ZESPÓŁ LABORATORIÓW TELEMATYKI TRANSPORTU

ZAKŁAD TELEKOMUNIKACJI W TRANSPORCIE

WYDZIAŁ TRANSPORTU

POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ

LABORATORIUM ELEKTRONIKI

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 32

BADANIE PRZETWORNIKÓW

A/C I C/A Z WYKORZYSTANIEM

PROGRAMU LABVIEW

DO UŻYTKU WEWNĘTRZNEGO

WARSZAWA 2011

Opracowali: dr inż. Marek Stawowy, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

1

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie zasad działania przetworników:
- analogowo-cyfrowych A/C (ang. ADC

– Analog to Digital Converter),

- cyfrowo-analogowych C/A (ang. DAC

– Digital to Analog Converter).

A)

Część eksperymentalna

W ćwiczeniu do kontroli i sterowania urządzeń zewnętrznych (przetworników)

przy pomocy komputera i programu LabView będzie wykorzystywany port równoległy
komputera LPT.

Port równoległy LPT (ang. Parallel Port) jest jednym z portów

komunikacyjny

ch komputera. Umożliwia on równoległy przesył ,,n” bitów. Widok

portu przedstawiono na rys. 1.

Rys. 1

. Port równoległy LPT

Podczas ćwiczenia będzie wykorzystywany adres bazowy portu LPT1, którego

wartość w kodzie heksadecymalnym wynosi: 378

H

.

1.

Układ programowalnego interfejsu równoległego 8255

Układ 8255 (rys. 2) zawiera trzy 8-bitowe porty A, B i C, które pracują jako

wejścia lub wyjścia. Opis wyprowadzeń przedstawiono w tabeli 1. W tabeli 2
przedstawiono podstawowe operacje realizowane przez układ.

Opracowali: dr inż. Marek Stawowy, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

2

Rys. 2.

Układ 8255

Tab. 1.

Nazwa

Numer

wyprowadzenia

Wejście (I)

Wyjście (O)

Funkcja

D0

– D7

27

– 34

I/O

Dwukierunkowa 8-bitowa magistrala
danych.

RESET

35

I

Zerowanie układu.

CS

6

I

Wybór układu. Jeśli

1

CS



,

to układ

jest odłączony od magistrali danych.

RD

5

I

Sygnał odczytu.

WR

36

I

Sygnał zapisu.

A0 , A1

9 , 8

I

wejścia adresowe wybierające jeden
z

portów lub rejestr sterujący.

PA0

– PA7

1

– 4, 37 – 40

I/O

Port A.

PB0

– PB7

18

– 25

I/O

Port B.

PC0

– PC7

10

– 14

I/O

Port C.

Tab. 2.

A1

A0

RD

WR

CS

Funkcja

0

0

0

1

0

Odczyt danych z portu A.

0

1

0

1

0

Odczyt danych z portu B.

1

0

0

1

0

Odczyt danych z portu C.

0

0

1

0

0

Zapis danych poprzez portu A.

0

1

1

0

0

Zapis danych poprzez portu B.

1

0

1

0

0

Zapis danych poprzez portu C.

1

1

1

0

0

Zapis

słowa sterującego do rejestru sterującego

X

X

X

X

1

Magistrala danych D0

– D7 w stanie wysokiej

impedancji.

1

1

0

1

0

Niedozwolona (

zawartość rejestru sterującego

nie podlega odczytowi).

X

X

1

1

0

Magistrala danych D0

– D7 w stanie wysokiej

impedancji.

Opracowali: dr inż. Marek Stawowy, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

3

Charakterystyki trybu pracy układu 8255:

- try

b 0: wszystkie bramy pracują jako proste porty wejścia-wyjścia,

- tryb 1: porty

A i B działają jako wejście-wyjście, część portu C wspomaga port

A, a druga część portu C wspomaga port B, (port C służy do przesyłania
sygnałów sterujących),

- tryb 2: pracuje tyl

ko brama A (dwukierunkowa) wspomagana przez bramę C

(sygnały sterujące).

Słowo sterujące:

Układ 8255 wymaga czterech komórek przestrzeni adresowej:

- 00

H

– port A,

- 01

H

– port B,

- 02

H

– port C,

- 03

H

– rejestr sterujący.

Opracowali: dr inż. Marek Stawowy, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

4

D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7

OE
LE

Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7

PA0
PA1
PA2
PA3
PA4
PA5
PA6
PA7

PB0
PB1
PB2
PB3
PB4
PB5
PB6
PB7

PC0
PC1
PC2
PC3
PC4
PC5
PC6
PC7

D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7

RD
WR
A0
A1
RESET
CS

8255

P2

P3

P4

P5

P6

P7

P8

P9

P14

P1

P17

ALE

ALE

P2

P3

P4

P5

P6

P7

P8

P9

PORT RÓWNOLEGŁY

P1

P2

P3

P4

P5

P6

P7

P8

P9

P10

P11

P12

P13

P14

P15

P16

P17

P18

P19

P20

P21

P22

P23

P24

P25

P1

P2

P3

P4

P5

P6

P7

P8

P9

P14

P17

Rys. 3.

Schemat połączeń pomiędzy portem równoległym a układem 8255 na

stanowisku laboratoryjnym LV-100

Układ 74373 przedstawiony na rys. 3 jest rejestrem, który zawiera 8

przerzutników typu D (z wyjściem 3 stanowym). Wszystkie są sterowane poprzez
wejście zezwolenia wyjść OE (aktywne – poziom niski) oraz wejście LE (podłączone
do linii oznaczonej symbolem ALE). Jeśli na wejściu LE jest stan wysoki -
przerzutniki przewodzą, natomiast jeśli podamy stan niski informacje z wejść są
zatrzaskiwane w przerzutnikach. W tabeli 3 przedstawiono podstawowe operacje
realizowane przez układ.

Tab. 3.

OE

LE

Wyjście

przerzutnika Q

t

Wyjście

przerzutnika Q

t+1

L

H

H

H

L

H

L

L

L

L

X

Q

t

H

X

X

Z

Opracowali: dr inż. Marek Stawowy, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

5

W dalszej części ćwiczenia będą wykorzystywany podprogram:

- 8255_output.vi (zapis danych).

Podprogram ,,8255_output.vi” skład się z :

-

okna panelu frontowego, w którym znajdują się dwa pola umożliwiające
podanie adresu portu układu 8255 oraz danych przeznaczonych do zapisu.

- okna schem

atu blokowego, w którym umieszczono strukturę sekwencji

składającą się z ośmiu stron („ramek filmu”):

o

na pierwszej podano stan niski na wejście ALE oraz stan wysoki na
wejścia RD i WR układu 8255,

o na drugiej nas

tępuje wybranie portu lub rejestru sterującego,

Opracowali: dr inż. Marek Stawowy, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

6

o na trzecim

podano stan wysoki na wejście ALE,

o na czwartym

podano stan niski na wejście ALE,

o

na piątym następuje przesłanie danych do wcześniej wybranego portu,

o

na szóstym podano stan niski na wejście WR układu 8255,

o

na siódmym umieszczono oczekiwanie = 1 ms,

Opracowali: dr inż. Marek Stawowy, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

7

o

na ósmym podano stan wysoki na wejście WR układu 8255.

2. Przetwornik analogowo-cyfrowy ADC0804

Przetwornik analogowo-cyfrowy przetwarza napi

ęcie wejściowe na wartość

cyfrową binarną, zależną od wartości napięcia wejściowego. Zastosowany w
stanowisku laboratoryjnym przetwornik ADC0804 (rys. 4)

charakteryzuje się

następującymi parametrami:

-

rozdzielczość: 8 bitów (0 - 255),

- czas przetwarzania

: 100 µs.

Opis wyprowadzeń przetwornika ADC0804 przedstawiono w tabeli 4.

Opracowali: dr inż. Marek Stawowy, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

8

Rys. 4

. Układ ADC0804

Tab. 4.

Nazwa

Numer

wyprowadzenia

Wejście (I)

Wyjście (O)

Funkcja

DB7

– DB0

11

– 18

O

Wyjście danych.

CS

1

I

Wejście sygnału umożliwiającego
pracę (stan niski).

RD

2

I

Odczytywanie danych wyjściowych.

WR

3

I

Start przetwarzania napięcia wej.

INTR

5

O

Zakończenie przetwarzania.

V

CC

20

I

Zasilanie + 5 V.

D GND

10

I

Masa

,,cyfrowa”.

A GND

8

I

Masa ,,analogowa”.

V

REF

9

I

Wejściowe napięcie odniesienia.
(powinno być ustawione na połowę
wartości

ograniczenia

górnego

napięcia wejściowego).

V

IN

(+) ,V

IN

(-)

6 , 7

I

Różnicowe

wejście

napięcia

analogowego.

CLK IN

4

I

Wejście impulsów zegarowych w
zakresie 100

– 1460 kHz.

CLK R

19

O

Wyjście

impulsów

zegarowych

(

sprzężenie zwrotne generatora

zegarowego).

Opracowali: dr inż. Marek Stawowy, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

9

Proces przetwarzania napięcia wejściowego na wartość binarną pokazano na rys. 5
(start przetwarzania) i rys. 6 (odczyt da

nych wyjściowych).

Rys. 5. Proces przetwarzania (start przetwarzania)

Rys. 6

. Proces przetwarzania (odczyt danych wyjściowych)

Połączenia pomiędzy przetwornikiem ADC0804 a układem 8255 przedstawia rys. 7.
Rys. 8 przedstawia widok połączonego stanowiska laboratoryjnego.

Opracowali: dr inż. Marek Stawowy, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

10

PA0
PA1
PA2
PA3
PA4
PA5
PA6
PA7

PB0
PB1
PB2
PB3
PB4
PB5
PB6
PB7

PC0
PC1
PC2
PC3
PC4
PC5
PC6
PC7

D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7

RD

WR

A0
A1

RESET

CS

8255

DAC0804

+5 V

+5 V

SVR1
10kW

+5 V

1kW

LM336

2,5V

LSB DB0

DB1
DB2
DB3
DB4
DB5
DB6

MSB DB7

V

in

(-)

V

in

(+)

A GND

V

REF

CLK R

CLK IN

V

CC

125pF

INTR

CS

RD

WR

10kW

+5 V

+5 V

Rys. 7

. Schemat połączeń przetwornika A/C 0804

Rys. 8. Wi

dok połączonego stanowiska laboratoryjnego

Opracowali: dr inż. Marek Stawowy, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

11

Przebieg ćwiczenia:

W ćwiczeniu napięcie wejściowe podane na przetwornik ADC0804 zostanie

p

rzetworzone na wartość binarną (8 bitów). Sterowanie przetwornikiem ADC0804

odbywa się za pośrednictwem układu 8255 poprzez port równoległy LPT programem
LabView.

1.

Uruchom program LabView, a następnie otwórz plik o nazwie ,,10_1.vi”
z katalogu C:/

przykłady/. W oknie schematu blokowego przeanalizuj działanie

układu.

2. W oknie panelu frontowego umieszczono

przycisk „Koniec odczytu”.

3. W oknie schematu blokowego umieszczono

strukturę sekwencji, która składała

się z dwóch stron („ramek filmu”). Na pierwszej z nich umieszczono kolejną
strukturę sekwencji, która składa się także z dwóch stron:
- na pierwszej z nich

podano stan niski na wejście ALE oraz stan wysoki na

wejścia RD i WR układu 8255,

Opracowali: dr inż. Marek Stawowy, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

12

- na drugiej umieszczono

dane układu 8255:

-

port B zdefiniowany jest jako wejście,

- port C7

– C4 zdefiniowany jest jako wejście (wyjście INTR w ADC0804),

- port C3

– C0 zdefiniowany jest jako wyjście (wejścia RD , WR w ADC0804).

8A

H

= 10001010

B

4.

Na drugiej stronie struktury sekwencji (zewnętrznej) umieszczono strukturę pętli
while

, gdzie na wejście „Warunek” podano wartość logiczną TRUE. Wewnątrz tej

pętli umieszczono strukturę sekwencji, która składa się z sześciu (0 - 5) stron:
- na pierwszej

podano stan niski na wejście WR w ADC0804,

Opracowali: dr inż. Marek Stawowy, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

13

- na drugiej

podano stan wysoki na wejście WR w ADC0804,

- na trzeciej umieszczono oczekiwanie = 10 ms,

Opracowali: dr inż. Marek Stawowy, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

14

- na czwartej podano

stan niski na wejście RD w ADC0804,

- na

piątej umieszczono strukturę pętli while, gdzie na wejście „Warunek”

doprowadzono sygnał z przycisku „Koniec odczytu” umieszczonego na panelu
frontowym,

Opracowali: dr inż. Marek Stawowy, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

15

-

na siódmej podano stan wysoki na wejście RD w ADC0804.

5.

Uruchom symulację, zaobserwuj działanie układu. W tym celu zmieniaj poziom
napięcia wejściowego (potencjometrem SVR1) podawanego na wejście
przetwornika ADC0804 w zakresie 0

– 5 V.

6.

Opisz w sprawozdaniu zasadę działania i polecenia odczytu/zapisu w
przetworniku ADC0804.

3. Przetwornik cyfrowo-analogowy DAC0800

Przetwornik cyfrowo-

analogowy przetwarza wartość cyfrową binarną na

napięcie wyjściowe, zależne od wartości binarnej. Zastosowany w stanowisku
laboratoryjnym przetwornik ADC0800 (rys. 9 i 10) jest 8-bitowym przetwornikiem D/A.

Opracowali: dr inż. Marek Stawowy, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

16

Rys. 9

. Układ DAC0800

Rys. 10

. Schemat układu DAC0800

Opis wyprowadzeń przetwornika DAC0800 przedstawiono w tabeli 5.

Tab. 5.

Nazwa

Numer

wyprowadzenia

Wejście (I)

Wyjście (O)

Funkcja

B1

– B8

5

– 12

I

We

jście danych cyfrowych.

V +

13

I

Dodatnie wejście napięciowe:

18V

V

4,5V







V -

3

I

Ujemne wejście napięciowe:

V

5

,

4

V-

1,8V

-







COMP

16

I

Kompensacja.

Opracowali: dr inż. Marek Stawowy, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

17

V

LC

1

I

Logiczne

napięcie

progowe,

wykorzystywane

do

połączenia

różnych wyjść napięciowych do
wejść napięciowych DAC0800. Jeśli
źródło sygnału DAC0800 pochodzi
z wyjść TTL, to na to wejście musi
być podany stan logiczny niski
(masa).

V

REF +

, V

REF -

14 , 15

I

Wejściowe napięcie odniesienia
wykorzystywane

d

o

określenia

zakresu zmian prądu.

out

I

,

out

I

4 , 2

O

Wyjścia przetwornika DAC.

Najistotniejszą cechą przetwornika DAC0800 jest fakt, iż należy jedynie podać 8-
bitowy sygnał wejściowy, aby otrzymać na wyjściu sygnał w postaci prądowej. Taki
sygnał musi być jednak przekonwertowany przez wzmacniacz operacyjny (np.
LM1458), by zamienić go z postaci prądowej na napięciową, która ostatecznie może
przyjąć postać analogowego sygnału napięciowego.



Połączenia na stanowisku laboratoryjnym przedstawione są na rys. 11. Rys. 12
przedstawia widok połączonego stanowiska laboratoryjnego.

PA0
PA1
PA2
PA3
PA4
PA5
PA6
PA7

PB0
PB1
PB2
PB3
PB4
PB5
PB6
PB7

PC0
PC1
PC2
PC3
PC4
PC5
PC6
PC7

D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7

RD
WR
A0
A1
RESET
CS

8255

DAC0800

+5 V

-4 V

+15 V

-15 V

LM1458

+

-

T3

SVR2

SVR3

+5 V

1kW

1kW

10kW

B8 LSB
B7
B6
B5
B4
B3
B2
B1 MSB

COMP

I

OUT

V

ref +

V

ref -

V

LC

I

OUT

V -

V +

100pF

T4

V

Woltomierz

DC

Rys. 11.

Schemat połączeń na stanowisku laboratoryjnym

Opracowali: dr inż. Marek Stawowy, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

18

Rys. 12. Widok połączonego stanowiska laboratoryjnego

Przebieg ćwiczenia:

W ćwiczeniu wartość binarna wejściowa określana przez użytkownika w

programie LabView podawana jest na przetwornik

DAC0800. Bity te są przesłane

poprzez port równoległy LPT za pośrednictwem układu 8255 .

Wykorzystując miernik ustaw przy pomocy potencjometrów SVR2 i SVR3

napięcie między punktami T3 i T4 = 5 V

DC

.

1.

Uruchom program LabView, a następnie otwórz plik o nazwie ,,11_1.vi”
z katalogu C:/

przykłady/. W oknie schematu blokowego przeanalizuj działanie

układu.

2. W oknie panelu front

owego umieszczono miernik, który będzie przedstawiał

wartość binarną podawaną na wejścia przetwornika A/C. Zakres miernika
ustawiono na wartości 0 – 5 V.

Opracowali: dr inż. Marek Stawowy, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

19

3.

W oknie schematu blokowego umieszczono strukturę sekwencji, która
składała się z trzech stron („ramek filmu”):

- na pierwszej

podano stan niski na wejście ALE oraz stan wysoki na wejścia

RD i WR układu 8255,

-

na drugiej umieszczono dane układu 8255 (port B zdefiniowano jako

wyjście),

Opracowali: dr inż. Marek Stawowy, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

20

80

H

= 10000000

B

- na

trzeciej umieszczono strukturę pętli for, w której zawarto elementy

odpowiadające za:
-

wysłanie poprzez portu B układu 8255 danych do przetwornika DAC0800

(danymi są kolejne iteracje pętli),

-

wysyłana wartość jest dzielona przez 51 (ponieważ 255/51 = 5), a

następnie przedstawiania na mierniku umieszczonym na panelu
frontowym,

-

w celu uniknięcia zbyt szybkich zmian wskazań mierników dodano

opóźnienie 10 ms.

4.

Uruchom symulację, zaobserwuj działanie układu oraz wskazania multimetru.

5. Opisz w sprawozdaniu

zasadę działania przetwornika DAC0800.

4.

Program wg poleceń prowadzącego ćwiczenie

Przy wykorzystaniu

przedstawionych powyżej programów stwórz program zgodnie z

poleceniem prowadzącego ćwiczenie.

Opracowali: dr inż. Marek Stawowy, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

21

Uwaga:
Tworzony program trzeba zapisać pod nową nazwą: nazwa grupy_nazwisko_data
(np. TWT_Kowalski_20051014) w katalogu C:/p

rzykłady/

B)

Przygotowanie do ćwiczenia

Należy przygotować się z zakresu wiedzy technicznej obejmującej takie zagadnienia
jak:

układy kombinacyjne, układy sekwencyjne, a w szczególności, należy

przygotować odpowiedzi na poniższe pytania i polecenia:
1.

Wymień zalety i wady wykorzystania wspomagania komputerowego (na
przykładzie programu LabView) jako narzędzia kontrolno-sterującego.

2. Opisz s

truktury sterujące w LabView.

3.

Rodzaje wejść w LabView.

4. Opisz funkcje czasowe w LabView.
5.

Wymień i opisz zależności arytmetyczne w LabView.

6.

Wymień i opisz zależności logiczne w LabView.

7.

Wymień i opisz zależności porównawcze w LabView.

8.

Zapis liczb w różnych kodach liczbowych.

9.

Wymień bramki logiczne.

10. Opisz rodzaje i parametry

przetworników A/C i C/A.

C)

Wyposażenie

Komputer ............................................................................................................. szt. 1
Stanowisko LV-100 .............................................................................................. szt. 1
Kabel szeregowy .................................................................................................. szt. 1
Kabel równoległy .................................................................................................. szt. 1
Zasilacz stanowiska LV-100 ................................................................................. szt. 1
Multimetr .............................................................................................................. szt. 1

D) Literatura

1. Misiurewicz P.: ,,Podstawy techniki cyf

rowej”. WNT, 1983

2.

Pieńkoś Jan, Turczyński Janusz.: ,,Układy TTL w systemach cyfrowych”.
WKiŁ,1986

3.

Rosiński Adam: ,,Podstawy użytkowania programu LabView”. Warszawa, 2004

4.

Tietze, Schenk: ,,Układy półprzewodnikowe”. Wydaw. Nauk. –Techn., 1996

5.

Wawrzyński Wojciech: ,,Podstawy współczesnej elektroniki”. Oficyna Wydaw.
Politechniki Warszawskiej, 2003