ДЕПАРТАМЕНТ ПО АВИАЦИИ
МИНИСТЕРСТВА ТРАНСПОРТА И КОММУНИКАЦИЙ
РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
Минский государственный
высший авиационный колледж
И. Л. ДУДНИКОВ
АВИАЦИОННАЯ
ЭЛЕКТРОНИКА
Учебно-методическое пособие
в 3 частях
Часть 3
Импульсная, цифровая
и микропроцессорная техника
Минск
2012
УДК 621.38
ББК 39.561.5
Д 81
Рецензент
А. Г. КЛЮЕВ
доцент кафедры «Техническая эксплуатация радиоэлектронного оборудования» МГВАК, кандидат технических наук
Одобрено и рекомендовано к изданию
Научно-методическим советом МГВАК
(протокол от 29 марта 2012 года № 6)
Д 81 Дудников, И. Л.
Авиационная электроника: учебно-методическое пособие в 3 частях. Часть 3. Импульсная, цифровая и микропроцессорная техника / И. Л. Дудников. – Минск: МГВАК, 2012. – 88 с.
Учебно-методическое пособие по курсу «Авиационная электроника» предназначено для курсантов (студентов) специальности 1-37 04 02 «Техническая эксплуатация авиационного оборудования» (специализация 1-37 04 02-01). В нем содержатся теоретические сведения по импульсной, цифровой и микропроцессорной технике, приводится список рекомендуемой литературы.
© Дудников И. Л., 2012
© МГВАК, 2012
Элементы импульсной и цифровой техники импульсный способ представления сигналов информации
В современной радиоэлектронике используют два основных способа представления и обработки сигналов информации: аналоговый и импульсный (цифровой).
Аналоговый сигнал информации непрерывен во времени и c той или иной степенью точности соответствует реальному физическому процессу в реальном масштабе времени. Так, изменение температуры окружающей среды происходит непрерывно, измеритель температуры также непрерывно отражает этот процесс. Все сигналы информации естественного происхождения – аналоговые. Устройства обработки аналоговой информации, или аналоговые вычислительные машины (АВМ), решают специальные задачи, связанные с дифференцированием или интегрированием аналоговых величин, а также дифференциальные и алгебраические уравнения, выполняют математическое моделирование физических процессов и другие функции.
Развитие интегральной схемотехники привело к созданию технических средств высокой точности и универсальности, позволяющих обрабатывать сигналы информации, предварительно преобразованные в импульсный (цифровой) вид. Формально такой способ обработки информации намного сложнее аналогового. Так, основная микросхема для воспроизведения с помощью лазерного луча цифровой записи звука содержит 100 тыс. транзисторов, а усилитель записи, представленной в аналоговом виде на обычной грампластинке, содержит 10 – 20 транзисторов.
Известно несколько способов представления аналоговой величины
в импульсном виде. Изменение во времени некоторой аналоговой величины U (t), например температуры среды, показано на рисунке 1, а. При анализе мгновенных значений U (t) в моменты t1, t2, t3, … эту функцию можно представить в виде:
– последовательности импульсов U1 (рисунок 1, б), амплитуда которых пропорциональна мгновенным значениям U (t);
– последовательности импульсов U2 постоянной амплитуды (рисунок 1, в), длительность которых пропорциональна мгновенным значениям U (t);
– пакетов импульсов U3 (рисунок 1, г), количество которых в каждом пакете пропорционально мгновенным значениям U (t);
– последовательности импульсов U4 (рисунок 1, д), частота повторения которых пропорциональна мгновенным значениям U (t).
Т
Рисунок 1 – Разновидности импульсного представления
сигнала информации
аким
образом, информация об аналоговой
величине содержится в одном из параметров
импульсной последовательности. Такое
представление аналоговой величины
отражает ее не полностью, так как часть
информации теряется. Например, неизвестно,
как ведет себя аналоговая величина в
интервале времени между выборками
(моменты t1,
t2
и т. д.). Однако эти потери могут быть
уменьшены увеличением частоты обращений,
т. е. более частым анализом аналоговой
величины.
Устройства, преобразующие аналоговые величины в импульсный (цифровой) вид, называют аналого-цифровыми преобразователями (АЦП), а устройства обратного преобразования – цифроаналоговыми преобразователями (ЦАП).
Основой каждой периодической импульсной последовательности (рисунок 2) является импульс прямоугольной формы, который характеризуется амплитудой Um и длительностью tи, а также длительностями фронта tф и среза tср, спадом вершины ∆U (рисунок 3). Дополнительными параметрами являются частота ƒи, период следования Ти импульсов и их скважность Q.
U
U
Um
0
t
tи
t
Tи
б
а
U
1/ Tи = tи
t
в
Рисунок 2 – Периодическая последовательность прямоугольных импульсов (а),
спектры одиночного прямоугольного импульса (б)
и импульсной последовательности (в)
U
U
tи
tп
T
t
tф
tи
tср
t
0,9Um
Um
0,1U
∆U
а
б
Рисунок 3 – Электрический импульс:
а – идеальный; б – реальный