- •М.И. Герасимов
- •Оглавление
- •Раздел 1. Преобразование параметров сигналов в функциональных узлах 7
- •Раздел II. Основы теории анализа и синтеза конечных автоматов 50
- •Раздел III. Схемотехника интерфейсов систем управления 69
- •Раздел IV. Реализация узлов ввода-вывода данных в системах управления 126
- •Раздел V. Реализация модулей памяти 193
- •Введение
- •Раздел 1. Преобразование параметров сигналов в функциональных узлах Лекция 1. Постановка задачи курса
- •Цель и задачи дисциплины, её место в учебном процессе
- •Место дисциплины в структуре ооп впо
- •Требования к уровню освоения содержания дисциплины
- •Содержание дисциплины
- •Разделы дисциплины
- •Содержание разделов дисциплины
- •Раздел I. Преобразование параметров сигналов в функциональных узлах – 8 час.
- •Раздел II. Основы теории анализа и синтеза конечных автоматов – 4 часа.
- •Раздел III. Схемотехника интерфейсов систем управления – 8 часов.
- •Раздел IV. Реализация узлов ввода-вывода данных в системах управления – 10 часов.
- •Раздел V. Реализация модулей памяти – 6 часов.
- •Рекомендуемая литература
- •Учебники (рис. 2)
- •Справочники
- •Программное обеспечение и интернет-ресурсы
- •Методические рекомендации для студентов по изучению учебной дисциплины для очной формы и нормативного срока обучения
- •Указания по работе с основной и дополнительной литературой, рекомендованной программой дисциплины
- •1.5. Советы по подготовке к текущей аттестации и зачету
- •Лекция 2. Преобразователи статических параметров сигнала
- •Лекция 3. Преобразователи динамических параметров сигнала
- •Лекция 4. Релаксационные микросхемы и узлы на их основе
- •4.1. Одновибраторы
- •4.2. Мультивибраторы
- •Раздел II. Основы теории анализа и синтеза конечных автоматов Методические рекомендации для студентов
- •Лекция 5. Анализ функциональных узлов цифровых устройств комбинационного типа
- •Лекция 6. Способы синтеза функциональных узлов цифровых устройств комбинационного типа
- •Раздел III. Схемотехника интерфейсов систем управления Методические рекомендации для студентов
- •Лекция 7. Методы подключения устройств сопряжения
- •7.1. Хабовая архитектура
- •7.2. Шинная архитектура
- •Правила обмена по шине
- •Особенности архитектуры шин
- •Лекция 8. Описание шины isa
- •8.1. Начальные сведения
- •8.2. Сигналы, протокол, циклы шины isa
- •8.3. Общие сведения о разновидностях структуры
- •Лекции 9-10. Структурные решения управляющих систем с протоколом isa
- •9.1. Узел сопряжения с магистралями шины
- •9.2. Селектор адреса
- •9.3. Выработка адресованных команд
- •9.4. Формирователи сигналов оповещения и управления темпом обмена Реализация 16-разрядного обмена данными
- •Асинхронный обмен по isa
- •9.5. Регистр состояния
- •9.6. Регистры данных
- •9.7. Сторожевой таймер
- •9.8. Схема управления прерываниями
- •Раздел IV. Реализация узлов ввода-вывода данных в системах управления Методические рекомендации для студентов
- •Лекция 11. Основные и факультативные функции узлов ввода-вывода
- •Лекция 12. Блоки ввода-вывода дискретных сигналов
- •12.1. Блоки ввода двухпозиционных сигналов. Технические требования и возможности
- •12.2. Блоки вывода двухпозиционных сигналов. Технические требования и возможности
- •12.3. Блоки вывода кодированных и числоимпульсных сигналов
- •12.4. Блоки ввода кодированных сигналов
- •12.5. Блоки ввода числоимпульсных сигналов
- •Лекция 13. Блоки ввода-вывода аналоговых сигналов
- •13.1. Технические требования и возможности
- •13.2. Вывод импульсных сигналов скважности и фазы
- •13.3. Вывод аналоговой информации в виде напряжений
- •13.4. Цифро-аналоговые преобразователи напряжения
- •Цапн с параллельной резисторной матрицей
- •Цап на структурах r-2r
- •Двуполярная схема цапн
- •Параметры цап
- •С татические параметры
- •Динамические параметры
- •Шумы, помехи и дрейфы
- •Характеристики массовых цап
- •13.5. Ввод в су фазовых сигналов
- •13.6. Ввод амплитудных сигналов
- •13.7. Аналого-цифровые преобразователи
- •Основные характеристики ацп
- •Типовые значения характеристик ацп
- •Лекция 14. Схемотехника различных ацп
- •14.1. Параллельные ацп
- •14.2. Последовательные ацп
- •Ацп с линейно изменяющимся эталонным напряжением
- •Ацп с поразрядным взвешиванием
- •Ацп с двойным интегрированием
- •Лекция 15. Сигма-дельта ацп и цап
- •Передискретизация
- •Цифровая фильтрация и децимация
- •Способы реализации цифровых фильтров
- •Дельта-сигма цап
- •Особенности применения
- •Раздел V. Реализация модулей памяти
- •Лекция 16. Схемотехника логических устройств с программируемыми функциями
- •Лекция 17. Узлы постоянной памяти
- •17.1. Постоянные запоминающие устройства
- •17.2. Флэш-память
- •Лекция 18. Узлы оперативной памяти
- •Вопросы для зачета
- •Заключение
- •Библиографический список
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
Шумы, помехи и дрейфы
Шум на выходе ЦАП может появляться по различным причинам, вызываемым физическими процессами, происходящими в полупроводниковых устройствах. Для оценки качества ЦАП с высокой разрешающей способностью принято использовать понятие максимальной амплитуды шума в определенной полосе частот. Для оценки ЦАП среднего качества принято использовать понятие среднеквадратического значения шума.
Сквозное прохождение – прохождение части сигнала через разомкнутый ключ или группу ключей за счет паразитной емкости. Его характеризуют амплитудой размаха паразитной составляющей, значение которой достигает максимума при максимальной частоте опорного сигнала умножающего ЦАП, когда все ключи разомкнуты.
Выбросы – крутые всплески или провалы в выходном сигнале, возникающие во время смены значений αj за счет несинхронности размыкания и замыкания аналоговых ключей в разных разрядах ЦАП. Например, если при переходе от значения кода 011...111 к значению 100...000 ключ самого старшего разряда ЦАП откроется позже, чем закроются ключи младших разрядов, то на выходе ЦАП некоторое время будет существовать сигнал, соответствующий значению кода 000...000. Если же этот ключ откроется раньше, то на выходе ЦАП некоторое время будет существовать сигнал, соответствующий значению кода 111...111.
Выбросы характерны для быстродействующих ЦАП, где сведены к минимуму емкости, которые могли бы их сгладить. Радикальным способом подавления выбросов является использование устройств выборки и запоминания. Выбросы оценивают по их амплитуде и длительности основания выброса.
Температурная стабильность ЦАП характеризуется температурными коэффициентами погрешности нелинейности (ТК ПЛ), погрешности шкалы (ТК ПШ) и погрешности смещения нуля (ТК СН).
Чувствительность к нестабильности источника питания – отношение изменения Cj к вызвавшему его изменению напряжения питания.
Характеристики массовых цап
Разрядность – от 10 до 14.
Дифференциальная нелинейность – 0,5-1 МР.
Интегральная нелинейность – от 0,5 до 2 МР.
Время установления – tу=1…100 мкс.
Время задержки – менее 1 мкс.
13.5. Ввод в су фазовых сигналов
Напомним, что носителем информации, которая вводится в управляющее устройство, может быть либо медленно меняющееся напряжение или ток, либо сигнал (обычно синусоидальный или близкий к нему) с изменяющейся фазой. ПРАВИЛО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ?
Обработка фазовых сигналов (обычно от электромеханических фазовращателей, известных из курса электропривода) весьма сложна и специфична. Приведем лишь один пример источника фазовых сигналов – синусно-косинусный вращающийся трансформатор (рис. 80). Его выходное напряжение Uвых связано с напряжениями статора Uc1, Uc2 и углом поворота ротора α зависимостью:
Р ис. 80
Применение фазовых сигналов для измерения параметров движения обусловлено высокой точностью измерения первичной величины (обычно положения), линейностью зависимости фазы выходного сигнала от угла поворота вала фазовращателя, простотой и помехоустойчивостью канала связи. Структура функциональных преобразователей соответствующих устройств ввода может быть разработана в процессе, аналогичном синтезу ШИМ (см. п. 13.2) с переходом от функционального этапа к структурному.
Синтез узла измерения фазы начнем с функционального этапа. Поскольку фаза есть временной интервал между одинаковыми состояниями измеряемого сигнала и опорного (в качестве которого берется сигнал на одной из фаз статора фазовращателя), то задача состоит в выявлении одинаковых состояний этих сигналов и вычислении интервала между ними. Отметим, что наиболее точно выявляется переход синусоиды через ноль (объясните, по каким причинам?).
Переходя к этапу структурного синтеза, обнаруживаем, что нам необходимы: генератор импульсов ГИ, вырабатывающий временнЫе метки, частота которых гораздо выше частоты синусоиды на фазовращателе ФВ, счетчик этих импульсов СД, два устройства, называемых нуль-органами, на выходах которых синусоиды превратятся в меандры и ключ &, управляемый состояниями измеряемых сигналов через элемент с двумя состояниями – триггер Т (рис. 81).
Рис.81
Провести анализ функционирования данного узла студентам предлагается самостоятельно.
На этапе аппаратного синтеза можно выбрать различные средства реализации звеньев структуры – микросхемы средней интеграции, большую программируемую интегральную схему или микроконтроллер.