Контрольные вопросы и задания

1. Какие функции выполняют ЦА- и АЦ-преобразователи?

2. Перечислете основные характеристики ЦАП и АЦП.

3. Четырехразрядный ЦАП, опорное напряжение 15 В. Определите выходное напряжение, если подан код 1001.

4. Сколько различных уровней может сформировать десятиразрядный ЦАП?

5. Какие принципы АЦ-преобразования вы знаете?

6. Какие блоки входят в большинство АЦП?

8. Введение в микропроцессорную технику

Преимущества цифровой обработки информации обусловили массовое применение цифровых систем управления различными объектами или процессами. Поскольку разные объекты обладают специфичной логикой управления, то, в принципе, для каждого нового объекта требуется и индивидуальная логическая схема. Разработка такой схемы в твердотельном исполнении является дорогостоящим мероприятием, экономически оправданным только при массовом выпуске однотипных изделий. Поэтому был найден более приемлемый вариант развития цифровых систем управления, когда для выполнения любой задачи используется одно и то же аппаратное ядро, а ориентация на решение конкретной задачи достигается путем составления индивидуальной программы функционирования этого ядра. Эти системы, кроме логической схемы, должны содержать элементы памяти для записи программ функционирования и исходных данных. Такие программно-управляемые цифровые средства получили название микропроцессоров. Всеобъемлющая универсальность микропроцессоров, по сути, вызвала техническую революцию: сейчас трудно назвать область техники, где бы ни применялись микропроцессорные средства управления. Выполненные на основе нескольких или даже одной микросхемы, потребляющие десятые и сотые доли ватта, эти устройства можно встроить в любой прибор и обеспечить или требуемый алгоритм функционирования (системы управления транспортными средствами, бытовыми приборами), или заданную точность измерения (коррекция нелинейности характеристики преобразования и т. п.). В силу универсальности логического ядра основной задачей при проектировании микропроцессорного устройства является составление, отладка и запись в память конкретной программы. Современные средства программирования и отладки программного обеспечения являются предметом изучения в специальных курсах. Здесь мы ограничимся рассмотрением основных элементов аппаратных средств микропроцессорных систем.

8.1. Арифметическо-логические устройства

В информатике показывается, что арифметические операции с двоичными числами сводятся к операциям многократного сложения. Применительно к этим возможностям цифровых автоматов в математике развито направление «численные методы», в которых задачи решения линейных и нелинейных алгебраических и дифференциальных уравнений сводятся к задачам вычисленых конечных сумм. В этой связи основным вычислительным ядром микропроцессора является арифметическо–логическое устройство (АЛУ) – логическая схема, реализующая некоторый набор логических и арифметических операций над двумя двоичными числами определенной разрядности (операндами). Конкретная логическая функция (арифметическая операция), которая должна быть выполнена в данный момент времени, задается кодом, который является элементом управляющей программы. На рис. 8.1 приведено условное графическое изображение четырехразрядного АЛУ, где показаны лишь основные выводы.

Н

Рис. 8.1. Обозначение основных выводов четырехразрядного АЛУ

а выходыА0А3 и В0В3 подаются коды соответственно операндов А и В. Сигнал на входе М переводит АЛУ в режим или логического, или арифметического устройства. Код выполняемой над операндами операции задается кодом S0S3. Например, при коде 0001 в режиме логического устройства лежит выполнение операции , а в режиме арифметического устройства будет произведено вычислениеА  В–1. Всего при четырехразрядном управляющем коде данное АЛУ может выполнить 16 логических и 16 арифметических операций. Результат каждой выполняемой операции фиксируется на выходах F0F3. Для наращивания разрядности может использоваться несколько таких АЛУ, для чего они снабжаются выходами переноса в старший разряд.