Одноканальное устройство контроля температуры

Выбираем следующие логические элементы для формирования селектора адреса:

1. 6-НЕ: используем все шесть инверторов. Первые пять инвертируют сигнал с шины ISA, шестой для переключения селектора канала по двум каналам. Выбираю микросхему КР1531ЛН1.

2. “8И-НЕ”: в качестве этого элемента выбираем микросхему 74HCTT30N. Данная микросхема декодирует адресные линии SA0 - SA1, SA8-SA9. Используется также в качестве инверторов.

3. 2-ИЛИ-НЕ: Используется в селекторе адреса в качестве инвертора и непосредственно по прямому назначению. В качестве микросхемы выбираю КР1531ЛЕ1.

4. 2И: используется для окончательного выделения стробов. В качестве микросхемы выбираю КР1533ЛИ1.

2.2.3 Формирователь стробов

В данной работе формирователь стробов будет выполнять следующую функцию: на своем выходе выставлять “1”, если на шине выставлен необходимый адрес (т.е. на выходе селектора адреса “1”).

Командами на ISA, позволяющими считывать или записывать данные в регистры устройства, являются -IOR и -IOW. Таким образом, для записи/чтения регистров необходимо связать сигнал с выхода селектора адреса с командами -IOR и -IOW. Только после этого будет возможен обмен данными.

При проектировании, как селектора адреса, так и формирователя стробов необходимо учитывать время переключения отдельных микросхем. И от того, как долго или быстро будут переключаться логические элементы схемы, зависит работа всего устройства. Время переключения микросхем можно проследить во временных диаграммах, приведенных в графической части расчетно-пояснительной записки.

Для связывания выходов селектора адреса и команд записи/чтения используем два свободных элемента И микросхемы КР1531ЛИ1. При этом на входы элементов И должны подаваться «1». Для этого мы используем микросхему, состоящую из 6 инверторов КР1533ЛН1.

2.2.4 Регистр записи

Для управления работой АЦП необходимо поставить регистр записи данных. В этот регистр при установке на SA0-SA9 адреса 360h, 361 и логического нуля на -IOW будет записываться слово, содержание битов которого следующее:

Бит 0 - бит 7 - установка верхних пределов температуры

Бит 8 - сигнал начала преобразования

Бит 9 - сигнал для разрешения прерывания

Для того чтобы началось преобразование в АЦП, необходимо записать в порт 360h данные. При записи логической 1 в нулевой бит слова подключит датчик. Для записи информации в регистр необходимо подать на вход разрешения записи С логическую 1.

В качестве регистра записи используем микросхему 74ABT821D. Микросхема представляет собой 10-разрядный регистр.

2.2.5 Цифро-аналоговый преобразователь

ЦАП формирует цифровой вход предела верхней температуры из аналогового кода, взятого с регистра записи. В качестве ЦАП испольем микросхему AD557.

2.2.6 Регистр чтения

Для передачи данных от АЦП на шину используется микросхема 54AC373/2A.

Для управления регистром используются сигналы V. На этот вывод будет подаваться строб чтения данных -RD. При появлении на входе С регистра лог.1 в регистр записывается информация о состоянии температуры на датчике. При подачи на вход V лог. 1 регистр выводит информацию на выходы.

2.2.7 Транслятор прерывания

Для управления аппаратными прерываниями во всех типах IBM PC в прошлом использовались микросхемы программируемого контроллера прерываний Intel 8259. В современных компьютерах данная микросхема интегрирована в состав их контроллера прерываний. Поскольку в каждый момент времени может поступить не один запрос, микросхема имеет схему приоритетов. В IBM PC AT имеется 15 уровней приоритетов и 1 уровень для каскадирования контроллеров прерываний. Обращения к соответствующим уровням обозначаются сокращениями от IRQ0 до IRQ15, которые означают сигналы запросов на прерывание. Максимальный приоритет соответствует уровню 0. Уровни IRQ0-IRQ7 обрабатываются первой микросхемой 8259, а добавочные 8 уровней обрабатываются второй микросхемой 8259; этот второй набор уровней имеет приоритет между IRQ2 и IRQ3. Запросы на прерывание 0-7 соответствуют векторам прерываний от 8H до 0FH; прерывания 8-15 обслуживаются векторами от 70H до 77H.

Для разрабатываемого адаптера выбираем зарезервированный уровень прерываний IRQ10. Данному уровню соответствует вектор 72h.

Для осуществления прерываний от устройств ввода/вывода должно выполняться два условия:

1) Формирователь прерываний должен иметь тристабильный выход. 2) Запрос на прерывание должен программно сниматься.

В данной работе формирователь запросов на прерывания построим из D-триггера, на вход синхронизации которого будет подаваться сигнал готовности АЦП -Z0.

В качестве D-триггера используется микросхема КР15554ТМ2.

2.3 Описание временных диаграмм

Начало цикла записи/чтения устройства ввода/вывода начинается с такта T - такта статуса. Он, как и другие такты, длится 125 нс. В этом первом такте по заднему фронту сигнала SysCLK (сигнал системного тактового генератора) формируется сигнал BALE (сигнал стробирования адресных разрядов, разрешение защелкивания адреса). По переднему фронту сигнала BALE начинается установка адреса на линиях SA0-SA9 (это значащие линии для проектируемого устройства).

Суммарная временная задержка распространения сигнала через селектор адреса составляет 47,5 нс: 6 нс для элемента DD1, 35 нс для элемента DD4, 6,5 нс для элемента DD5.

Если с магистрали пришла команда записи -IOW, то через время задержки на элементах DD2.3 (6 нс), DD7.1 (14 нс), равной 20 нс, формируется передний фронт сигнала WR, по которому происходит фиксация данных подаваемых с шины на вход регистра DD3. После времени задержки на микросхеме DD3 (6,7 нс) записанные данные поступают на управляющие выводы АЦП.

После снятия команды записи формируется задний фронт сигнала WR.

Если с магистрали пришла команда чтения -IOR, то через время задержки на элементах DD2.4 (6 нс) и DD7.2 (14 нс), равное 20 нс, формируется передний фронт сигнала RD, по которому происходит фиксация данных на выходах формирователя DD11, DD12 и сброс запроса на прерывание. Команда чтения данных используется во время выполнения процедуры обработки прерывания. Через время задержки на элементе DD11, DD12, равное 7 нс, сигнал чтения разрешает выдачу байта на шину. Фиксация данных при чтении происходит по заднему фронту команды чтения, т.е. для правильной работы устройства необходимо обеспечить выставление и удержание байта до заднего фронта -IOR и удержание данных после его снятия в течении 7 нс.

Временные диаграммы чтения и записи приведены в графической части записки (листы 3,4).

2.4 Разработка алгоритма управляющей программы

Сначала производится запись исходных значений в регистры записи устройства. Затем идет сохранение адреса старого обработчика прерывания и замена его на адрес нового обработчика. После этого на дисплей выводится меню выбора действия и ожидается сигнал с клавиатуры. Если пользователь выбрал пункт «Задание предельных значений температур», то программа переходит к процедуре задания предельных значений температур, которые вводятся с клавиатуры. Если был выбран пункт «Выход» то программа восстанавливает старый обработчик прерывания и завершается. Если был выбран пункт «Начать измерение», то в управляющее слово будет записан бит разрешения прерываний. После чего управляющее слово записывается в регистры записи устройства. Затем путем проверки условия установлен флаг появления прерывания или сброшен программа определяет выполнялась подпрограмма обработчик прерывания (флаг установлен) или нет (флаг сброшен). Обработчик прерывания выполняется после того как устройство послало запрос на прерывание. Эта подпрограмма выполняет следующие действия:

1) Устанавливает флаг появления прерывания.

2) Читает данные с устройства.

3) Снимает запрос на прерывание.

Если подпрограмма выполнялась, то происходит выделение младшего и старшего байтов слова полученного с устройства. После чего младший байт преобразуется по формуле T:=100/255*Result в информацию о температуре на выбранном датчике, здесь Result - данные, содержащиеся в младшем байте, Т - температура в градусах. Затем последовательно выполняются следующие действия: вывод информации на дисплей, запись управляющего слова в регистры записи устройства. После этого определяется состояние битов 0-5 старшего байта на основании чего на дисплей может выводиться информация о выходе температуры из установленных пределов, на датчике, а также об обрыве датчика. Затем флаг появления прерывания сбрасывается. А проверяет условие «был ли сигнал с клавиатуры» и если оно выполнилось, то если была нажата клавиша ESC возвращаемся к началу программы к пункту «меню выбора действия».

2.5 Настройка устройства на работу

Правильно собранное из исправных деталей устройство не требует какой либо настройки.

Заключение

В результате проделанной работы было разработано двухканальное устройство контроля температуры, подключаемое к стандартному ISA интерфейсу системной магистрали IBM-совместимого компьютера, позволяющее измерять температуру в диапазоне от 0 до +100°С.

При разработке устройства были использованы следующие технические решения:

1. Одноканальное устройство температуры выполнено в виде одного отдельного блока, подключаемого к шине ISA через разъем.

2. Устройство снабжено защитным металлическим экраном.

3. При работе с компьютером данное устройство использует два адреса ввода/вывода: 360h, 361H - для регистра записи и чтения.

4. При окончании цикла преобразования АЦП, устройство автоматически записывает данные в регистры чтения.

Предусмотрена возможность последующей модернизации, и расширения возможностей работы устройства. Модернизация устройства может быть проведена по многим путям.

Одним из путей может быть изменение диапазона измерения температуры. Это связано с тем, что датчик ТСМ50М способен измерять температуру в пределах -50…+180°С. Но при этом необходимо будет внести изменения в аппаратную и программную часть устройства.

Другим путем модернизации может быть расширение каналов устройства сопряжения, т.е. возможность контроля измерений более одной температуры.

Список использованной литературы:

1. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах.- Л.: Мир, 1988.

2. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин: (Измерительные преобразователи). Учеб. пособие для вузов. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1983. - 320 с., ил.

3. Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник. Т.1. - М.: РадиоСофт, 2001. - 544 с.: ил.

4. Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник. Т.10. - М.: РадиоСофт, 2001. - 544 с.: ил.

5. Разработка и оформление конструкторской документации радиоэлектронной аппаратуры. Справочник. Под ред. Э.Т. Романычевой.- М.: Радио и связь, 1989.

6. Разработка устройств сопряжения для персонального компьютера типа IBM PC. Под общей редакцией Ю.В. Новикова. Практ. пособие - М.: ЭКОМ., 1998- 224 с.: ил.

7. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC: Пер. с англ./Под ред. У. Томпкинса, Дж. Уэбстера. - М.: Мир, 1992. - 592 с., ил.

8. Стукало В.А. Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов направления 550200 - “Автоматизации и управления”.

9. Фрайден Дж. Современные датчики. Справочник. Под ред. Е.Л. Свинцова.- М.: Техносфера, 2005.

10. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник/С.В. Якубовский, Л.И. Ниссельсон, В.И. Кулешова и др.; Под ред. С.В. Якубовского. - М.: Радио и связь, 1990. - 496 с.: ил.

Страницы: 1, 2