3.1.2.2. Цифро-аналоговый преобразователь

Управляющие сигналы, которые вырабатываются ЦЭВМ, пред­ставляют собой двоичные коды, которые тоже требуется, во многих случаях, преобразовывать в аналоговый сигнал. Эту функцию вы­полняет ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЙ преобразователь (ЦАП); полу­чая цифровой двоичный код, ЦАП вырабатывает соответствующий сигнал - ток или напряжение.

Основные характеристики ЦАП те же, что и для АЦП, - разре­шающая способность (число разрядов), точность преобразования и быстродействие.

3.1.2.3. Взаимодействие цэвм с внешними устройствами

Любая ЦЭВМ, в том числе и привычная "персоналка", содер­жит в своем составе главную, центральную часть - собственно вы­числитель, основными компонентами которого являются процессор и массив ячеек памяти. В памяти хранятся исходные данные и про­грамма их обработки.

В память также помещаются промежуточные и окончательные результаты обработки данных. Кроме этого, ЦЭВМ содержит т.н. контроллеры внешних устройств (см. рис.З.19), которые и обеспе­чивают связь "ядра" с внешним миром. Для персональной ЭВМ вне­шними устройствами являются: клавиатура, видеомонитор, накопи­тели на гибких и жестких дисках, линии компьютерной сети и т.д. Каждое из перечисленных устройств имеет внутри, в корпусе ЭВМ, соответствующий свой контроллер. Взаимодействие контроллера с "ядром" происходит, как правило, через буфер - ячейки памяти, в которые контроллер самостоятельно (без участия центрального про­цессора) помещает и считывает данные. Например, буфер клавиа­туры объемом в 32 байта располагается в памяти ПЭВМ с адреса 41 Eh, буфер видео-контроллера (в текстовом режиме) - с адреса B800:0000h. Соответствующие контроллеры имеются в управляю­щих ЦЭВМ для сопряжения с разного рода датчиками, АЦП, ЦАП, реле и другими элементами.

Управляющая ЦЭВМ

Рис. 3.19. Структура управляющей ЦЭВМ и её взаимодействия с внешними устройствами:

1. - контроллер сигналов контактных датчиков;

2. - контроллер АЦП и ЦАП;

3. - контроллер управляющих сигналов для реле, э/м клапанов, двигателей;

4,5 - датчики аналоговых сигналов;

6. - группа контактных датчиков;

7. - группа силовых электромагнитных элементов.

Контроллер производит преобразование тех сигналов, которые он получает от внешних устройств в двоичные коды определенного формата; управление размещением этих кодов в ячейках памяти; формирование сигналов, информирующих процессор о факте изме­нения своего состояния или данных (сигналы прерывания); развязку электрических цепей ЭВМ и внешних устройств; формирование уси­ленных сигналов, идущих от ЭВМ к внешним устройствам. Кроме массива ячеек памяти, ПЭВМ с процессорами INTEL имеют ещё массив портов, которые адресуются отдельно и через которые также может организовываться связь контроллеров и "ядра". Например, порты, через которые взаимодействует с "ядром" кон­троллер "мышки": - Port3F8h÷h3FEh, принтера - с адреса Port378h. В подавляющем большинстве, контроллеры сами являются программ­но-управляемыми устройствами, т.е. содержат в себе микропроцес­сор и некоторый объем памяти. Программа, обеспечивающая функ­ционирование, записана при изготовлении устройства в постоянную (нестираемую) область памяти. Доступ к памяти контроллера со стороны центрального процессора может организовываться двояко: либо она (или её часть) включается в общий массив памяти ЦЭВМ и в этом случае имеет обычную адресацию; либо доступ произво­дится через вспомогательные ячейки памяти и порты ПЭВМ. На­пример, буфер памяти видео-контроллера имеет массив объемом 64 Кб с обычной адресацией (с адреса B800:0000h) и массив значи­тельно большего объема, адресуемый через так называемое "окно", располагающееся с адреса A000:000h.

Таким образом, с точки зрения программиста, внешние устрой­ства управляющей ЦЭВМ представляют собой совокупность ячеек памяти (массивы ячеек) и регистры портов с известными адресами и известным форматом записываемых и считываемых данных в них. Обратимся к рассмотренному выше примеру (рис.З.13). Предполо­жим, что кнопки "Пуск" и "Стоп", являющиеся контактными датчи­ками, с датчиками вращения подключены через соответствующие контроллеры к ячейкам памяти с условными адресами: PUSK, STOP, DATCH1, DATCH2. При нажатой кнопке "Пуск", ячейка PUSK бу­дет иметь значение " 1", при отпущенной - "О". Аналогично меняют­ся значения и в остальных ячейках. Ячейке, содержащей команду на включение транспортеров, присвоим адрес TRANSP. Запись в эту ячейку значения "1" является командой на работу транспортеров, "О" - останов. Вариант фрагмента управляющей программы (на языке Pascal), обеспечивающий безаварийный порядок работы транспор­теров, будет иметь вид:

Var

TRANSP, PUSK, STOP,

DATCH1, DATCH2, OFF: Boolean;

{OFF - сигнал выхода из программного цикла, например, при от­ключении питания транспортеров}

BEGIN

Repeat

TRANSP := (PUSK OR (DATCH1 AND DATCH2)) AND

(Not(STOP));

Until OFF

END;

Фрагмент организовывает программный цикл, в котором ЭВМ постоянно "просматривает" значения переменных PUSK, STOP, DATCH1, DATCH2 и OFF, и, в зависимости от их значений, заносит в переменную TRANSP значение "О" или "1".

Существует другой способ организации "просмотра" перемен­ных: - выполнение программы (подпрограммы) по прерыванию. При такой структуре управляющей программы, ЭВМ может быть заня­та выполнением других программ, но при поступлении от контролле­ра датчиков специального сигнала - сигнала прерывания, прерыва­ет выполнение текущей программы и отрабатывает управляющую программу, после чего опять возвращается к выполнению прерван­ной программы. Сигнал прерывания формируется контроллером, на­пример, при изменении состояния кнопок и датчиков. Такая органи­зация программы эффективна при большом числе внешних устройств. Кроме того, при подключении новых устройств или удалении, нет необходимости вносить изменения во всю компьютерную программу, достаточно разместить в памяти с определенного адреса фрагмент управляющей программы нового устройства, а в новый контроллер за­нести значение этого адреса. При получении сигнала прерывания, ком­пьютер считывает адрес программы из памяти контроллера и присту­пает к выполнению программы с этого адреса.

Во многих случаях, в современной автоматизации производ­ственных процессов, используются специализированные контролле­ры, которые разработаны для конкретных образцов технологи­ческого оборудования. В абсолютном своем большинстве, такие устройства, как и рассмотренные выше, выполняются программ­но-управляемыми, на основе микропроцессоров. Но, при этом, контроллер выполняется в виде отдельного устройства, со встроен­ным блоком питания и располагается рядом с обслуживаемым агрегатом или даже устанавливается в нем. Он обладает автономностью, т.е., без участия дополнительной ЭВМ, управляет работой "своего" агрегата. Если технологический процесс зак­лючается в совместной и согласованной работе нескольких еди­ниц оборудования, то все контроллеры объединяются в локальную сеть с управляющей ЭВМ, на которую, кроме функции координации работы контроллеров, могут возлагаться функции диагностики со­стояния всей системы, модификации программ контроллеров и мно­гие другие. На рис. 3.20приведен пример организации локальной вы­числительной сети в которую объединены контроллеры весовых дозаторов растворо-бетонного узла.

Рис. 3.20. Структура локальной сети систем управления весовыми дозаторами РБУ

1- контроллер весового дозатора;

2- измеритель влажности песка;

3- весовой дозатор песка;

4- весовой дозатор цемента;

5- весовой дозатор щебня;

6- весовой дозатор воды.

Организация связи контроллеров и ПЭВМ между собой посред­ством сети значительно уменьшает число соединительных линий и упрощает подключение новых устройств, т.к. все "участники" сети подсоединяются параллельно. Каждый контроллер "отзывается" на запрос ПЭВМ только тогда, когда обнаруживает в сети свой индиви­дуальный код - сетевой адрес. Программная поддержка сетевого протокола обмена информацией выполняется, как правило, операци­онной системой ПЭВМ.

3.2- Выполнение работы

Включение ПЭВМ и других устройств производить только с разрешения преподавателя.

Все коммутации на панели лабораторного стенда произво­дить только при ВЫКЛЮЧЕННОМ питании установки.