- •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
Основные характеристики ацп
Такие параметры как разрешение, интегральная нелинейность, дифференциальная нелинейность, смещение нуля, погрешность шкалы определяются для АЦП так же, как и для ЦАП (см. также /25, 26/).
Динамические характеристики АЦП определяют время одного такта (разрешение по времени) и длительность всего цикла преобразования (время преобразования). Со временем преобразования связана частота преобразования, которая определяет максимальную скорость изменения входных сигналов. Частота преобразования обычно определяется как величина, обратная времени преобразования. Для быстродействующих АЦП используется понятие апертурного времени, которое показывает длительность неопределенного выходного состояния АЦП от начала такта (фактически это время характеризует длительность переходных процессов в устройствах АЦП).
Типовые значения характеристик ацп
Для последовательных схем: разрядность – 10…14;
дифференциальная нелинейность – 0,5-1,5 МР;
интегральная нелинейность – 0,5-3 МР;
время преобразования – 1-100 мс.
Для параллельных схем: разрядность – 8…10;
дифференциальная нелинейность – до 2 МР;
интегральная нелинейность – до 2 МР;
время преобразования – 10-100 мкс;
апертурное время – до 10 нс.
Для схем с двойным интегрированием: разрядность – до 18;
дифференциальная нелинейность – до 1 МР;
интегральная нелинейность – до 1 МР;
время преобразования – от 100 мс до 1 с.
Для схем дельта-сигма: разрядность – до 24;
эффективное разрешение не хуже 20 бит;
дифференциальная нелинейность – до 1 МР;
интегральная нелинейность – до 1 МР;
время преобразования – от 40 мкс.
Лекция 14. Схемотехника различных ацп
14.1. Параллельные ацп
Г лавным достоинством этих АЦП является быстродействие, поскольку преобразование в них выполняется за один такт. Это возможно именно потому, что входная величина сравнивается одновременно со всеми возможными значениями эталонного напряжения. Следовательно, при необходимости N–разрядного преобразования в состав АЦП должно входить при двоичном кодировании 2N-1 устройств сравнения и столько же формирователей опорных напряжений.
Опорное напряжение формирует на резистивном делителе (рис. 82) систему напряжений, возрастающих с шагом Uоп/N для компараторов К с первого по 2N-1. При преобразовании на все К одновременно подается Ux и они устанавливаются в нуль, если Ux<Uiоп, и в единицу в обратном случае. Последний установившийся в единицу компаратор дает фактическое значение результата преобразования. Последующая задача при считывании результата – преобразовать этот код в двоичный позиционный код, что может быть выполнено программно или аппаратно (приоритетным шифратором).
В виде ИМС такие АЦП выпускаются на 8-10 (иногда 12) разрядов. Недостаток – большое количество компараторов, большой объем шифратора, и как следствие – высокая стоимость. Применяются они в специальных контрольно-измерительных системах.
14.2. Последовательные ацп
Принцип действия таких АЦП – последовательное во времени сравнение преобразуемой величины с эталонным напряжением, формируемым в ЦАП. Код, подаваемый на ЦАП, формируется по определенному алгоритму, но всегда представляет собой последовательность значений, устанавливаемых через определенные промежутки времени.
В качестве элементов сравнения в АЦП могут использоваться либо ОУ, либо компараторы. При использовании в качестве элемента сравнения компараторов (функциональное обозначение на УГО – =U) сравниваемыми величинами являются напряжения. Для масштабирования входной величины используются операционные усилители с переменным (программируемым) коэффициентом передачи (на рис. 83 – изменением сопротивления обратной связи). На компаратор подаются напряжения одной полярности и его состояние определяется соотношением их величин. Выходной сигнал компаратора о бычно имеет уровни лог.0 и лог.1 в стандарте TTL или 0↔Z (для выходных каскадов с открытым коллектором), что позволяет сопрягать компараторы с любым типом логики. Выбор компараторов осуществляется по величине напряжения смещения и времени задержки.
Для АЦП широкого применения эти величины имеют значения соответственно в единицы милливольт и сотни наносекунд.
При использовании ОУ происходит сравнение токов, один из которых формируется преобразуемым напряжением, второй – эталонным (рис. 84). На сопротивление R1 подается измеряемое Ux, на R2 – эталонное от ЦАП. В зависимости от соотношения поданных напряжений и значений сопротивлений на выходе ОУ устанавливается или значение напряжения стабилизации VD2, или состояние –0,5 В (падение напряжения на VD1). Ограничение выходного напряжения необходимо для согласования устройства сравнения с последующими логическими схемами.
П ри постоянном максимальном значении UЦАП изменением соотношений величин R1 и R2 можно выполнять нормирование величины UX. При равенстве R1 и R2 максимальное значение диапазона для UX равно UЦАП. Изменяя величину R2 в большую или меньшую сторону, мы изменяем максимальное значение UX в большую или меньшую сторону соответственно.
Требования к используемым ОУ:
малый входной ток (менее 1 нА);
в ысокий коэффициент усиления (более 2000);
высокая граничная частота (частота единичного усиления 30-100 МГц).
Напряжения UX и UЦАП должны иметь противоположные полярности.