KURZUS: Számítógépes folyamatirányítás

MODUL: A találkozás

4.2. lecke: A digitális bemeneti perifériák

| Cél: A lecke célja, hogy a tananyag felhasználója megismerje:
a digitális bemeneti perifériák feladatát, fajtáit és az egyes fajták alkalmazási területeit; az e perifériákban alkalmazott tipikus jelformáló áramköröket; az egyszerű digitális adatbemenetek felépítését és működését; az esemény-érzékeny (változásfigyelő) adatbemenetek felépítését és működését; a számláló bemenetek felépítését és működését; megszakítás bemenetek felépítését és működését.
Követelmények: Ön akkor sajátította el megfelelően a tananyagot, ha
el tudja mondani a digitális bemeneti perifériák feladatát és fel tudja sorolni fajtáikat és az egyes fajták alkalmazási területeit; fel tudja sorolni az itt alkalmazott tipikus jelformáló áramköröket, el tudja mondani funkciójukat; fel tudja rajzolni az egyszerű digitális adatbemenet felépítését és el tudja mondani működését; fel tudja rajzolni az esemény-érzékeny digitális adatbemenet felépítését és el tudja mondani működését; fel tudja rajzolni a számláló bemenet felépítését és el tudja mondani működését; fel tudja rajzolni a megszakítás bemenet felépítését és el tudja mondani működését.
Időszükséglet: 1.5 óra
Kulcsfogalmak:
pergésmentesítő, digitális adatbemenet, változásfigyelő bemenet, számláló bemenet, megszakítás bemenet, maszkregiszer.
A digitális bemeneti perifériák a folyamatból érkező kétállapotú jelek fogadására és illesztésére szolgálnak. A digitális bemeneti jelek - korábban említett - különböző típusainak kezelésére különböző perifériák alkalmasak.
A leckerész átolvasása után mondja el a digitális bemeneti perifériák feladatát és sorolja fel fajtáikat és az egyes fajták alkalmazási területeit;
A belső áramkör kialakítására csak a jel időbeli lefutás, valamint funkció szerinti hovatartozása van hatással. A megjelenési forma (feszültségszint, vagy kontaktus) szerinti különbözőség a jelformáló áramkörök megfelelő megválasztásával vehető figyelembe, a jel értelmezése pedig nem a periféria dolga, azt a feldolgozó program határozza meg. Így három különböző perifériatípusról beszélhetünk, ezek
a digitális adatbemenetek, az ellenőrzött állapotjelek fogadására; a számláló bemenetek, az ellenőrzött impulzusjelek fogadására; a megszakítás bemenetek, az állapot-, vagy impulzus-jellegű megszakításjelek fogadására.
Sorolja fel az alkalmazott tipikus jelformáló áramköröket, és mondja el funkciójukat;
A jelformáló áramkörök részben a már korábban látottakhoz hasonlók (feszültségosztó, szűrő). Speciális (csak digitális perifériákban használatos) jelformálók:
Szintkonverter: akkor szükséges, ha a folyamatból érkező jel logikai szintjei nem kompatibilisek a periféria belső áramkörének logikai szintjeivel. Kontaktus/feszültség átalakító (1. ábra)
Kontaktus/feszültség átalakító
1. ábra
Optikai leválasztó (lásd: 2. modul, 4.lecke, 4.2) Pergésmentesítő: nyomógombok, kapcsolók érintkezési bizonytalanságainak kiszűrésére. Általában monostabil multivibrátorral alakítják ki.
1. A digitális adatbemenetek
Rajzolja fel az egyszerű digitális adatbemenetek felépítését és mondja el működését.
E perifériák belső áramkörét egy bemeneti kapuáramkör, egy adatregiszter és egy kiolvasó kapuáramkör együttese alkotja (2. ábra). A kapuáramkörök és az adatregiszter bitszámának az adatbusz szélességével kompatibilisnek kell lennie.
Digitális adatbemenet
2. ábra
Lekérdezéskor a bemeneti kapuk kinyitnak és az állapotjelek aktuális értékei beíródnak az adatregiszterbe. Ezután a bemeneti kapuk újra bezárulnak, majd a kiolvasó kapuk nyitnak és az adatregiszter tartalma az adatbuszra kerül. Kiolvasás után a kiolvasó kapuk bezárulnak és az adatregiszter tartalma törlődik. A vezérlő áramkör feladata a kapuk szinkronizált nyitása, zárása és az adatregiszter törlése.
Egy különleges, de gyakran alkalmazott adatbemenet az un változásfigyelő (vagy más néven: eseményérzékeny) bemeneti periféria (3. ábra).
Változásfigyelő digitális adatbemenet
3. ábra
Ezt a számítógépnek nem kell ciklikusan lekérdeznie, hanem csak akkor, ha a folyamatjelek valamelyikének az állapota megváltozott. A jelváltozást maga a periféria figyeli és bekövetkeztekor megszakításkérést generál. Ennél a perifériánál az adatregiszter a kiolvasás után nem törlődik, hanem megőrzi a tartalmát. Egy KIZÁRÓ-VAGY áramkör összehasonlítja ezt a zárt bemeneti kapu előtti aktuális bitmintával. Ha a kettő között különbséget tapasztal (bitváltozás), a periféria megszakításjelet generál. Erre válaszképpen a számítógép lekérdezi a megváltozott adatot. Lekérdezéskor először a bemeneti kapu nyílik, és az adatregiszter tartalma aktualizálódik (mostantól kezdve ez lesz a régi érték). Ezután a bemeneti kapu újra bezárul és a kinyíló kiolvasó kapun keresztül az adatbuszra kerül az aktuális regisztertartalom.
2. A számláló bemenetek
Rajzolja fel a számláló bemenetek felépítését és mondja el működését
A számláló bemenetek (4. ábra) az ellenőrzött impulzusjelek fogadására, tárolására és megszámolására használatosak. A periféria n-db. impulzusjelet fogad (n-csatornás). Az egyes jelek impulzusai egy-egy tárolón keresztül egy-egy számlálóra jutnak (minden jelhez tartozik egy számláló). A számlálók tartalma kiolvasó kapukon keresztül juthat az adatbuszra. Az egyes számlálók k-bitesek. A k értékét úgy kell meghatározni, hogy két, egymás utáni lekérdezés között a számláló ne csordulhasson túl.
Számláló bemenet
4. ábra
Két lekérdezés között az impulzusok a számlálókba jutnak és léptetik azokat. Lekérdezéskor a számlálás letiltódik, majd a kiolvasó kapu kinyit és a számláló tartalma az adatbuszra kerül. A tároló arra szolgál, hogy a számlálás letiltása után esetlegesen beérkező impulzus se vesszen el. Kiolvasás után a kiolvasó kapu lezár, a számláló nullázódik és a vezérlő áramkör újra engedélyezi a számlálást. Ekkor kerül a számlálóba a tárolóban esetlegesen tárolt impulzus. Az egyes bemeneteket (számlálókat) egymástól függetlenül (akár különböző ciklusidővel is) lehet lekérdezni.
A vezérlő áramkör funkciói: a kapuk nyitása/zárása, a számlálás engedélyezése/tiltása, a számláló törlése, a tároló törlése.
3. A megszakítás bemenetek
Ez a periféria a megszakítás-típusú jelek fogadására alkalmas. A megszakításjelekről feltételezzük, hogy azok vagy impulzusok, vagy olyan állapotjelek, melyeknek statikus értéke nem, hanem csak a felfutó éle (01 átmenete) eredményez megszakítást. A megszakítás bemenet belső áramköre egy bemeneti adatregiszterből, egy változásfigyelő áramkörből, egy megszakítási állapot- és egy megszakítási maszkregiszterből, logikai áramkörökből és két kiolvasó kapuáramkörből épül fel (5. ábra).
Megszakítás bemenet
5. ábra
A megszakításjelek pillanatnyi értéke a bemeneti regiszterben tárolódik. (Ezt a 2.számú kiolvasó kapun keresztül a számítógép bármikor, megszakítási folyamat nélkül is kiolvashatja.) Ha a változásfigyelő áramkör a bemeneti regiszter valamelyik bitpozícióján (több ilyen is lehet) felfutó élt érzékel, a megszakítási állapotregiszter megfelelő bitjébe 1-et ír. Az állapotregiszter és a maszkregiszter tartalma össze-ÉSelődik, így csak azok a megszakításkérések juthatnak érvényre, amelyeket a maszk engedélyez. Ha a maszkolás után van engedélyezett megszakításkérés (ezt állapítja meg a VAGY-áramkör), akkor a vezérlő áramkör megszakításjelet generál. A megszakítási folyamat során a vezérlő áramkör a számítógép utasítására az 1. számú kiolvasó kapun keresztül az adatbuszra helyezi a maszkolt állapotszót, melyből a számítógép megtudhatja, hogy melyik input jel okozta a megszakítást. A maszkregiszter tartalmát a CONTROL-porton keresztül a számítógépen futó programok tetszőlegesen beállíthatják, így szelektív és dinamikus engedélyezés/tiltás valósítható meg.
A vezérlő áramkör nyitja/zárja a kiolvasó kapukat, beírja, illetve törli a maszkregisztert, törli az állapotregisztert.
Lépjen ki a tananyagból! Gondolja át a lecke tartalmát, rekonstruálja a szerkezetét! Vegyen elő egy lapot és írja le a lecke vázlatát! Ne sajnálja az erre fordított időt! Ha gondosan megcsinálja, már majdnem tudja is az anyagot.

| Önellenőrző kérdések
1. Mondja el a digitális bemeneti perifériák feladatait, sorolja fel fajtáikat és mondja el az egyes fajták alkalmazási területeit!
2. Sorolja fel a digitális bemeneteknél alkalmazott tipikus jelformáló áramköröket!
3. Mondja el a digitális adatbemenetek felépítését és működését! Azonosítsa funkcionális elemeiket az alábbi ábrán, a megfelelő szám beírásával! adatregiszter bemeneti kapu jelformáló áramkör kiolvasó kapu periféria vezérlő
4. Mondja el az esemény-érzékeny adatbemenetek felépítését és működését! Azonosítsa funkcionális elemeiket az alábbi ábrán, a megfelelő szám beírásával! adatregiszter bemeneti kapu jelformáló áramkör kiolvasó kapu kizáró-vagy áramkör periféria vezérlő
5. Mondja el a számláló bemenetek felépítését és működését! Azonosítsa funkcionális elemeiket az alábbi ábrán, a megfelelő szám beírásával! jelformáló áramkör kiolvasó kapu periféria vezérlő számláló tároló
6. Mondja el a megszakítás bemenetek felépítését és működését! Azonosítsa funkcionális elemeiket az alábbi ábrán, a megfelelő szám beírásával! 1. kiolvasó kapu 2. kiolvasó kapu állapot regiszter bemeneti regiszter jelformáló áramkör maszk regiszter periféria vezérlő változásfigyelő (felfutó-él figyelő) 'és' kapuk 'vagy' kapuk
7. Jelölje meg a helyes állításokat!
| Pergésmentesítő áramkör csak állapotjeleket fogadó bemeneti csatornákra szükséges.
| Szintkonverterre csak feszültségszint jelet fogadó csatornákban lehet szükség.
| A digitális adatbemenetek impulzusjeleket is fogadhatnak.
| A digitális adatbemenetek nem fogadhatnak kontaktusjeleket.
| A számláló bemenetek ellenőrzött impulzusjelek fogadására alkalmasak.
| A bemeneti jelek megjelenési formája csak a jelformáló áramkörök megválasztását befolyásolja.
| Kódolt bitcsoport csak számláló bemenetekkel fogadható.
| A megszakítás bemenetek ellenőrzött jeleket is fogadhatnak.
8. Gondolkodtató feladat - nem kötelező anyag. A megszakítás bemenetek változásfigyelő áramköre állapotjelek felfutó éleit (0 - 1 átmeneteit) figyeli. Vajon hogyan működhet? Másként fogalmazva: hogyan (milyen műveleti elemmel) lehet egy felfutó élből impulzust csinálni?