Курсовая по ПУ / Kurs_PU
.doc
Министерство образования Российской Федерации |
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ЛЭТИ»
ИМЕНИ В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)
197376, Санкт-Петербург, ул. проф. Попова, 5. |
Факультет компьютерных технологий и информатики
Кафедра вычислительной техники
ОТЧЕТ
По курсу: «Периферийные устройства и интерфейсы ЭВМ»
|
|||
|
Преподаватель: |
|
В. А. Молодцов |
|
Студент группы 7811: |
|
C. В. Лукьянов |
Санкт-Петербург 2001
Оглавление
1 Задание на проектирование 3
2 Выбор элементной базы 4
2.1 Аналоговый блок 4
2.1.1 Аналого-цифровой преобразователь 4
2.1.2 Коммутатор каналов 4
2.1.3 Оптрон 4
2.2 Цифровой блок 4
3 Структура устройства 5
4 Регистровая модель устройства 6
4.1 Регистр CSR 6
4.2 Регистр DR 7
5 Основные технические характеристики устройства 8
6 Принципиальная электрическая схема устройства 9
Приложение к принципиальной электрической схеме 10
Временная диаграмма 11
7 Пример программы для работы с устройством 12
1 Задание на проектирование
Вариант 8
Система сбора аналоговой информации
Магистраль: ISA
Диапазон входных напряжений: 0..50мВ (термопара)
Количество каналов: 16 + канал компенсации холодного спая
Разрядность АЦП: 16 (сигма-дельта АЦП)
Частота опроса каждого канала: не менее 1Гц
Гальваническая развязка от магистрали ISA: есть
Режимы обмена с магистралью: программный, с прерыванием
2 Выбор элементной базы
Выбор элементной базы устройства, системы сбора аналоговой информации, производится исходя из условий задания на проектирование. Для реализации этого устройства, обеспечивающего преобразование внешних аналоговых сигналов в форматы данных ПЭВМ, требуется аналоговый и цифровой блок.
2.1 Аналоговый блок
Аналоговый блок устройства, преобразующий внешние аналоговые сигналы в цифровые, состоит из коммутатора каналов, оптронов и аналого-цифрового преобразователя.
2.1.1 Аналого-цифровой преобразователь
Выбор сигма-дельта АЦП осуществлялся из ряда микросхем, фирмы "ANALOG DEVICES", удовлетворяющих условиям задания на проектирование: диапазон входного напряжения ±50 мВ, 16ти разрядное. По данным требованиям были выбраны три микросхемы AD7715, AD7723 и AD7705.
Исходя из требований дешевизны устройства, небольшой скорости работы и большой точности измерения, из данных микросхем была выбрана шестнадцати контактная AD7715.
2.1.2 Коммутатор каналов
Выбор коммутатора каналов осуществлялся из ряда микросхем, фирмы "ANALOG DEVICES", аналогично выбору АЦП. Исходя из условия задания, был выбран 16-ти разрядный дифференциальный коммутатор каналов ADG732, выполненный в корпусе 16 в 1.
2.1.3 Оптрон
Основным требованием для выбора микросхемы являлась дешевизна, а также конструктивное исполнение (2 оптрона в 1 корпусе).
По данным критериям была выбрана микросхема HCPL-2730 фирмы Agilent Technologies.
2.2 Цифровой блок
Цифровой блок реализующий управление и обмен данных устройства с шиной ISA реализуется на микросхемах ТТЛШ.
3 Структура устройства
4 Регистровая модель устройства
Устройство имеет три программно-доступных регистра, которым присвоены следующие условные названия и адреса заданные относительно базового адреса устройства BASE:
DR |
(BASE) |
16-разрядный регистр выбора канала и чтения данных |
CSR |
(BASE + 2) |
8-разрядный регистр команд и состояния |
Установка базового адреса устройства BASE осуществляется при помощи перемычки SW:
Перемычка SW2 |
Базовый адрес устройства |
Отсутствует |
220h = 1000100000b |
Установлена |
300h = 1100000000b |
4.1 Регистр CSR
Этот регистр доступен как для чтения, так и для записи.
С одержимое регистра CSR при записи определяет команду, передаваемую устройству, при этом регистр имеет следующий формат:
Записываемый в регистр код пересылается в регистр АЦП и определяет текущее состояние аналогово-цифрового преобразователя.
С одержимое регистра CSR при чтении определяет состояние устройства. При этом регистр имеет следующий формат:
Ниже приведено назначение разрядов регистра CSR при чтении.
CSR(0). Единичное значение этого разряда означает, что АЦП готов к записи управляющего кода в свои регистры. Сброс признака в 0 происходит в момент записи кода, содержащегося в регистре CSR, в регистр АЦП.
CSR(1) (признак "ГОТОВНОСТЬ ДАННЫХ"). Единичное значение этого разряда означает, что в буфере устройства содержится одно слово данных, которое может быть считано из регистра DR. Сброс признака "ГОТОВНОСТЬ ДАННЫХ" в 0 происходит после чтения слова из буфера через регистр DR.
4.2 Регистр DR
Этот регистр доступен как для чтения, так и для записи.
С одержимое регистра DR при записи определяет номер опрашиваемого канала, и имеет следующий формат:
DR(0-2). Записываемый в эти разряды код определяет номер опрашиваемого канала.
С одержимое регистра DR при чтении определяет значение сигнала, измеряемого канала.
Соответствие измеряемого напряжения и кода результата:
Измеряемое напряжение (В) |
Код результата |
+Umax |
0111111111111111 |
+Umax-1квант |
0111111111111110 |
+Umax-2кванта |
0111111111111101 |
... |
... |
+1квант |
0000000000000001 |
0В |
0000000000000000 |
-1квант |
1111111111111111 |
... |
... |
-Umax+2кванта |
1000000000000010 |
-Umax+1кванта |
1000000000000001 |
-Umax |
1000000000000000 |
Диапазон входных напряжений |Umax| = ± 50 мВ, шестнадцати разрядный АЦП имеет 216= 65536 уровней квантования:
2 * |Umax|
1квант = = 0,00000153В
216
5 Основные технические характеристики устройства
Разработанное устройство, системы сбора аналоговой информации, предназначено для установки непосредственно в системный блок ПЭВМ и подключение к магистрали ISA, имеет два программно-доступных регистра: 8-разрядный регистр команд и состояния, 16-разрядный регистр данных.
Данное устройство предназначено для обработки аналоговой информации, представленной в виде напряжения ±50 мВ, поступающего по одному из 16 дифференциальных каналов, выбираемых программно.
Обработанные АЦП данные измерений представляются в виде 16-ти разрядного кода и через гальваническую развязку передаются на магистраль ISA.
Обмен данными с магистралью может осуществляться одним из нескольких режимов: программным, с прерыванием.
6 Принципиальная электрическая схема устройства
Приложение к принципиальной электрической схеме
В состав принципиальной электрической схемы устройства входит микросхема PLM вырабатывающая на своих выходах управляющие сигналы регистров.
Временная диаграмма
7 Пример программы для работы с устройством
#define NUM_SAMPLES 1000 //Количество значений
#define NUM_CANALES 16 //Количество каналов
#define BASE 0x220 //Базовый адрес устройства
#define DEVICE (BASE + 2) //Конфиг.АЦП(запись)
//Текущем сосстояние устройства(чтение)
//Данные
unsigned short usData[NUM_CANALES][NUM_SAMPLES];
//Функция конфигурирования АЦП
void ConfigADC()
{
//Ожидание готовности к приему данных
while(!(_inpw(DEVICE) & 0x1));
//Подготовка к записи в регистр "Setup" АЦП
_outpw(DEVICE, 0x92);
//Программирование АЦП
while(!(_inpw(DEVICE) & 0x1));
_outpw(DEVICE, 0x18);
//Выдача данных
while(!(_inpw(DEVICE) & 0x1));
_outpw(DEVICE, 0x39);
}
void main()
{
//Подготовка АЦП к работе
ConfigADC();
//Опрашивание всех каналов
for(unsigned shot usCanal = 0; usCanal < NUM_CANALES; usCanal++)
{
//Номер опрашиваемого канала
_outpw(BASE, usCanal);
//Чтение данных с устройства
for(int iCount = 0; iCount < NUM_SAMPLES; iCount++)
{
//Ожидание готовности данных
while(!(_inpw(DEVICE) & 0x2));
//Чтение данных
usData[usCanal][iCount] = _inpw(BASE);
}
}
}