Билет 18. Построение плат дискретного ввода-вывода

Обобщенная схема ПДВВ приведена на рисунке 10.2.

Рисунок 10.2 – Обобщенная схема платы дискретного ввода-вывода

ПДВВ состоит из:

• контроллера шины с буфером данных;

• блока потенциального ввода-вывода;

• блока таймера/счетчика;

• преобразователя ШИМ;

• схем сопряжения;

• блока защиты.

Контроллер шины с буфером данных представляет собой интерфейсную часть ПДВВ и предназначен для организации обмена данными между процессором и программно-доступными элементами ПДВВ. Обмен данными осуществляется по системной шине в соответствии с временными диаграммами циклов шины для соответствующих режимов обмена.

Блок потенциального ввода-вывода предназначен для приема и передачи дискретных сигналов в виде уровней напряжений и токов. В качестве программно-доступных портов ввода используются буферы с тремя состояниями без памяти. В отдельных случаях применяют буферы с памятью (регистры). В качестве программно-доступных портов вывода используют триггерные элементы и регистры.

Блок таймера/счетчика предназначен для подсчета количества переключений (смены состояний) внешнего устройства или измерения частоты импульсов. Счетчик содержит программно-доступный регистр результата счета. Процедура и периодичность чтение данного регистра задается прикладной программой. Таймер содержит генератор импульсов для канала дискретного вывода. В состав таймера входят программно-доступные регистры задания режима работы генератора и частоты импульсов. Наличие данных регистров обеспечивает гибкое управление генератором со стороны прикладной программы.

Преобразователь ШИМ обеспечивает прием и передачу данных с ис- пользованием широтно-импульсной модуляцией. Преобразователь ШИМ со- держит набор программно-доступных регистров задающих режим работы, период ШИМ и осуществляющих прием и передачу данных.

Схемы сопряжения предназначены для обеспечения электрической совместимости уровней различных устройств. Программно-доступные элементы ПДВВ имеют ТТЛ-уровни. Таким образом, схемы сопряжения преобразуют ТТЛ-уровни в уровни внешних выходных устройств в соответствии с заданной характеристикой канала вывода и на оборот, уровни внешних входных устройств с заданной характеристикой канала ввода в ТТЛ- уровни. Кроме того, схемы сопряжения реализуют гальваническую изоляцию (изоляционный барьер) между основными внутренними устройствами платы и внешними устройствами.

Блок защиты предназначен для защиты входных и выходных цепей ПДВВ от коротких замыканий и перегрузок, ошибок полярности сигнала. Для защиты от коротких замыканий и перегрузок применяют самовосстанавливающие предохранители типа PolySwitch. Для защиты от ошибок полярности сигнала используют стандартные выпрямительные диоды. Штатный блок зашиты приведен на рисунке 10.3.

Для организации режима прерывания в схему необходимо добавить триггер формирования запроса прерывания. В качестве условий прерываний выступают следующие события:

• срабатывание аварийных датчиков;

• смена состояния датчиков;

• наступление временного события (срабатывание таймера ввода-вывода и другое.

+5В

dd1

dd2

dd8

Детектор смены состояния

Детектор смены состояния

. . .

Детектор смены состояния

1 S T D

C R

от селектора адреса

Запрос прерывания

Линия задержки

1 1

А =1

10нс

Вход

А Выход

В тех случаях, когда количество потенциальных каналов ввода- вывода больше 16 рекомендуется применять БИС программируемого параллельного интерфейса i8055 или его аналоги.

Схема счетного входа ПДВВ приведена на рисунке 10.7. Основу схемы составляет n-разрядный счетчик СТ, который выполняет подсчет им- пульсов, с асинхронным сбросом R и входом разрешения счета CE. Счет запрещен при обращении процессора к ПДВВ (активный уровень сигнала –EN). По окончанию данного обращения формируется сигнал сброса СТ.

Схема приемника ШИМ приведена на рисунке 10.8. Основу приемника составляет двоичный счетчик СТ с асинхронным сбросом R и входом разрешения счета СЕ.