Федеральное агентство по образованию бийский технологический институт (филиал)

Вид материала

4.4Преобразование кодов
4.4.1Преобразование унитарного кода в двоичный позиционный
4.4.2Преобразование двоичного позиционного кода в унитарный
4.4.3Преобразование кодов из одной системы счисления в другую
4.4.4Преобразование данных из параллельного кода в последовательный и обратно
4.4.5Цифро-аналоговое преобразование
4.4.6Аналого-цифровое преобразование
4.4.6.1Метод последовательного приближения
4.4.6.2Метод двойного интегрирования

Подобный материал:

1 ... 6 7 8 9 10 11 12 13 14

4.4Преобразование кодов

В задачах управления может возникнуть необходимость преобразования информации из одной формы представления в другую. Это связано с тем, что обработка данных в МК осуществляется в параллельном двоичном коде, а поступать в МК и выводиться из него информация может в иной форме представления.

Наиболее распространены в задачах логического управления следующие преобразования:

– из унитарного кода в двоичный (при вводе информации с клавиатуры или от оцифрованных переключателей);

– из двоичного в унитарный;

– из одной системы счисления в другую (при работе со специальными клавиатурами);

– специальные преобразования (для организации индикации и при выводе информации на периферийные устройства);

– из последовательного кода в параллельный (при вводе) и из параллельного в последовательный (при выводе);

– из аналоговой формы представления в цифровую, и наоборот (для связи с аналоговыми датчиками и исполнительными механизмами).

4.4.1Преобразование унитарного кода в двоичный позиционный

Двоичный эквивалент унитарного кода равен номеру бита, в котором находится единственная единица или ноль. Данное преобразование осуществляется путем сдвига исходного унитарного кода в сторону младших бит с одновременным подсчетом числа сдвигов. При «выдвигании» из младшего бита значения 1 (или 0) сдвиги прекращаются, а в счетчике сдвигов будет содержаться двоичный эквивалент унитарного кода (листинг 4.27).

Листинг 4.27 – Программа преобразования унитарного кода
в двоичный позиционный

; Активным сигналом для бита является логическая 1.

	.ORG 0000h	; Адрес начала программы
NEXT: EXIT:	MOV P1, #FFh MOV A, P1 MOV R0, #FFh JZ EXIT INC R0 CLR C RRC A JMP NEXT …	; Настройка порта P1 на ввод ; Считывание данных из порта P1 ; Обнуление счётчика циклов ; Выход из процедуры, если считанное ; значение 0 ; Увеличение счетчика циклов ; Сброс флага переноса ; Сдвиг вправо считанного значения с ; учётом переноса ; Переход на начало цикла

4.4.2Преобразование двоичного позиционного кода в унитарный

Необходимость такого преобразования возникает при выборе одного из исполнительных устройств, подключенных к параллельному порту контроллера, по номеру этого устройства.

Алгоритм преобразования включает следующие шаги:

– в регистр сдвига (R) загружается число 00000001b;

– если преобразуемый двоичный код (B) не равен нулю, то выполняется сдвиг содержимого регистра R влево В раз, иначе программа преобразования завершается.

Листинг 4.28 демонстрирует преобразование трехбитного двоичного кода, хранящегося в аккумуляторе, в 8-битный унитарный.

Листинг 4.28 – Программа преобразования 3-битного двоичного кода, хранящегося в аккумуляторе, в 8-битный унитарный

	.ORG 0000h	; Адрес начала программы
GO: NEXT: EXIT:	… ANL A, #07H MOV R0, A MOV A, #01H CJNE R0, #00H, GO JMP EXIT CLR C RLC A DJNZ R0, NEXT …	; Обнуление незначащих бит ; Сохранение двоичного кода в ; регистре R0 ; Загрузка регистра сдвига ; Сравнение преобразуемого ; двоичного кода с нулём ; Выход из подпрограммы, если ; преобразуемый код 000b ; Сброс флага переноса ; Сдвиг влево содержимого ; аккумулятора ; Проверка условия выхода из ; цикла ; Выход из подпрограммы

После выхода из подпрограммы результат хранится в аккумуляторе.

4.4.3Преобразование кодов из одной системы счисления в другую

Преобразование кода из одной позиционной системы счисления в другую осуществляется делением исходного числа на основание новой системы счисления. При этом деление должно выполняться по правилам исходной системы счисления. Например, для преобразования двоичного числа в двоично-десятичное исходное двоичное число должно быть поделено на 10. Деление должно осуществляться по правилам двоичной арифметики.

Пусть требуется выполнить преобразования 8-битного двоичного числа в двоично-десятичное. Исходный двоичный код хранится в аккумуляторе. Результат преобразования состоит из 12 бит: младшие
4 бита – единицы, представляют собой остаток от деления исходного числа на 10; следующее 4 бита – десятки, представляют собой остаток от деления на 10 полученного частного; старшие 4 бита – сотни, являются частным от второго деления. Листинг 4.29 содержит программу преобразования однобайтового двоичного кода в двоично-десятичный.

Листинг 4.29 – Программа преобразования однобайтового двоичного кода в двоично-десятичный

	.ORG 0000h	; Адрес начала программы
	MOV A, #255 MOV B, #10 DIV AB MOV DPL, B MOV B, #10 DIV AB MOV DPH, A MOV A, B SWAP A ORL A, DPL MOV DPL, A ...	; Загрузка в аккумулятор ; преобразуемого числа (255) ; Загрузка в регистр B ; делителя ; Деление A на B ; Сохранение остатка от ; деления (единиц) в регистре ; DPL. Регистр A содержит ; частное от первого деления ; Загрузка в регистр B ; делителя ; Деление A на B ; Сохранение частного от ; второго деления в DPH ; Сохранение остатка от ; второго деления в старшей ; тетраде регистра DPL

Результат выполнения программы сохраняется в регистре DPTR. Формат результата приведен на рисунке 4.19.

DPTR
DPH								DPL
15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
Незначащие				Сотни				Десятки				Единицы

Рисунок 4.19 – Формат результата преобразования

Обратное преобразование (из двоично-десятичного кода в двоичный) заключается в расчёте суммы:

«единицы» + «десятки» × 10 + «сотни» × 100…

Программа преобразования двухзначного двоично-десятичного кода в двоичный приведена в листинге 4.30.

В приведённой программе исходное значение хранится в младших двенадцати битах регистра DPTR. Результат сохраняется в аккумулятор.

Листинг 4.30 – Программа преобразования двухзначного
двоично-десятичного кода в двоичный

	.ORG 0000H	; Адрес начала программы
	… MOV A, DPL SWAP A ANL A, #0FH MOV B, #10 MUL AB PUSH A MOV A, DPL ANL A, #0FH MOV DPL, A POP A ADD A, DPL MOV DPL, A MOV A, DPH ANL A, #0FH MOV B, #100 MUL AB ADD A, DPL …	; Выделение десятков ; Умножение десятков на 10 ; Сохранение в стек ; результата умножения ; Выделение единиц ; Восстановление из стека ; Сложение единиц и ; результата умножения ; Выделение сотен ; Умножение сотен на 100 ; Сложение результата умножения ; с числом «единицы»+«десятки»×10

Кроме рассмотренного способа преобразования чисел из одной системы счисления в другую, можно воспользоваться более медленным, но зато и более простым способом «двух счетчиков». При этом способе из исходного кода вычитается, а к новому коду прибавляется по единице до обнуления исходного кода, причем вычитание осуществляется «в старой», а прибавление – в «новой» системе счисления. Пример программы преобразования двоичного числа в двоично-десятичное методом двух счетчиков приводится ниже (листинг 4.31).
В приведенной программе исходный двоичный код должен находиться в аккумуляторе, двоично-десятичный код – в регистре DPTR.

Листинг 4.31 – Программа преобразования двоичного числа
в двоично-десятичное методом двух счетчиков

	.ORG 0000h	; Адрес начала программы
NEXT: EXIT:	MOV A, #200 MOV DPTR, #0000H JZ EXIT MOV R0, A MOV A, DPL ADD A, #01H DA A MOV DPL, A MOV A, DPH ADDC A, #00H DA A MOV DPH, A DJNZ R0, NEXT …	; в A преобразуемое число ; Обнуление регистра DPTR ; Выход из подпрограммы ; преобразования, если ; преобразуемое число 0 ; В регистр-счётчик (R0) ; преобразуемое число ; Увеличение регистра DPL ; на единицу и его ; двоично-десятичная ; коррекция ; Увеличение регистра DPH ; на единицу, если возник ; перенос при увеличении ; регистра DPL и ; двоично-десятичная коррекция ; результата ; Уменьшение счетчика циклов ; (R0) и переход на начало цикла, ; если R0 не равно 0

4.4.4Преобразование данных из параллельного кода
в последовательный и обратно

Наиболее распространенным применением процедур преобразования параллельной формы в последовательную и обратно является связь с удаленными датчиками, исполнительными механизмами и другими МК по однопроводным и двухпроводным линиям передачи информации.

Для этих целей удобно использовать аппаратные средства микроконтроллера – последовательный порт (см. п. 1.3.4). Порт может работать в двух режимах: в режиме сдвигающего регистра и режиме универсального асинхронного приёмопередатчика.

Работа последовательного порта в режиме сдвигающего регистра предполагает синхронную выдачу и приём битов информации (рисунок 4.20).

Внешнее устройство, принимающее информацию, должно «защёлкивать» биты по переднему фронту сигнала на выходе TXD, выдающее – устанавливать данные по заднему фронту.

Выдача информации в этом режиме может быть реализована следующим образом (листинг 4.32).


Рисунок 4.20 – Организация последовательного синхронного обмена между микроконтроллером и периферийным устройством

Листинг 4.32 – Программа выдачи информации микроконтроллером

	ORG 0000H	; Адрес начала программы
NEXT:	MOV IE, #00H MOV SCON, #00H MOV P0, #FFH MOV A, P0 SETB P1.0 MOV SBUF, A JNB TI, $ CLR P1.0 CLR TI JMP NEXT	; Запрет всех прерываний ; Настройка последовательного ; порта контроллера на режим ; синхронной передачи ; Настройка порта P0 на ввод ; Чтение данных из порта P0 ; Разрешение внешнему ; устройству приёма данных ; Запись данных в регистр SBUF ; (при этом автоматически ; начинается выдача данных) ; Ожидание завершения передачи ; Запрет внешнему устройству ; приёма данных ; Сброс флага конца передачи ; Переход на начало цикла

Процедура приёма данных аналогична процедуре выдачи (листинг 4.33).

Листинг 4.33 – Программа приёма информации микроконтроллером

	ORG 0000H	; Адрес начала программы
NEXT:	MOV IE, #00H MOV SCON, #10H SETB P1.0 JNB RI, $ MOV A, SBUF MOV P0, A CLR P1.0 CLR RI JMP NEXT …	; Запрет всех прерываний ; Настройка последовательного ; порта контроллера на режим ; синхронного приёма ; Разрешение внешнему ; устройству на передачу данных ; Ожидание завершения приёма ; Чтение данных из регистра SBUF ; и их выдача в P0 ; Запрет внешнему устройству ; передачи данных ; Сброс флага конца приёма ; Переход на начало цикла

Режим универсального приёмопередатчика удобно использовать для асинхронной выдачи и асинхронного приёма информации по последовательному каналу связи (например, по интерфейсу RS-232). Описание работы последовательного порта в режиме универсального приёмопередатчика приведено в п. 1.3.4.

Программа, реализующая прием байта данных, его инвертирование и выдачу обратно (подобная процедура часто используется для тестирования физических линий связи), реализована следующим образом (листинг 4.34).

Листинг 4.34 – Программа, демонстрирующая асинхронный обмен
информации через последовательный порт

FOSC: BR: COUNT:	.EQU 18432000 .EQU 9600 .EQU 256-(FOSC/(BR*192))	; Частота кварцевого ; резонатора ; Скорость обмена (бод) ; Число, загружаемое в ; таймер-счетчик T/C2
	.ORG 0000H	; Адрес начала программы
CICLE:	MOV TMOD, #20H MOV SCON, #50H ORL PCON, #80H MOV TH1, #COUNT MOV TL1, TH1 CLR TI CALL READ CPL A CALL SEND JMP CICLE	; Настройка T/C2 в режим ; с автоперезагрузкой ; Настройка ; последовательного порта ; Установка бита 7 ; регистра PCON (бит ; влияет на скорость ; передачи) ; Загрузка регистров T/C2 ; Сброс флага готовности ; передатчика ; Сброс флага готовности ; приёмника ; Вызов процедуры приёма ; Инвертирование ; полученного байта ; Вызов процедуры выдачи ; Переход на начало цикла
; ПОДПРОГРАММЫ
; Подпрограмма асинхронного приёма
READ:	JNB RI, $ MOV A, SBUF CLR RI RET	; Ожидание установки ; флага готовности ; приёмника ; (устанавливается при ; получении символа) ; Считывание в ; аккумулятор принятого ; байта ; Сброс флага готовности ; приёмника ; Выход из подпрограммы
; Подпрограмма асинхронной выдачи
SEND:	MOV SBUF, A JNB TI, $ CLR TI RET	; Загрузка в регистр ; SBUF Отправляемого ; значения ; Ожидание установки ; флага готовности ; передатчика ; Сброс флага готовности ; передатчика ; Выход из подпрограммы

4.4.5Цифро-аналоговое преобразование

Преобразование информации из цифровой формы в аналоговую осуществляется путем подключения ЦАП к одному из портов МК. Выдача аналогового управляющего воздействия в этом случае сводится к команде пересылки двоичного кода в порт. При этом на выходе ЦАП появится напряжение (ток), пропорциональное двоичному коду, загруженному в порт.

Некоторые объекты управления могут требовать непрерывного воздействия изменяющегося сигнала. Простейшим случаем является формирование линейно изменяющегося сигнала (рисунок 4.21, листинг 4.35).

Рисунок 4.21 – Принцип формирования линейно изменяющегося сигнала с помощью ЦАП

Листинг 4.35 – Программа формирования линейно изменяющегося сигнала

	. ORG 0000H	; Адрес начала программы
NEXT:	MOV A, #00H MOV P1, A CALL DELAY INC A JMP NEXT	; Обнуление аккумулятора ; Пересылка содержимого ; аккумулятора в порт P1 ; Вызов подпрограммы, ; реализующей задержку ; Инкремент аккумулятора ; Переход на начало цикла

Программа формирования аналогового сигнала, заданного таблично, приведена в листинге 4.36.

Листинг 4.36 – Программа формирования аналогового сигнала,
заданного таблично

	. ORG 8000H	; Адрес начала программы
CYCLE: NEXT:	MOV DPTR, #TABLE MOV A, #00H MOVC A, @A+DPTR MOV P1, A CALL DELAY INC DPTR MOV A, DPH CJNE A, # MOV A, DPL CJNE A, #>END, NEXT JMP CYCLE	; Загрузка в DPTR базового ; адреса таблицы ; Загрузка в аккумулятор ; смещения относительно ; базового адреса (00) ; Чтение байта из таблицы ; Пересылка считанного ; байта в порт ; Вызов подпрограммы, ; реализующей задержку ; Увеличение адреса ; обращения к таблице ; Проверка вхождения в ; пределы таблицы ; Переход на начало ; программы, если считано ; последнее значение из ; таблицы
TABLE:
	.DB 00, 01, 02, 02, 02, 03 .DB 03…	; Таблица значений ; реализуемой функции
END:

4.4.6Аналого-цифровое преобразование

Преобразование аналогового сигнала от датчика в цифровой код, принимаемый и обрабатываемый в МК, можно осуществить несколькими способами:

– аппаратным на основе микросхемы АЦП, подключаемой к порту МК. В этом случае МК только инициирует АЦП и через заданные периоды преобразования считывает из него цифровой код. Данный способ характеризуется самым высоким быстродействием, но требует использования АЦП, что далеко не во всех применениях МК является оправданным с экономической точки зрения;

– программно-аппаратным на основе ЦАП и программы взвешивания битов (методом последовательного приближения). Данный способ характеризуется меньшим быстродействием, но требует использования относительно простых и дешевых микросхем ЦАП и операционного усилителя;

– программно-аппаратным способом на основе метода двойного интегрирования. Это самый дешевый, но и наиболее медленный способ. Данный способ может обеспечить достижение очень высокой точности преобразования;

– программно-аппаратным на основе использования преобразователя напряжение–частота и программы измерения периода сигнала.

Наибольший практический интерес представляют последние 3 способа, так как их использование обеспечивает получение высоких технико-экономических характеристик микропроцессорной системы относительно простыми средствами.

4.4.6.1Метод последовательного приближения

При использовании данного способа преобразования аналогового сигнала в код, из дополнительной аппаратуры в микроконтроллерном устройстве используются ЦАП и сравнивающий компаратор. Схема включения приведена на рисунке 4.22.

Рисунок 4.22 – Структурная схема аналого-цифрового преобразования по методу последовательного приближения

Микроконтроллер через порт Р1, работающий в режиме вывода, передает двоичные коды в ЦАП, выход которого соединяется с одним из входов компаратора. На второй вход компаратора подаётся преобразуемое напряжение. Сигнал с выхода компаратора подаётся на вход микроконтроллера.

На выходе компаратора формируется логический 0, если напряжение на выходе ЦАП (U_цап) меньше преобразуемого напряжения (U_x). Если U_цап>U_x, на выходе компаратора формируется логическая единица.

Программа аналого-цифрового преобразования (листинг 4.37) работает следующим образом: МК выдает через порт P1 байт данных, преобразуемый ЦАП в аналоговый сигнал U_цап и сравниваемый с входным аналоговым сигналом U_x, а затем анализирует результат сравнения. В зависимости от значения сигнала на входе INT0 МК или оставляет старший бит выводимого байта в 1, если U_цапx, или сбрасывает его в 0, если U_цап>U_x. Затем аналогичным образом в порядке убывания весовых значений проверяется каждый бит выводимого байта.

Листинг 4.37 – Программа аналого-цифрового преобразования
методом последовательного приближения

NEXT:

ENOUGH:

.ORG 0000H

MOV R0,#08H

MOV R1, #01H

MOV R2, #00H

MOV A, R1

RR A

MOV R1, A

ORL A, R2

MOV P1, A

JB INT0, ENOUGH

MOV R2, A

DJNZ R0, NEXT

; Адрес начала программы

; Инициализация счётчика битов

; Инициализация регистра сдвига

; Инициализация регистра

; результата

; Ротация регистра сдвига

; Логическое сложение регистра

; сдвига и регистра результата

; (Результат сохраняется в

; аккумуляторе)

; Выдача в порт результата

; сложения

; Проверка результата сравнения

; Если на выходе компаратора 1,

; то регистр результата не

; изменяется (переход),

; иначе результат логического

; сложения сохраняется в R2

; Переход на начало цикла

4.4.6.2Метод двойного интегрирования

Схема подключения к МК дополнительной аппаратуры показана на рисунке 4.23, временные диаграммы, поясняющие принцип метода двойного интегрирования, приведены на рисунке 4.24.

Рисунок 4.23 – Структурная схема аналого-цифрового преобразования по методу двойного интегрирования

Рисунок 4.24 – Временные диаграммы, поясняющие принцип метода двойного интегрирования

Первоначально на вход интегратора подается отрицательное напряжение E_оп. При этом на выходе интегратора через некоторое время установится отрицательный уровень, а на выходе компаратора будет сформирован сигнал логического 0.

Процесс преобразования состоит из двух этапов. Сначала производится интегрирование входного аналогового сигнала в течение строго определенного времени Т1. Отсчет интервала Т1 производится от момента t₀ перехода напряжения на выходе интегратора через нуль. Входной преобразуемый сигнал (для данной схемы) должен быть положительным. Затем в момент времени t₁ на вход интегратора подается опорное отрицательное напряжение E_оп и измеряется время интегрирования Т2, которое и будет пропорционально входному напряжению (U_вх).

Время Т1 выбирается так, чтобы при максимальном входном напряжении интегратор не вошел в насыщение.

Листинг 4.38 содержит программу аналого-цифрового преобразования методом двойного интегрирования. После выполнения программы результат сохраняется в регистрах TH0:TL0.

Листинг 4.38 – Программа аналого-цифрового преобразования
методом двойного интегрирования

TIME:	.EQU #7FFFH	; Время интегрирования

	.ORG 0000H	; Адрес начала программы
	CLR EA	; Запрет всех прерываний
	MOV TMOD,#01H	; Настройка таймер-счётчика Т/С0
	MOV TL0, # MOV TH0, #>TIME	; Загрузка Т/С0
	SETB P1.1	; Настройка Р1.1 на ввод
	SETB P1.0	; Подача Е_оп на вход интегратора
	JB P1.1, $	; Ожидание появления на выходе ; интегратора отрицательного ; уровня
	CLR P1.0 JNB P1.1, $ SETB TR0 JNB TF0,$	; Подача U_вх на вход интегратора ; ожидание момента Т0 ; Запуск Т/С0 ; Ожидание момента Т1
; НАЧАЛО ОБРАТНОГО ИНТЕГРИРОВАНИЯ
	SETB P1.0	; Подача Е_опна вход интегратора
	MOV TL0, #00H MOV TH0, #00H JNB P1.1, $ CLR TR0 …	; Загрузка Т/С0 ; Ожидание появления на выходе ; интегратора отрицательного ; уровня ; Остановка счётчика Т/С0

Контрольные вопросы

Для чего необходимо преобразование кодов в микроконтроллерных устройствах?

Преобразование каких кодов наиболее часто выполняется микроконтроллером?

Для чего необходим двоично-десятичный код?

Как организуется преобразование из двоичного кода в двоично-десятичный и обратно?

Для чего необходимо преобразование последовательного кода в параллельный и обратно?

Что такое цифро-аналоговое преобразование и для чего оно нужно?

Опишите методы аналого-цифрового преобразования, применяемые в микроконтроллерных устройствах.

Blog