Несмотря на широчайшее распространение цифровых сетей, аналоговые каналы передачи данных все еще используются. Этому есть несколько причин.

В системах промышленной автоматики существует большое количество разработанных и изготовленных много лет назад устройств, использующих аналоговые каналы передачи данных. Это могут быть датчики, исполнительные устройства (клапаны, насосы), а также устройства регистрации (самописцы). Замена этого оборудования идет медленно и требует очень больших капиталовложений. Кроме того, перевод какого-либо предприятия целиком на цифровые сети означает одномоментную замену практически всего оборудования и информационных кабельных сетей. Такая масштабная реконструкция требует не только огромных средств, но и остановки производственного процесса, что во многих случаях недопустимо. Поэтому при создании или модернизации автоматических систем управления приходится использовать аналоговые каналы передачи данных для получения информации от датчиков и передачи управления на исполнительные механизмы.

Преимущества

Основным преимуществом использования в качестве интерфейса передачи данных от датчиков токовой петли 4…20 мА является использование всего двух проводов для соединения с системой сбора данных. Кроме этого, в отличие от цифровых интерфейсов, не требуется дополнительных аппаратных и программных средств для реализации стандартного протокола обмена данными или дополнительной настройки (например, программирования адреса) при инсталляции.

Ток или напряжение

Рис. 1.

В то же время использование аналоговых интерфейсов с интеллектуальными датчиками (в которые встраиваются микроконтроллеры для предварительной обработки сигнала) или исполнительными устройствами с аналоговым интерфейсом, управление которыми должен осуществлять цифровой контроллер, требует применения цифро-аналогового преобразователя. Учитывая, что в различных случаях могут использоваться как токовые, так и потенциальные интерфейсы, для упрощения схемы и уменьшения ее стоимости желательно выбирать микросхему ЦАП, способную без дополнительных элементов обеспечивать оба типа выходных сигналов.

Такова микросхема специализированного шестнадцатиразрядного цифро-аналогового преобразователя МАХ5661 (см. рис. 2).

Рис. 2.

Возможности микросхемы резко выделяют ее среди аналогичных устройств. Стоит отметить, что она способна формировать как токовые сигналы в диапазоне 0…20/4…20 мА, так и потенциальные (в том числе по 4-проводной схеме с компенсацией сопротивления соединительных проводов) с амплитудой до ±10 В, причем начальное смещение нуля не превышает 0,1%, а полная погрешность составляет не более 0,3% от полной шкалы. Передаточная характеристика ЦАП имеет гарантированную монотонность, что крайне важно для замкнутых регуляторов.

При конструировании микросхемы было принято решение использовать внешний источник опорного напряжения 4,096 В. Это связано с тем, что при работе ЦАП температура кристалла может значительно изменяться, что может оказать существенное влияние на параметры встроенного ИОН и значительно снизить точность системы в целом. Такое изменение температуры особенно сильно проявляется на токовом выходе при высоком напряжении питания (которое может составлять до 40 В) и малом сопротивлении нагрузки, поскольку в микросхему встроен выходной транзистор преобразователя «напряжение-ток». При малой разрядности ЦАП это не имело бы большого значения, однако для 16-битных систем перенос источника опорного напряжения за пределы основного кристалла может значительно улучшить точностные характеристики.

Еще одним достоинством описываемой ИС можно считать использование для связи с управляющим микроконтроллером высокоскоростного (до 10 МГц) последовательного SPI/QSPI/Microwire-интерфейса, причем возможно последовательное включение нескольких микросхем (Daisy Chaining). Имеется выход FAULT, который становится активным при коротком замыкании выхода напряжения или обрыве токовой петли. Информация об аварийном состоянии выходов также доступна и по последовательному интерфейсу. Конфигурировать выходные каскады микросхемы можно программно или с помощью специальных входов, которые соединяются с «землей» или с напряжением питания (+5 В ном.).

Микросхема МАХ5661 также имеет два входа для асинхронного управления. Один из них — CLR — позволяет либо обнулить ЦАП, либо загрузить предустановленное значение (определяется программно). Другой — LDAC — позволяет загрузить значение входного регистра данных. Оба входа могут быть использованы для одновременного асинхронного управления несколькими микросхемами.

Заключение

Аналоговая передача информации еще сохранила популярность в традиционно консервативной индустриальной области применения. Это подтверждается тем, что производители микросхем продолжают предлагать новые интегральные решения для ее реализации.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка —
e-mail:

Аналоговые интерфейсы позволяют подключать стандартную бытовую аппа­ратуру, микрофон, аналоговой выход CD-ROM. На большинстве карт массового потребления для аналоговых сигналов применяют малогабаритные разъемы - «мини-джеки» (jack) диаметром 3,5 мм, моно и стерео. Эти разъемы универсаль­ны (используются на бытовой аппаратуре), но имеют весьма низкое качество кон­тактов - они являются источником шумов (шорохов и тресков), а также иногда

8.5. Интерфейсы аудиоустройств_______________________________________ 343

просто теряют контакт. Их полноразмерные 6-миллиметровые «родственники», характерные для профессиональной аппаратуры, имеют весьма высокое качество, но из-за крупных габаритов на звуковых картах не используются. На некоторых высококачественных картах сигналы линейного входа и выхода выводятся на пары разъемов RCA, которые обеспечивают очень хороший контакт, особенно в позо­лоченном варианте. В просторечии такие разъемы, часто используемые на быто­вых видеомагнитофонах, называют «колокольчиками» или «тюльпанами».

Раскладка цепей на мини-джеках унифицирована: левый канал - на центральном контакте, экран (земля) на внешнем цилиндре, правый канал - на промежуточ­ном цилиндре. Если стереоджек включить в моногнездо и наоборот, сигнал пой­дет только по левому каналу. Все соединения в стереосистемах осуществляются «прямыми» кабелями (контакты разъемов соединяются «один в один»). Для под­ключения центрального и низкочастотного каналов в 6-колоночной системе еди­ного подхода нет - может потребоваться перекрестный кабель. Неправильное подключение будет заметно по «писку» низкочастотной колонки (сабвуфера) и «бубнению» центральной колонки.

Подключение к звуковой карте устройств через внешние разъемы проблем обыч­но не вызывает - они унифицированы, и достаточно знать назначение разъемов, маркированных на задней панели.

♦ Line In - линейный вход от магнитофона, тюнера, проигрывателя, синтезатора и т. п. Чувствительность порядка 0,1-0,3 В.

♦ Line Out - линейный выход сигнала на внешний усилитель или магнитофон, уровень сигнала порядка 0,1-0,3 В.

♦ Speaker Out - выход на акустические системы или головные телефоны. Под­ключать к нему внешний усилитель мощности нецелесообразно, поскольку здесь искажения больше, чем на линейном выходе.

♦ Мгс In - микрофонный вход, чувствительность 3-10 мВ. Этот вход обычно монофонический, но иногда используется трехконтактное гнездо (как в стерео), у которого дополнительный контакт (на месте правого канала) выделен для подачи питания на электретный микрофон.

Подключение внутренних устройств к аналоговым входам может доставить боль­ше забот. Для этого используются четырехштырьковые разъемы, различающиеся как шагом межу выводами, так и их назначением. Для подключения CD-ROM часто ставят рядом два, а то и три разъема с параллельно соединенными сигналь­ными контактами, но и это может не помочь, если кабель имеет другое расположе­ние сигналов. Спасти может перестановка контактов на разъеме кабеля, для чего иголкой нажимают на фиксирующий выступ контакта. После этого контакт мож­но вытянуть в сторону кабеля и переставить в другое гнездо. Вид и варианты рас­положения сигнальных контактов аудиовходов приведены на рис. 8.15. Для пол­ноты картины добавим, что разъем может иметь ключ с противоположной стороны (по ошибке сборщика кабеля или по внутреннему стандарту его производителя). Задача подключения все-таки не безнадежна, поскольку требует правильной рас­становки только двух сигнальных контактов, а контакты общего провода выделя-

Передача данных начинается с проверки готовности принтера - состояния линииBusy. Строб данных может быть коротким - доли микросекунды, и порт заканчивает его формирование, не обращая внимания на сигнал Busy . Во время строба данные должны быть действительными. Подтверждением приема байта (символа) является сигнал Ack# , который вырабатывается после приема строба через неопределенное время (за это время принтер может выполнять какую-либо длительную операцию, например, прогон бумаги). Импульс Ack# является запросом принтера на прием следующего байта, его задействуют для формирования сигнала прерывания от порта принтера. Если прерывания не используются, то сигнал Ack# игнорируется и весь обмен управляется парой сигналов Strobe# и Busy . Свое состояние принтер может сообщить порту по линиям Select, Error#, PaperEnd - по ним можно определить, включен ли принтер, исправен ли он и есть ли бумага. Формированием импульса на линии Init# принтер можно проинициализировать (при этом он очистит и весь свой буфер данных). Режимом автоматического перевода строки, как правило, не пользуются, и сигнал AutoLF# имеет высокий уровень. Сигнал SelectIn# позволяет логически отключать принтер от интерфейса.
Через параллельный порт (LPT) протокол Centronics может быть реализован чисто программно, используя стандартный режим порта (SPP ), достигая скорости передачи до 150 Кбайт/с при полной загрузке процессора. Благодаря «продвинутым» режимам порта протокол может быть реализован и аппаратно (Fast Centronics ), при этом скорость до 2 Мбайт/с достигается при меньшей загрузке процессора.
Большинство современных принтеров с параллельным интерфейсом поддерживают и стандарт IEEE 1284, в котором оптимальным режимом передачи является ЕСР(см. п.1.3.4).
Для подключения принтера требуется кабель Centronics, пригодный для любых режимов параллельного интерфейса. Простейший вариант кабеля - 18-проводный с неперевитыми проводами - может использоваться для работы в режиме SPP. При длине более 2 м желательно, чтобы хотя бы линии Strobe# и Busy были перевиты с отдельными общими проводами. Для скоростных режимов (Fast Centronics, ECP) такой кабель может оказаться непригодным - возможны нерегулярные ошибки передачи, возникающие лишь при определенных последовательностях передаваемых кодов. Встречаются кабели Centronics, у которых отсутствует связь контакта 17 разъема PC с контактом 36 разъема принтера. При попытке подключения таким кабелем принтера, работающего в стандарте 1284, появится сообщение о необходимости применения «двунаправленного кабеля». Принтер не может сообщить системе о поддержке расширенных режимов, на что рассчитывает драйвер принтера. Другое проявление отсутствующей связи - «зависание» принтера по окончании печати задания из Windows. Эту связь можно организовать подпайкой дополнительного провода или же просто заменить кабель.
Неплохие электрические свойства имеют ленточные кабели, у которых сигнальные цепи (управляющих сигналов) чередуются с общими проводами. Но их применение в качестве внешнего интерфейса непрактично (нет второго защитного слоя изоляции, высокая уязвимость) и неэстетично (круглые кабели смотрятся лучше).
Идеальным вариантом являются кабели, в которых все сигнальные линии перевиты с общими проводами и заключены в общий экран - то, что требует IEEE 1248. Такие кабели гарантированно работают на скоростях до 2 Мбайт/с при длине до 10м.
В табл. 8.4 приводится распайка кабеля подключения принтера с разъемом X1типa A (DB25-P) со стороны PC и Х2 типа В (Centronics-36 ) или типа С (миниатюрны со стороны принтера. Использование общих проводов (GND ) зависит от качесва кабеля (см. выше). В простейшем случае (18-проводный кабель) все сигналы GND объединяются в один провод. Качественные кабели требуют отдельного обратного провода для каждой сигнальной линии, однако в разъемах типа А и В для этого недостаточно контактов (в табл. 8.4 в скобках указаны номера контактов разъема PC типа А, которым соответствуют обратные провода). В разъеме типа С обратный провод (GND ) имеется для каждой сигнальной цепи; сигнальным контактам 1-17 этого разъема соответствуют контакты GND 19-35 .

Лекция 6. Интерфейсы и адаптеры дисплеев

Интерфейсы дисплеев.

Адаптеры дисплеев.

Параметры видеосистемы.

Литература: 1. Гук. М. Аппаратные средства IBM PC. Питер, 2005, с. 510-545.

1. Интерфейсы дисплеев.

1.1. Общая характеристика интерфейсов дисплеев.

В традиционной технике цветного телевизионного вещания (PAL, SECAM или NTSC) видеосигнал непосредственно несет информацию о мгновенном значении яркости f н, а цветовая информация передается в модулированном виде на дополнительных частотах f д. Таким образом обеспечивается совместимость черно-белого приемника, игнорирующего цветовую информацию, с цветным передающим каналом.

f д1 =4,43Мгц f н =4,5МГц f д2 =4,6 МГц

Однако для вывода графической информации с высоким разрешением ни одна из традиционных вещательных систем не подходит, поскольку они имеют существенно ограниченную полосу пропускания цветовых каналов (т.е. минимальные 35 МГц, недостижимы). Для мониторов при высоком разрешении можно использовать только прямую подачу сигнала на входы видеоусилителей базовых цветов - RGB -вход (Red Green Blue - красный, зеленый и синий).

Интерфейс между видеоадаптером и монитором может быть как дискретным (с сигналами ТТЛ), так и аналоговым. В ходе эволюции дискретный интерфейс монохромных и первых цветных мониторов CGA и EGA сменился популярным ныне аналоговым интерфейсом VGA , обеспечивающим передачу большого количества цветов. Однако далее качество передачи аналогового сигнала перестало удовлетворять растущие потребности (с повышением частот развертки и разрешения), и появился новый цифровой интерфейс DVI . Для плоских дисплеев с их матричной организацией и относительно большой инерционностью ячеек целесообразно использовать специализированный цифровой интерфейс (Flat Panel Monitor Interface, но не DVI).

В современных адаптерах снова появилась возможность подключения стандартного телевизора через специальный конвертор сигнала. Для телевизионного интерфейса возможно обеспечение синхронизации от внешней телевизионной системы (конвертора), что важно для совмещения компьютерного видеосигнала с внешним «телевизионным окружением».

1.2. Дискретный интерфейс rgb ttl

Первые мониторы для PC имели дискретный интерфейс с уровнями ТТЛ- RGB TTL . Для монохромного монитора использовали лишь два сигнала - видео (включить/выключить луч) и повышенной яркости. Таким образом, монитор мог отобразить три градации яркости: хотя 2 2 - 4, «темный пиксел» и «темный с повышенной яркостью» неразличимы.

Вкл/Окл Монитор

В цветных мониторах класса CD { Color Display ) имелось по одному сигналу для включения каждого луча и общий сигнал повышенной яркости. Таким образом, можно было задать 4 2 =16 цветов.

G Монитор

Следующий класс - улучшенный цветной дисплей ECD (Enhanced Color Display ) имел дискретный интерфейс с двумя сигналами на каждый базовый цвет. Сигналы позволяли задавать одну из четырех градаций интенсивности; общее количество кодируемых цветов достигло (2 2) 3 =2 6 = 64.

2 – два сигнала на один канал;

3 – три канала.

Сигналы RED, GREEN, BLUE и Red, Green, Blue обозначают соответственно старшие и младшие биты базисных цветов.

G,g Монитор

Строчная и кадровая синхронизация монитора осуществляется сигналами H.Sync и V.Sync. (Горизонтальная, Вертикальная синхронихации)