной работы. Также можно сказать, что каждый интерфейс имеет свои особенности и применения. Какие-то интерфейсы применяются в основном в персональных компьютерах, а какие-то в производстве. Однако они все предназначены для приема и передачи данных. И с каждым выходом нового, модернизированного интерфейса скорость передачи растет, что способствует хорошей и быстрой передачи данных для решения поставленной задачи.

То же самое можно сказать и о различного рода микроконтроллерах и микропроцессорах, которые применяются в электронике и автоматике. Прогресс не стоит на месте, все движется и изменяется. Такую фразу можно применить и к процессорам различных семейств. Одни хороши для микропроцессорных систем управления, другие - для электроники. Но все они со временем улучшаются, становятся производительнее, быстрее, их размеры уменьшаются, что способствует их применению в различных портативных устройствах. Модернизация различного рода процессоров создает огромную пользу для людей, которые занимаются в разных видах деятельности, например, программистам, электронщикам и автоматчикам, что хорошо сказывается на применении различных микропроцессорных систем управления в производстве.

Список литературы

Ливенцов С. Н., Вильнин А. Д., Горюнов А. Г. Основы микропроцессорной техники: учебное пособие - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2007. - 118 с.;
Википедия - свободная энциклопедия. URL: http:// ru.wikipedia.org/wiki/. Дата обращения: 20.12.2014;
Статьи по электронике, электротехнике и микропроцессорной технике. URL: http://www.gaw.ru/. Дата обращения: 20.12.2014;
Веприк В. Н., Афанасьев В. А., Дружинин А. И., Земсков А. А., Исаев А. Р., Малявко О. В. Микроконтроллеры семейства MCS-51: Учебное пособие. - Новосибирск.
http://www.scada.ru/
http://www.asutp.interface.ru
http://www.prosoft.ru/
http://www.nautsilus.ru/
http://asutp.by.r u/
http://promasu.50megs.com/