Структура, основные функциональные узлы встраиваемых систем. Информационные потоки, представления информации.
А) Структура, основные функциональные узлы встраиваемых систем.
Блок-схема типовой встраиваемой системы, предназначенной для сбора и обработки информации, получаемой от набора датчиков
На схеме введены следующие обозначения основных функциональных блоков:
> – согласующий усилитель;
MS – мультиплексор;
ADC – аналого-цифровой преобразователь;
PLL – устройство синхронизации;
MP – микропроцессор;
SRAM – оперативное запоминающее устройство;
FLASH – постоянное запоминающее устройство;
IF1, IF2 – устройство интерфейса;
JTAG – технологический (тестовый, отладочный) интерфейс.
Назначение и основные функции функциональных блоков
- Согласующий усилитель и мультиплексор являются устройствами предварительной обработки сигналов датчиков и обеспечивают сопряжение их выхода с входом АЦП.
- Аналого-цифровой преобразователь осуществляет преобразование заданных параметров сигнала датчика в цифровую форму для ввода в микропроцессор.
- Устройство синхронизации служит для управления процессом сбора и обработки информации во времени и при необходимости синхронизирует моменты запуска АЦП с внешними событиями, в частности с периодом входного сигнала.
- Микропроцессор осуществляет управление процессом опроса датчиков и обработку поступающей информации в соответствии с заданной программой.
- Постоянное запоминающее устройство служит для хранения программы и констант, оно энергонезависимо и не теряет информации при отключении питания, однако имеет большое время доступа к информации.
- Оперативное запоминающее устройство имеет меньшее время доступа к информации и служит для хранения программы во время ее исполнения, а также для хранения промежуточных результатов.
- Устройство интерфейса обеспечивает связь микропроцессора с потребителем информации, в частности с процессором более высокого уровня иерархии, обеспечивая передачу команд управления системой и вывод информации.
- Технологический (тестовый, отладочный) интерфейс служит для тестирования системы, в частности при отладке программ, и обеспечивает управление исполнением программы, остановом исполнения в заданном месте и визуализацию состояния регистров микропроцессора.
Б) Информационные потоки, представления информации.
Сигналы и спектры
Сигнал – физический процесс, несущий в себе информацию, количество информации зависит от параметров сигнала.
- Сигналы: детерминированные и случайные.
- Детерминированные сигналы делятся на периодические и непериодические.
- Периодический сигнал удовлетворяет условию:
s(t)=s(t+kT), где T – период сигнала, k – любое целое число.
- Примером периодического сигнала является гармоническое колебание:
s(t)=Asin[(2π/T)t+φ] =Asin(ωt+φ), где A-амплитуда, T – период, ω – круговая частота, φ – начальная фаза колебания, ωt – мгновенная фаза.
- Периодический сигнал может быть представлен в виде гармонического ряда.
, где f=1/T,
а амплитуды и фазы гармоник
Равенство Парсеваля:
т.е. энергия сигнала равна интегралу
модуля его частотного спектра – сумме энергий всех частотных составляющих сигнала.
Пассивные элементы электрических цепей:
- Активное сопротивление R=U/I, ток через сопротивление i=u/R
- Электрическая емкость С=U/Q, где Q – заряд накопленный в емкости,
ток через емкость i=C*du/dt
- Индуктивность L=u/(di/dt), напряжение на индуктивности u=L*di/dt.
При прохождении через электрические цепи сигнал преобразуется, изменяется его форма
и параметры. Если при этом в спектре сигнала не появляются новые гармоники, а лишь изменяются параметры гармоник входного сигнала, такое преобразование называется линейным. При нелинейном преобразовании в составе спектра выходного сигнала присутствуют гармоники, которых не содержится во входном сигнале. По этому признаки электронные устройства делятся на линейные и нелинейные.
Преобразовательные свойства устройства характеризуют передаточной функцией или коэффициентом передачи. Передаточная функция равна отношению сигнала на выходе устройства y(t) к сигналу на его входе x(t). Поскольку устройство по разному преобразует сигналы разных частот передаточную функцию определяют в комплексной форме
KU(jω)=Y/X, или KU(jω)=K(ω)*e jφ(ω), где K(ω) – амплитудно-частотная характеристика;
φ(ω) – фазо-частотная характеристика.
ДОПОЛНИТЕЛЬНО:
- Особенности встраиваемой электроники информационно-навигационных систем: малогабаритность, экономичность, производительность, программируемость.
- Модуляция заключается в изменении по определенному закону параметров сигнала s(t)=Asin[(2π/T)t+φ] =Asin(ωt+φ)
- Примером линейного устройства является фильтр нижних частот
- Закон Мура: число транзисторов на единице площади удваивается каждые 1.5 года