- •М.И. Герасимов
- •Оглавление
- •Раздел 1. Преобразование параметров сигналов в функциональных узлах 7
- •Раздел II. Основы теории анализа и синтеза конечных автоматов 50
- •Раздел III. Схемотехника интерфейсов систем управления 69
- •Раздел IV. Реализация узлов ввода-вывода данных в системах управления 126
- •Раздел V. Реализация модулей памяти 193
- •Введение
- •Раздел 1. Преобразование параметров сигналов в функциональных узлах Лекция 1. Постановка задачи курса
- •Цель и задачи дисциплины, её место в учебном процессе
- •Место дисциплины в структуре ооп впо
- •Требования к уровню освоения содержания дисциплины
- •Содержание дисциплины
- •Разделы дисциплины
- •Содержание разделов дисциплины
- •Раздел I. Преобразование параметров сигналов в функциональных узлах – 8 час.
- •Раздел II. Основы теории анализа и синтеза конечных автоматов – 4 часа.
- •Раздел III. Схемотехника интерфейсов систем управления – 8 часов.
- •Раздел IV. Реализация узлов ввода-вывода данных в системах управления – 10 часов.
- •Раздел V. Реализация модулей памяти – 6 часов.
- •Рекомендуемая литература
- •Учебники (рис. 2)
- •Справочники
- •Программное обеспечение и интернет-ресурсы
- •Методические рекомендации для студентов по изучению учебной дисциплины для очной формы и нормативного срока обучения
- •Указания по работе с основной и дополнительной литературой, рекомендованной программой дисциплины
- •1.5. Советы по подготовке к текущей аттестации и зачету
- •Лекция 2. Преобразователи статических параметров сигнала
- •Лекция 3. Преобразователи динамических параметров сигнала
- •Лекция 4. Релаксационные микросхемы и узлы на их основе
- •4.1. Одновибраторы
- •4.2. Мультивибраторы
- •Раздел II. Основы теории анализа и синтеза конечных автоматов Методические рекомендации для студентов
- •Лекция 5. Анализ функциональных узлов цифровых устройств комбинационного типа
- •Лекция 6. Способы синтеза функциональных узлов цифровых устройств комбинационного типа
- •Раздел III. Схемотехника интерфейсов систем управления Методические рекомендации для студентов
- •Лекция 7. Методы подключения устройств сопряжения
- •7.1. Хабовая архитектура
- •7.2. Шинная архитектура
- •Правила обмена по шине
- •Особенности архитектуры шин
- •Лекция 8. Описание шины isa
- •8.1. Начальные сведения
- •8.2. Сигналы, протокол, циклы шины isa
- •8.3. Общие сведения о разновидностях структуры
- •Лекции 9-10. Структурные решения управляющих систем с протоколом isa
- •9.1. Узел сопряжения с магистралями шины
- •9.2. Селектор адреса
- •9.3. Выработка адресованных команд
- •9.4. Формирователи сигналов оповещения и управления темпом обмена Реализация 16-разрядного обмена данными
- •Асинхронный обмен по isa
- •9.5. Регистр состояния
- •9.6. Регистры данных
- •9.7. Сторожевой таймер
- •9.8. Схема управления прерываниями
- •Раздел IV. Реализация узлов ввода-вывода данных в системах управления Методические рекомендации для студентов
- •Лекция 11. Основные и факультативные функции узлов ввода-вывода
- •Лекция 12. Блоки ввода-вывода дискретных сигналов
- •12.1. Блоки ввода двухпозиционных сигналов. Технические требования и возможности
- •12.2. Блоки вывода двухпозиционных сигналов. Технические требования и возможности
- •12.3. Блоки вывода кодированных и числоимпульсных сигналов
- •12.4. Блоки ввода кодированных сигналов
- •12.5. Блоки ввода числоимпульсных сигналов
- •Лекция 13. Блоки ввода-вывода аналоговых сигналов
- •13.1. Технические требования и возможности
- •13.2. Вывод импульсных сигналов скважности и фазы
- •13.3. Вывод аналоговой информации в виде напряжений
- •13.4. Цифро-аналоговые преобразователи напряжения
- •Цапн с параллельной резисторной матрицей
- •Цап на структурах r-2r
- •Двуполярная схема цапн
- •Параметры цап
- •С татические параметры
- •Динамические параметры
- •Шумы, помехи и дрейфы
- •Характеристики массовых цап
- •13.5. Ввод в су фазовых сигналов
- •13.6. Ввод амплитудных сигналов
- •13.7. Аналого-цифровые преобразователи
- •Основные характеристики ацп
- •Типовые значения характеристик ацп
- •Лекция 14. Схемотехника различных ацп
- •14.1. Параллельные ацп
- •14.2. Последовательные ацп
- •Ацп с линейно изменяющимся эталонным напряжением
- •Ацп с поразрядным взвешиванием
- •Ацп с двойным интегрированием
- •Лекция 15. Сигма-дельта ацп и цап
- •Передискретизация
- •Цифровая фильтрация и децимация
- •Способы реализации цифровых фильтров
- •Дельта-сигма цап
- •Особенности применения
- •Раздел V. Реализация модулей памяти
- •Лекция 16. Схемотехника логических устройств с программируемыми функциями
- •Лекция 17. Узлы постоянной памяти
- •17.1. Постоянные запоминающие устройства
- •17.2. Флэш-память
- •Лекция 18. Узлы оперативной памяти
- •Вопросы для зачета
- •Заключение
- •Библиографический список
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
Ацп с линейно изменяющимся эталонным напряжением
Алгоритм работы его устройства управления следующий (рис. 85): выходное значение кода изменяется от нуля до максимума (в предельном случае) с дискретностью в единицу младшего разряда. Соответственно выходное напряжение ЦАПН изменяется от 0 до Umax по квазилинейному закону. Цикл преобразования заканчивается, когда напряжение на выходе ЦАПН сравняется с измеряемым.
Узел управления представляет собой двоичный счетчик, который обычно используется как реверсивный. Это позволяет сократить количество тактов преобразования при измерении медленно меняющихся величин. Каждое преобразование в этом случае начинается не с нуля, а со значения, полученного в предыдущем цикле. Направление счета определяется изменением величины (при уменьшении счет идет на убывание, при росте – на увеличение).
Ацп с поразрядным взвешиванием
Б олее распространенным является иной алгоритм работы устройства управления АЦП – алгоритм поразрядного взвешивания. На рис. 86 дана обобщенная структурная схема такого АЦП напряжения, в которой обозначено: ГТИ – генератор тактовых импульсов; ИОН – источник опорного напряжения; РПП – регистр последовательного приближения; РД – регистр хранения данных; ЦАП – цифроаналоговый преобразователь; КН – компаратор напряжений.
РПП включает в себя сдвиговый регистр («бегущая единица»), регистр хранения промежуточного результата и логические цепи, управляющие каждым битом результата в соответствии с алгоритмом, описанным ниже. Вместе с буферным регистром данных РПП образует блок формирования кодов.
На рисунке не показаны цепи обнуления регистров перед новым циклом преобразования.
Принцип действия АЦП проиллюстрирован на диаграмме (рис. 87). Начало преобразования задает сигнал «Запуск», который устанавливает регистр последовательного приближения в состояние 10000000. При этом на выходе ЦАП формируется напряжение, равное половине опорного. Компаратор сравнивает измеряемое напряжение с напряжением ЦАП. Если UВХ > UОП, то в регистре последовательного приближения формируется следующий код сравнения, равный 11000000. Если UВХ < UОП, то старший разряд регистра последовательного приближения устанавливается в «0», следующий код сравнения равен 01000000. Таким образом, на первом такте измеряемое напряжение сравнивается с эталонным значением U/2.Далее разряды включения весов ЦАПН устанавливаются последовательно, начиная со старшего, т.е. аналогичные действия выполняются в каждом из тактов преобразования, причем значение напряжения сравнения зависит от результатов сравнения в предыдущих тактах. В примере рис. 87 на втором такте напряжение сравнения UЦАП равно U/2 + U/4, на третьем такте – U/2 + U/4 + U/8, а на четвертом – U/2 + U/4 + U/16, поскольку на третьем такте было установлено, что UВХ < U/2 + U/4 + U/8 и т.д. Сложившийся в результате код соответствует измеренному напряжению.
Точность аналого-цифрового преобразования определяется разрешающей способностью блока ЦАП (8-12 разрядов).
Время преобразования составляет n+1 такт: Интервал преобразования состоит из n тактов – один такт для получения каждого двоичного разряда слова результата, последний такт используется для формирования сигнала готовности («Конец преобр.»). Длительность такта преобразования задает генератор тактовых импульсов.
Состав и функционирование ЦАП может быть различным.
Р ис. 87. Принцип действия АЦП поразрядного взвешивания
При использовании АЦП в составе системы он управляется по разрешению генератора импульсов ГТИ (рис. 88) адресом А1 (в цикле WR), информация результатов преобразования считывается из блока формирования кодов (БФК – совокупность РПП и РД – см. рис. 86) по адресу А2 через шину данных D. Возможно и использование единого адреса А: при записи – для пуска ГТИ, при чтении – для вывода данных.
В данной структурной схеме показано также, что в двухполярных преобразователях каждый цикл преобразования начинается с определения полярности измеряемого напряжения, при котором все разряды ЦАПН установлены в ноль, и по выходному сигналу компаратора устройство управления включает на выходе источника опорного напряжения положительное или отрицательное напряжение для ЦАПН.
Недостатком всех последовательных АЦП является большое время преобразования.