4. Разработка микропроцессорной системы и схем сопряжения ву с мпс.

4.1 Выбор основных элементов мпс.

Основными элементами МПС являются: МП, ПЗУ, ОЗУ, ЦАП. Именно эти элементы вносят основной вклад во время дискретизации и, следовательно, в основном они определяют число отсчетов необходимое для генерации одного периода сигнала.

При выборе основных элементов МПС будим исходить из согласования элементов по быстродействию, нагрузочной способности, и совместимости технологий, на которых выполнены конкретные микросхемы.

4.1.1 Выбор мп:

Рассмотрим МП с 8ми и 16ти разрядной архитектурой. Наиболее универсальными и распространенными представителями являются МП КР580ВМ80А и КР1810ВМ86.

Время формирования одного отсчета находится следующим образом:

td=ta+tв;

tа - является временем выборки, декодирования и выполнения одной команды, т.е. по сути Кц. Т.е. tа зависит от тактовой частоты процессора. Тактовая частота:

Fтакт=2, 5 МГц КР580ВМ80А;

Fтакт=5 МГц КР1810ВМ86;

Таким образом:

Для КР580ВМ80А: Т=64 нс; Мц=3Т=192 нс; Кц=2Мц=384 нс; ta= Кц=2Мц=384 нс;

Для КР1810ВМ86: Т=32 нс; Мц=3Т=96 нс; Кц=2Мц=192 нс; ta= Кц=2Мц=192 нс;

Из расчетов видно, что большим числом отсчетов будет обладать МП КР1810ВМ86. Несмотря на то, что время выборки у рассматриваемых процессоров различается в два раза, это отличие не будет слишком существенным, т.к. величины времени формирования одного отсчета одного порядка. Таким образом, окончательный выбор МП на данном

этапе мы сделать не можем.

4.1.2 Выбор цап:

Цифро-аналоговый преобразователь имеет ряд характеристик, выбор которых зависит от поставленной задачи и метода ее решения. Основными характеристиками ЦАП являются:

1. Разрешающая способность, определяемая числом разрядов N;

2. Погрешность нелинейности (дифференциальная);

3. Время установления tуст;

4. Максимальная частота преобразования fпрб;

Теоретически ЦАП, преобразующий N-разрядные двоичные коды, должен обеспечить различных значений выходного сигнала. Поэтому условимся, что таблица отсчетов за период сигнала будет содержать на более 1000 отсчетов (Кmax=1000), т.к. даже для такой таблицы отсчетов потребуется достаточно большой объем памяти. Отметим, что данное число отсчетов взято на основе анализа других генераторов на МПС (так сказать на вскидку) и в процессе разработки МПС число отсчетов будет рассчитано достаточно точно, тогда можно будет полностью рассчитать время дискретизации (и оптимальное число отсчетов), а для этого необходимо выбрать все основные элементы МПС.

Таким образом, для получения на выходе МПС одного периода аналогового сигнала треугольной формы необходимо преобразовать Kmax/2 = 501 уровень входного дискретного сигнала (т.к. сигнал симметричен относительно своего пика), затем эти уровни будут периодически повторяться. Таким образом, для решения поставленной задачи минимальным будет выбор десяти битного ЦАП. Такой ЦАП способен воспроизвести 1024( ) уровня.

Границы для погрешности нелинейности установим из теоремы Котельникова:

fd > L (2,2 / ) Fc => K = fd / Fc > L (2,2 / ); где = , а L – число учитываемых гармоник сигнала. Из последнего выражения видно, что погрешность нелинейности может быть любой, т.к. мы можем варьировать числом учитываемых гармоник сигнала. Для более четкой генерации сигнала будем выбирать ЦАП с как можно меньшей погрешностью нелинейности.

Время установления (интервал времени от подачи входного кода до вхождения выходного сигнала в заданные пределы) существенно влияет на td. Данный параметр ЦАП влияет на время вывода одного отсчета tв и вносит в него основной вклад.

Для определения значений характеристик , tуст будим выбирать ЦАП из класса прецизионных. Таким образом: 0,1%, а tуст=0,4-30 микс. Выбирая ЦАП из класса прецизионных, мы уменьшаем погрешность нелинейности и увеличиваем время установления (в классе быстродействующих наоборот).

ЦАП из класса быстродействующих выбирать для решения поставленной задачи нецелесообразно, т.к. таблица отсчетов потребует огромного количества памяти, потому придется уменьшать частоту дискретизации, уменьшая тем самым число отсчетов, а погрешность нелинейности будет существенно больше, чем у прецизионных, поэтому генерируемый сигнал потеряет в точности. К томуже быстродействующие ЦАП построены на ЭСЛ и предназначены для работы с цифровыми микросхемами ЭСЛ. Тогда как МП рассмотренные выше выполнены на технологиях НМОП и nМОП.

Для корректного воспроизведения аналогового сигнала из цифровой формы необходимо, выполнение теоремы Котельникова, учитывая погрешность нелинейности:

fd > Fc L (2,2 / );

Для определения значения частоты дискретизации необходимо сделать проверочный расчет, после которого определим конкретные микросхемы ЦПУ и ЦАП.