Введение 3

1 Аналого-цифровые преобразователи. 6

1.1 Базовые схемы АЦП 6

1.1.1 Общие сведения 6

1.1.2 Параллельные АЦП 10

1.1.3 Последовательные АЦП 12

1.1.3.1 АЦП последовательного счета 12

1.1.3.2 АЦП последовательного приближения 14

1.1.4 Последовательно-параллельные АЦП 16

1.1.4.1 Многоступенчатые АЦП 17

1.1.4.2 Многотактные последовательно-параллельные АЦП 18

1.1.5 Интегрирующие АЦП 19

1.1.5.1.1 Автоматическая коррекция нуля. Преобразование биполярных входных сигналов 22

1.1.5.2 Преобразователи напряжение-частота 24

1.2 Структуры современных АЦП 26

1.2.1 Тенденции развития современных АЦП 26

1.2.2 Конвеерные АЦП 28

1.2.3 Принципы построения быстрых АЦП 30

1.2.3.1 С аналоговым декодированием 30

1.3 Нейронные АЦП 31

1.3.1 Принципы реализации аналого-цифровых преобразователей на основе нейронных технологий 31

1.3.1.1 Принципы построения устройств с настраиваемой структурой 31

1.4 Постановка задачи на проектирование. 33

2. Проектирование каскадного АЦП на основе нейротехнологий 34

2.1 Нейронный подход к проектированию 34

2.1.1 Искусственный нейрон 34

2.1.1.1 Активационные функции 34

2.1.2 Нейронные сети 37

2.1.2.1 Однослойные искусственные нейронные сети 39

2.1.2.2 Многослойные искусственные нейронные сети 40

2.1.2.2.1 Нелинейная активационная функция 40

2.1.2.4 Сети с обратными связями 41

2.1.2.5 Применение нейронных сетей 41

2.2.1 Расширенная структурная схема АЦП. 44

2.2.1.1 Работа устройства осуществляется следующим образом: 44

2.2.1.2 Пример : 44

2.2.2 Структурная схема АЦП 45

2.2.2.1 Работа устройства. 46

2.2.2.2 Пример: 46

2.2.3 Структура нейронного преобразователя. 47

2.2.3.1 Работа схемы: 47

2.2.3.2 Пример: 48

2.2.4 Структура нейросети. 48

Рис 2.10 Структура сети. 49

2.2.4.1 Структура сети: 49

2.2.4.2 Работа схемы: 49

2.2.4.3 Пример: 49

2.2.5 Структура нейрона 50

2.2.5.1 Состав нейрона. 50

рис. 2.11 Структура простейшего нейрона 50

2.2.5.2 Работа устройства: 50

2.2.5.3 Пример: 51

2.2.6 Параллельное АЦП 51

2.2.6.1 Состав: 51

2.2.6.2 Работа преобразователя: 51

Рис. 2.12 52

Глава 5 Обоснование ниокр. 57

5.1 Обоснование эффективности НИОКР 57

5.1.2 Эффект НИОКР 57

5.1.3 Рынок научно-технической продукции 58

5.1.4 Маркетинговые исследования. 60

Кроме того, важнейшей характеристикой научно-технической продукции является время, необходимое для ее разработки. 62

При разработке научно-технической продукции научно-техни­ческими организациями на основе контрактов наряду с эффек­тивностью научно-техническая продукция характеризуется пер­спективностью научных разработок, расширением влияния кон­трактной формы по другим направлениям при обеспечении ниж­ней границы эффективности. В данном случае задача научно-тех­нической организации заключается в том, чтобы показать заказ­чику, что проведение работ в рассматриваемом направлении яв­ляется достаточно перспективным и подтверждается расчетным показателем эффективности. 62

5.2 Определение сметной стоимости НИОКР 62

5.2.2 Определение сметной стоимости для научно-исследовательских и опытно конструкторских работ. 66

(в часах, днях). 67

Матрица выбора стратегии НИОКР 70

6 Безопасность жизнедеятельности. 71

Список используемой литературы. 87

Введение

Информационная техника имеет колоссальное и непрерывно воз­растающее значение в жизни человечества. Она решает огромный круг задач, связанных главным образом со сбором, переработкой, переда­чей, хранением, поиском и выдачей информации человеку или машине. При этом особое место в этом ряду занимает измерительная техника, которая предназначена для получения опытным путем количественно определенной информации об объектах материального мира. С увели­чением степени сложности создаваемых технических и технологических систем и комплексов их функционирование характеризуется огромной величиной различной и быстро меняющейся информации, которую не­обходимо измерять. Это определяет актуальность создания и совер­шенствования аналого-цифровых преобразователей (АЦП), предназ­наченных для измерения параметров сложных динамических объектов и быстротекущих процессов. Широкое распространение и использова­ние в телекоммуникационных и вычислительных системах технических средств, для цифровой передачи данных, речи, аудио- и видеоинформа­ции, цифрового телевидения и т.п. увеличивает интерес к современным системам измерения и преобразования информации, а также значи­мость указанной проблемы. В этих условиях проектирование совре­менных АЦП - перспективная и актуальная задача.

Постоянное повышение требований к точности, быстродействию, информативности и другим характеристикам процессов сбора, измере­ния и обработки информации обусловливает необходимость создания и развития современных систем измерения и преобразования инфор­мации. Широкое применение средств цифровой вычислительной тех­ники при построении аналого-цифровых преобразователей (АЦП) ориентировано именно на обеспечение высоких метрологических и эксплуатационных характеристик АЦП.

Несмотря на значительные успехи в области создания современ­ных АЦП в микроэлектронном базисе (на основе БИС и СБИС), про­ектирование и нормирование их характеристик осуществляется в основном в соответствии с критериями построения автономных циф­ровых средств измерений. Оптимизация структуры и технических ха­рактеристик АЦП, обеспечивающая требуемое качество (метрологические параметры), возможна только при системном подхо­де к проектированию преобразователей. Общего подхода к построе­нию АЦП как системного элемента в архитектуре информационно-измерительной системы (ИИС), обеспечивающего совместимость объ­ектов измерения с процессами в АЦП, аппаратуры и процессов в АЦП с аппаратурой и процессами обработки в ИИС, на момент начала на­ших исследований не было.

В нашей работе решается актуальная научно-техническая задача - разработка основ структурной теории, методов, алгоритмов и про­граммно-технических средств, для их реализации, сопряженная с разви­тием теории и проектированием адаптивных системных АЦП с пото­ковой динамической архитектурой. На основе функционально-эволюционного подхода рассматривается задача совершенствования системных АЦП, направленная на совместную реализацию потенци­альных точности и быстродействия используемой элементной базы с целью повышения метрологических характеристик АЦП. Предлагае­мый подход основан:

-на адаптации аппаратуры АЦП к параллелизму измерительных процедур, изменению параметров входного измеряемого потока,

окружающей среды и объекта;

-перестраивании оборудования преобразователя в различные

типы архитектур;

-использовании в топологии АЦП структур магистрально - модульного типа.

В известной литературе вопросы теоретического и эксперимен­тального исследования указанных структур АЦП не получили доста­точной проработки.

Высокая производительность современных АЦП должна быть на несколько порядков выше достигнутой к настоящему времени. Тради­ционные источники увеличения - это использование сверхскоростных элементов, модульное расширение преобразователя, введение конвей­ерной обработки и т.п. Существенными недостатками традиционных методов являются усложнение аппаратуры, ограниченность области применения, возрастание стоимости устройства, ограниченность бы­стродействия элементной базы и др. Это обусловливает поиск новых направлений в развитии АЦП. К новым источникам повышения про­изводительности АЦП относятся: адаптация аппаратуры к паралле­лизму измерительных процедур; перестраивание оборудования в раз­личные типы архитектур.

В отличие от классических АЦП с фиксированной структурой, получивших широкое распространение в измерительных системах, в работе предлагается новый класс АЦП с перестраиваемой архитекту­рой, выполненной на основе нейронных технологий. Для этого класса АЦП характерны переменность логической структуры, конструктивная однородность и параллельное выполнение измерений. Благодаря од­нородности элементов и связей между ними существенно повышается технологичность и экономичность проектирования АЦП, а за счет переменности логической структуры и возможности программной настройки обеспечивается универсальность и гибкость решения различ­ных измерительных задач. Наличие параллельного выполнения опера­ций измерения обеспечивает возможность существенного увеличения скорости (производительности) измерительных устройств без увеличе­ния физического быстродействия элементов преобразователя. Вместе с тем, распространение ука­занных выше подходов и решений на класс АЦП требует разработки новых алгоритмов и методов преобразования и измерения входных потоков данных.

В предлагаемой работе впервые решена задача построения пере­страиваемой структуры АЦП, базирующейся на потоковой динами­ческой архитектуре, реконфигурируемой в процессе решения задач об­работки (измерения) и выполненной на нейроподобных элементах - нейронах (нейрочипах), специализированных на реализацию конкрет­ных измерительных процедур.

Нейроны и нейронные сети являются теми элементарными струк­турно-функциональными модулями, из которых может быть построена произвольной степени сложности техническая система, и в том числе биологическая, как, например, нервная система (мозг) человека и выс­ших животных. В настоящее время в области исследования и модели­рования нейронов и нейронных сетей выделяется два направления. Первое направление - биофизическое (биолого-математическое). Вто­рое направление - формально-логическое. В настоящей работе рас­сматриваются вопросы, связанные со вторым направлением исследо­ваний, определяющим концептуальную основу нейрокомпьютерных технических систем.

В нашей работе представлены результаты, полученные в рамках единой оригинальной парадигмы нейронных сетей, механизмы кото­рой ориентированы на практическую реализацию измерительного уст­ройства. Концептуальная основа этих результатов - разработанная ав­тором формальная модель измерительного нейрона в рамках эквисторной структуры измерительной нейросети и формируемые на этой сети ассоциативно-проективные измерительные структуры. Естествен­но, что от эффективности исходной концепции нейронной сети зависит эффективность порождаемого ею АЦП.