Буферная память

В вычислительных системах используются подсистемы с различным быстродействием и различной скоростью передачи данных. Обычно обмен данными между такими подсистемами реализуется с использованием прерываний или канала прямого доступа к памяти (КПД).

В первую очередь подсистема 1 формирует запрос на обслуживание по мере готовности данных к обмену, однако обслуживание прерываний связано с непроизводительными потерями времени и при пакетном обмене производительность 2ой подсистемы заметно уменьшается.

При обмене данными с использованием КДП подсистема 1 передает данные в память подсистемы 2. Данный способ обмена достаточно эффективен с точки зрения быстродействия, но для его реализации необходим довольно сложный контроллер прямого доступа к памяти.

БуфернаяпамятьFIFO (First Input – First Output)

Подсистема 1 (медленно-действующая)

Подсистема 2 (быстро-действующая)

Данные

запись

считывание

Данные

Таким образом, под буферной памятью типа FIFO, пронимается устройство, которое автоматически следит за порядком поступления данных и выдает их в том же порядке, допуская выполнение независимых и одновременных операций записи и считывания.

Типичный пример – последовательный прием и передатчик.

12,ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА В МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УСТРОЙСТВАХ. АНАЛОГО – ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ АЦП. ПАРАМЕТРЫ АЦП. СТАТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ АЦП. ДИНАМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ АЦП. ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АЦП С РАЗЛИЧНОЙ АРХИТЕКТУРОЙ (В ВИДЕ ГРАФИКА).

Принцип работы АЦП состоит в измерении уровня входного сигнала и выдаче результата в цифровой форме. В результате работы АЦП непрерывный аналоговый сигнал превращается в импульсный с одновременным измерением амплитуды каждого импульса.

Принцип работы АЦП состоит в измерении уровня входного сигнала и выдаче результата в цифровой форме. В результате работы АЦП непрерывный аналоговый сигнал превращается в импульсный с одновременным измерением амплитуды каждого импульса.

Основные типы АЦП

1. Параллельные – входной сигнал одновременно сравнивается с эталонными уровнями набором схем сравнения компараторов, которые формируют на выходе двоичные значения. В таком АЦП количество компараторов равно 2^N-1, где N – разрядность цифрового кода. В основном это 8-разрядные преобразователи с частотой дискретизации от 1 до 1,5 ГГц (сверхбыстрые FlashADC). Для улучшения точности преобразования высококачественного сигнала в чип встроен усилитель слежения и запоминания с полосой пропускания 2,2 ГГц.

2. Последовательного приближения (АЦП конвейерного типа). Преобразователь при помощи вспомогательного ЦАП генерирует эталонный сигнал, сравниваемый со входным. Эталонный сигнал последовательно изменяется по принципу половинного деления, который используется в различных методах сходящегося поиска прикладной математики, что позволяет завершить преобразование за количество тактов равное разрядности слова независимо от величины входного сигнала. Разрешающая способность 8-16 разрядов и имеют они скорость выборки от единиц до сотни мегавыборок в секунду.

3. С измерением выходных интервалов. Широкая группа АЦП, использующая для измерения входного сигнала различные принципы преобразования уровней в пропорциональные временные интервалы, длительность которых измеряется при помощи тактового генератора высокой частоты.

4. АЦП последовательного счета (интегрирующие преобразователи, однократного интегрирования, singleslope). В каждом такте преобразования запускается генератор линейно возрастающего напряжения, которое сравнивается со входным. Данных тип АЦП имеет высокую разрешающую способность до 18 разрядов, но скорость преобразования в диапазоне от сотен Гц до тысяч Гц. Предназначены для преобразования медленно меняющихся сигналов. Являются основой портативных цифровых вольтметров.

5. АЦП двойного интегрирования (dual-slope). В каждом такте преобразования входной сигнал заряжает конденсатор, который затем разряжается на источник опорного напряжения (ИОН) с измерением длительности разряда. Тем самым измеряется амплитуда сигнала.

6. Следящие (sigma-delta, delta-sigma). Используются в основном в системах автоматического регулирования (САР). Являются вариантом АЦП последовательного счета. При котором генератор эталонного напряжения не перезапускается в каждом такте, а изменяет его от предыдущего значения до текущего. Этот тип имеет самую высокую разрешающую способность (12-16 разрядов – частоты до 1 МГц, 24 разряда – от сотни Гц до нескольких кГц).

На рисунке представлены АЦП с разными типами архитектуры и их отличительные характеристики. По этим кривым можно сделать первичный выбор типа прибора для конкретного применения.

Параметры АЦП

При последовательном возрастании значений входного аналогового сигнала U_вх(t) от 0 до величины соответствующей полной шкале АЦП U_{п ш} выходной сигнал D(t) образует ступенчатую кусочно-постоянную линию. Такую зависимость называют характеристикой преобразования АЦП в отсутствие аппаратных погрешностей средние точки ступенек расположены на идеальной прямой.

А) статические параметры

1) разрешающая способность – величина, обратна я максимальному числу кодовых комбинаций на выходе АЦП. Выражается в %, разрядах или дБ от полной шкалы.

2) разрешающей способности соответствует шаг квантования h=U_{п ш} / (2^N – 1), где U_{п ш} - напряжение полной шкалы (номинальное максимальное входное напряжение АЦП [опорное напряжение], соответствующее максимальному значению выходного кода).

3) погрешность полной шкалы – относительная разность между реальным и идеальным значениями предела шкалы преобразования при отсутствии смещения нуля. .

4) погрешность смещения нуля – значение выходного кода, когда входной сигнал АЦП равен нулю.

5) нелинейность – максимальное отклонение реальной характеристики преобразования D(U_вх) от оптимальной. Оптимальная характеристика находится эмпирически так, чтобы минимизировать значение погрешности нелинейности.

Б) динамические параметры

Возникновение динамических погрешностей связано с дискретизацией сигналов, изменяющихся во времени.

1) Максимальная частота дискретизации – наибольшая частота, с которой происходит образование выборочных значений сигнала, при которой выбранный параметр АЦП не выходит за заданные пределы. Измеряется числом выборок в секунду. Выбранным параметром может быть, например, монотонность характеристики преобразования или погрешность линейности.

2) время преобразования t_пр – время отсчитываемое от начала импульса дискретизации до появления на выходе устойчивого кода, соответствующего данной выборке.

3) Время выборки (время стробирования). Время, в течение которого происходит образование одного выборочного значения.