Компьютерная Томография

   Программное прерывание 17h предоставляет некоторые возможности по работе с параллельным портом принтера. Однако этих возможностей недостаточно для полноценного программирования подключенных к этому порту внешних устройств. Кроме того использование прерывания существенно замедляет работу программы, поэтому рекомендуется непосредственно считывать данные по соответствующему адресу.    Действительно полезной оказывается функция N1 - инициализация порта(вход: AH=1,DX-номер порта(0,1 или 2); выход: AH-статус порта). Дело в том, что эту процедуру необходимо выполнять после окончания работы с принтером.  Поэтому рекомендуется вызывать функцию N1 прерывания 17h при выходе из программы.

     Следует отметить, что, начиная с BIOS для IBM PC/AT, выпущенного в марте 1986 года, считывание значения из регистра состояния параллельного порта производится дважды, что связано с тем, что изменение состояния BUSY имеет растянутый фронт.

    Двунаправленный порт обычно используется в режиме совместимости - именно этот режим устанавливается изначально при выполнении программы POST. Однако, программист может использовать расширенный режим работы порта для подключения нестандартной аппаратуры. В этом случае на компьютерах PS/2 выбор расширенного режима работы параллельного порта производится при конфигурации аппаратуры компьютера путем записи нулевого значения в бит 7 порта 0102h.

В других компьютерах двунаправленный режим контроллера параллельного порта может выть выбран при выполнении программы начальной конфигурации BIOS.

     Все сигналы интерфейса Centronics передаются в уровнях ТТЛ и рассчитаны на подключение одного стандартного входа ТТЛ.

4. Разработка принципиальной схемы устройства.

     Исходя из разработанной структурной схемы, можно выделить следующие части проектируемой схемы.

     Аналого-цифровой преобразователь должен преобразовывать аналоговый сигнал, пропорциональный углу поворота гантрии симулятора в цифровой код для дальнейшей обработки с помощью ЭВМ.

     Преобразователь аналогового сигнала подгоняет его уровень под требования АЦП, т.е., как будет показано ниже, осуществляет его ослабление, а также служит буфером.

     Двусторонний ограничитель уровня необходим для ограничения уровня входного аналогового сигнала, для предотвращения выхода АЦП из строя при повороте гантри сверх допустимого диапазона.

     Необходимо также обеспечить защиту АЦП, для предотвращения подачи на него сигналов при выключенных питающих напряжениях.

     Источник питания должен служить для обеспечения функционирования входящих в схему устройств. Для упрощения схем питания предполагается выбирать для использования элементы с одинаковыми требованиями к питающим напряжениям.

     С целью информирования о включенном состоянии устройства, необходимо предусмотреть какое-либо устройство индикации.    

4.1 Выбор аналого-цифрового преобразователя.

    Для преобразования аналогового сигнала от датчика положения гантрии в цифровую форму,  для дальнейшей обработки с помощью ЭВМ необходимо использование АЦП.

     В АЦП входным сигналом является напряжение, а выходным - соответствующий этому напряжению цифровой код, который образуется в результате квантования входного напряжения по уровням. Принцип работы АЦП зависит от метода преобразования. По алгоритму преобразования основные методы преобразования, используемые в микросхемах АЦП, подразделяются на методы: последовательного счета, поразрядного уравновешивания (последовательного счета) и параллельного действия (считывания). [5]

     Критерием выбора АЦП являются его параметры: число разрядов, быстродействие, точность, стоимость.

     Число разрядов выходного кода определяет количество возможных уровней квантования входного сигнала. Для n-разрядного двоичного кода это количество равно 2n.

     Разрешающая способность определяется минимальным входным напряжением, соответствующим изменению выходного кода на единицу младшего разряда. Она характеризует порог чувствительности при котором происходит смена выходного кода.

     Нелинейность d (рис. 4.1) показывает максимальное отклонение реальной передаточной характеристики от идеальной; выражается в процентах или долях младшего разряда (МР).

                                        d

 

d

                                        d

    Рис. 4.1  Нелинейность и абсолютная нелинейность  преобразования.

     Дифференциальная нелинейность  - это отклонение двух входных сигналов, соответствующих соседним выходным кодам от значения МР. Выражается дифференциальная нелинейность также в процентах или долях МР.

     Абсолютная погрешность преобразования d в конечной точке шкалы - это отклонение напряжения от номинального значения, соответствующего конечной точке характеристики преобразования. Эта погрешность зависит от шага квантования (методическая погрешность) и инструментальных погрешностей, вносимых узлами АЦП.

     Наиболее быстродействующими являются АЦП параллельного действия, однако они также самые сложные и самые дорогие. АЦП последовательного счета имеют самое низкое быстродействие. Широко распространенные АЦП последовательного приближения обладают средним быстродействием.

     Исходя из специфики задачи, для ее выполнения подойдут функционально завершенные АЦП, пригодные для непосредственного сопряжения с ЭВМ. Такие АЦП требуют минимального количества вспомогательных элементов, имеют встроенные источники опорного напряжения, генераторы тактовых импульсов буферные регистры с тремя состояниями. Важным требованием является работа АЦП с ТТЛ уровнями для непосредственного подсоединения к параллельному порту ЭВМ.

     Определим требуемую разрядность АЦП. Для обеспечения точности менее одного градуса число разрядов n должно быть:

          n  > log360

Т.е. n должно быть больше или равно 9.

     Указанным требованиям удовлетворяет 10 - разрядный функционально полный АЦП последовательного приближения К1113ПВ1, выполненный по КМДП - технологии.

     Функциональная электрическая схема АЦП К1113ПВ1 показана на рис. 4.2.

Рис.4.2 Функциональная электрическая схема АЦП К1113ПВ1.

     Микросхема К1113ПВ1 выполняет функцию 10-разрядного аналого-цифрового преобразования однополярного или биполярного входного сигнала с представлением результатов преобразования в параллельном двоичном коде. Она содержит все функциональные узлы АЦП последовательного приближения, включая КН, ЦАП, РПП, ИОН, ГТИ, выходной буферный регистр с тремя состояниями, схемы управления. [6]

Для ее эксплуатации необходимы только два источника питания и регулировочные резисторы. Выходные каскады с тремя состояниями позволяют считывать результат преобразования непосредственно на шину данных МП. Несколько АЦП могут обслуживать один МП, и наоборот. По уровням входных и выходных логических сигналов АЦП сопрягается с цифровыми ТТЛ ИС. Классификация БИС по группам А, Б, В проводится по значениям параметров нелинейности и дифференциальной нелинейности.

     Микросхемы К1113ПВ1 изготавливаются по биполярной технологии, модифицированной для совмещенного формирования на кристалле биполярных транзисторов, а также элементов инжекционной логики и тонкопленочных прецизионных резисторов. Технология позволяет разместить в одной БИС большое число цифровых элементов и выполнить аналоговые узлы с высоким уровнем параметров. В процессе производства осуществляется настройка АЦП до требуемых значений электрических параметров путем подгонки сопротивлений тонкопленочных резисторов лазерным лучом.

     Микросхемы К1113ПВ1 выпускаются в 18-выводном герметичном металлокерамическом корпусе типа 238.18-1 с вертикальным расположением выводов.

     Нумерация и расположение выводов микросхемы:

1-9 - цифровые выходы 9-1;

10  - напряжение источника питания (+5 В);

11  - гашение и преобразование;

12  - напряжение источника питания (-15 В);

13  - аналоговый вход;

14  - общий (аналоговая земля);

15  - управление сдвигом нуля;

16  - общий (цифровая земля);

17  - готовность данных;

18  - цифровой выход 10 (младший разряд);

     Основные электрические параметры микросхемы  К1113ПВ1А  представлены в табл. 4.1.

Табл. 4.1

 Основные электрические параметры АЦП К1113ПВ1

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10