МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

“Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ” им. В.И. Ульянова (Ленина)”

Конспект лекций по дисциплине электроника и микропроцессорная техника

подготовки бакалавров по направлению

201000 – Биотехнические системы и технологии Санкт-Петербург

2012

ВВЕДЕНИЕ

Современные медицинские системы, комплексы, приборы и аппараты представляют собой высокотехнологичные технические средства, в которых осуществляется измерение комплекса медико-биологических параметров и сигналов, цифровая обработка и анализ информации с помощью микропроцессорных устройств, программное управление режимами работы параметрами лечебного воздействия на пациента. Практически большинство современных медицинских систем и комплексов, предназначенных для диагностики, контроля, мониторинга и прогнозирования состояния здоровья человека, оказания лечебного, терапевтического воздействия, являются электронными информационно-измерительными системами, в которых осуществляется съем и регистрация аналоговых сигналов, их преобразование в цифровой код, дальнейшая цифровая обработка и анализ медико-биологической информации, формирование как аналоговых, так и цифровых сигналов для управления исполнительными устройствами. В этой связи разработку, производство и обслуживание современных медицинских систем и комплексов невозможно проводить без знания основ электроники, принципов работы аналоговых, импульсных и цифровых устройств.

Настоящий конспект лекций предназначен для получения базовых знаний по дисциплине «Электроника и микропроцессорная техника» подготовки бакалавров по направлению 201000 – «Биотехнические системы и технологии».

Конспект лекций подготовлен в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Электроника и микропроцессорная техника» Федерального государственного образовательного стандарта.

Тема 1. Классификация электронных устройств.

Электронные устройства – устройства, предназначенные для формирования, передачи и обработки электрических сигналов. Электронные устройства подразделяются в зависимости от вида сигналов, которые формируются и преобразуются в устройстве, на 3 группы.

Аналоговые устройства – электронные устройства, предназначенные для формирования, передачи и обработки аналоговых сигналов. Аналоговые сигналы описываются непрерывными функциями времени, поэтому аналоговый сигнал иногда называют непрерывным сигналом.

Импульсные устройства – электронные устройства, предназначенные для формирования, передачи и обработки импульсных сигналов – сигналов, описываемых в течении конечного промежутка времени.

Цифровые устройства – электронные устройства, предназначенные для формирования, передачи и обработки цифровых сигналов – сигналов, описываемых функцией дискретного времени и конечным множеством возможных значений. Цифровые сигналы имеют два значение амплитуды – низкий уровень (уровень логического нуля) и высокий уровень (уровень логической единицы) и представляются последовательностью изменения этих уровней.

Классификация аналоговых устройств

В зависимости от характера осуществляемого в аналоговом устройстве преобразования сигнала устройства подразделяются на:

Усилители аналоговых сигналов – устройства, предназначенные для усиления сигналов по напряжению, току, мощности.

Активные фильтры – электронные устройства, предназначенные для усиления сигналов преимущественно определенного диапазона частот сигнала.

Формирователи (генераторы) аналоговых сигналов – электронные устройства, предназначенные для формирования аналоговых сигналов определенной формы.

Формирователи (генераторы) сигналов подразделяются на генераторы гармонических сигналов, сигналов треугольной и пилообразной формы.

Генераторы гармонических сигналов – аналоговые электронные устройства, предназначенные для формирования гармонических сигналов (сигналов синусоидальной или косинусоидальной формы).

Генераторы сигналов треугольной формы – аналоговые устройства, формирующие сигналы треугольной формы.

Пиковые или амплитудные детекторы – устройства для выделения пикового (экстремального) значения амплитуды аналоговых сигналов.

Устройства выборки-хранения – аналоговые устройства, предназначенные для запоминания амплитуды аналогового сигнала в определенно-заданный момент времени и хранения этого уровня сигнала в течении заданного времени.

Преобразователи аналоговых сигналов – электронные устройства осуществляющие преобразование сигналов одной формы в другую. Различают линейные и нелинейные преобразователи сигналов.

Линейные преобразователи сигналов – электронные устройства, формирующие аналоговые сигналы, параметры которого (амплитуда, частота, фаза) линейно зависят от амплитуды исходного сигнала. К числу линейных преобразователей сигналов относятся модуляторы и демодуляторы аналоговых сигналов. Модуляторы сигналов – электронные устройства, формирующие высокочастотный несущий сигнал, амплитуда, частота или фаза которого меняются по закону изменения модулирующего низкочастотного сигнала. Демодуляторы сигналов – электронные устройства, в которых из высокочастотного модулированного сигнала выделяется низкочастотный модулирующий сигнал.

К линейным преобразователям аналоговых сигналов относятся аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Указанные преобразователи осуществляют линейное преобразование амплитуды аналогового сигнала в соответствующий цифровой эквивалент (цифровой код) и наоборот.

В ряде преобразователей аналоговых сигналов используется нелинейное преобразование. Это, как правило, нелинейное усиление сигналов.