Сопряжение аналоговых и цифровых устройств

Бийский технологический институт (филиал)

государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет

им. И.И. Ползунова»

Е.В. Сыпин, Е.С. Повернов, О.Ю. Якушева

ТЕХНИКА ДВОИЧНОЙ
ПЕРЕРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

Курс лекций

Допущено научно-методическим советом БТИ АлтГТУ
для внутривузовского использования в качестве

курса лекций для студентов специальности
200106 «Информационно-измерительная техника и технологии»

Бийск

Издательство Алтайского государственного технического
университета им. И.И. Ползунова

УДК 681.325.5 (076.5)

Рецензенты:

доцент кафедры ИУСБТИ АлтГТУ Г.С. Ломакин; к.т.н., доцент, директор по производству ООО ЦУТ С.Н. Цыганок.

Работа подготовлена на кафедре методов и средств
измерений и автоматизации

Сыпин, Е.В.

Техника двоичной переработки информации: курс лекций / Е.В. Сыпин, Е.С. Повернов, О.Ю. Якушева; Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. – Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2010. – 89 с.

В курсе лекций приведена полная информация, необходимая студенту специальности 200106 «Информационно-измерительная техника и технологии» для успешного освоения курса дисциплины «Техника двоичной переработки информации». Курс разбит на 4 законченных блока: сопряжение аналоговых и цифровых устройств, запоминающие устройства, программируемые логические интегральные схемы, основные понятия микропроцессорной техники. Каждый из блоков имеет контрольные вопросы, список литературы и ссылки на сайты в Интернете, помогающие глубже понять материал курса.

УДК 681.325.5 (076.5)

Рассмотрено и одобрено на заседании научно-методического совета Бийского технологического института

Протокол № 4 от 28.01.2010 г.

	© Сыпин Е.В., Повернов Е.С., Якушева О.Ю., 2010
	© БТИ АлтГТУ, 2010

СОДЕРЖАНИЕ

1 СОПРЯЖЕНИЕ АНАЛОГОВЫХ И ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ.. 6

1.1 Процесс аналого-цифрового преобразования. 6

1.2 Процесс цифро-аналогового преобразования. 9

1.3 Основные характеристики ЦАП и АЦП.. 10

1.4 ЦАП.. 14

1.4.1 ЦАП со взвешивающей резистивной матрицей. 16

1.4.2 ЦАП с матрицей R-2R.. 17

1.5 АЦП.. 19

1.5.1 АЦП последовательного счёта. 19

1.5.2 АЦП поразрядного кодирования. 23

1.5.3 АЦП параллельного действия. 23

1.6 Основное уравнение для ЦАП и АЦП.. 25

ЛИТЕРАТУРА.. 26

ССЫЛКИ В ИНТЕРНЕТЕ.. 26

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К РАЗДЕЛУ.. 26

2 ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА.. 28

2.1 Основные параметры ЗУ.. 28

2.1.1 Емкость ЗУ.. 28

2.1.2 Организация ЗУ.. 28

2.1.3 Время выборки ЗУ.. 29

2.1.4 Время цикла адреса ЗУ.. 29

2.2 ЗУ с одномерной адресацией. 35

2.3 ЗУ с двумерной адресацией. 39

2.4 Увеличение объёма памяти ЗУ.. 41

2.4.1 Построение блока ЗУ требуемой разрядности. 41

2.4.2 Увеличение числа хранимых слов ЗУ.. 43

2.4.3 Увеличение разрядности и числа хранимых слов ЗУ.. 45

2.5 Аппаратные особенности построения статических ОЗУ.. 45

2.6 Аппаратные особенности построения динамических ОЗУ.. 45

2.7 Аппаратные особенности построения ПЗУ.. 46

2.7.1 Масочные ПЗУ.. 47

2.7.2 Программируемые ПЗУ.. 48

2.7.3 Репрограммируемые ПЗУ.. 48

ЛИТЕРАТУРА.. 49

ССЫЛКИ В ИНТЕРНЕТЕ.. 50

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К РАЗДЕЛУ.. 50

3 ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ... 52

3.1 Обобщённая структурная схема ПЛИС.. 53

3.2 Применение ППЗУ в качестве ПЛИС.. 54

3.3 Программируемая матричная логика. 56

3.4 Программируемые логические матрицы.. 57

ЛИТЕРАТУРА.. 59

ССЫЛКИ В ИНТЕРНЕТЕ.. 59

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К РАЗДЕЛУ.. 59

4 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ТЕХНИКИ.. 60

4.1 Микропроцессор. Основные термины и определения. 60

4.2 Классификация МП.. 61

4.3 Структура типового МП…………………………………………...63

4.3.1 Арифметико-логические устройства………………………...65

4.4 Режимы работы МП.. 67

4.4.1 Нормальный режим работы МП.. 67

4.4.2 Режим прерывания. 67

4.4.3 Режим ожидания. 68

4.4.4 Режим прямого доступа к памяти. 68

4.5 Система команд однокристального микропроцессора. 69

4.6 Периферийные устройства микропроцессорных систем.. 83

4.6.1 Универсальный синхронно-асинхронный приёмопередатчик 83

4.6.2 Таймер-счётчик. 84

4.6.3 Устройство ввода/вывода параллельной информации. 84

4.6.4 Контроллер прямого доступа к памяти. 84

4.6.5 Контроллер прерываний. 85

4.6.6 Динамическая индикация. 85

4.6.7 Динамическая клавиатура. 85

ЛИТЕРАТУРА.. 86

ССЫЛКИ В ИНТЕРНЕТЕ.. 87

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К РАЗДЕЛУ.. 87

СОПРЯЖЕНИЕ АНАЛОГОВЫХ И ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ

В электронных системах одинаково широко используется обра­ботка информации, представленной в аналоговой и цифровой фор­мах. Объясняется это тем, что первичная, исходная информация о различных физических величинах и процессах носит, как пра­вило, аналоговый характер. Весь окружающий нас мир имеет аналоговую природу. Обработку же этой информации в силу ряда причин удобнее вести в цифро­вой форме. В цифровой форме также очень эффективно хранение информации и передача её на большие расстояния. Использование полученных после цифровой обработки результатов также в большинстве случаев требует их аналогового представления, так как такое использование предполагает чаще всего воздействие на окружающий нас аналоговый мир. Следовательно, любая система, использующая цифровые методы обработки информации, должна содержать устройства взаимного преобразования аналоговых и цифровых сигналов. Роль таких устройств выполняют аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи (АЦП и ЦАП).

Аналого-цифровой преобразователь – устройство, предназначенное для преобразования непрерывно изменяющейся во времени аналоговой физической величины в эквивалентные ей значения числовых кодов.

Цифро-аналоговый преобразователь – устройство, предназна­ченное для преобразования входной величины, представленной по­следовательностью числовых кодов, в эквивалентные им значения заданной физической величины.

В качестве аналоговой физической величины, оговоренной в данных определениях, в общем случае могут фигурировать раз­личные параметры, например, угол поворота, линейное перемеще­ние, давление жидкости или газа и т.д. В дальнейшем под этой величиной будем понимать напряжение либо ток, которые при необходимости можно легко преобразовать в другие физические величины и в которые чаще всего преобразуется информация о различных физических процессах.

Основным вопросом, с которым приходится сталкиваться при проектировании и использовании ЦАП и АЦП, является вопрос адекватности полученного в результате преобразования сигнала исходному физическому процессу, то есть вопрос точности преобра­зования.

Дата добавления: 2015-08-10