Калабеков Б.А. Микропроцессоры и их применение в системах передачи и обработки сигналов (1988) (1092085), страница 59
Текст из файла (страница 59)
определяющее быстродействие устройства преобразования. ез гг „|5 ес „,г ея я и Г Ъ | ъзз 3 ио яз г ~~4 7 "в резистор резне|вор региглзвв Ргг рВЗряеа г-ге рагряеа з-га рагрйа Рис. 8.1. Преобрззоизиис сигнала из Рис 8.2 Рсзисторизи мзтрииз й 2й аиалогоиоя форин в цифровую 332 Обратное преобразование сигналов из цифровой формы в аналоговую выполняется цифро-апаюгоаыми преобразователями информации (ЦАП).
Рассмотрим устройства, реализующие эти преобразования, и обмен данными между этими устройствами и микропроцессором в МПУ. ЦИФРО-АНАЛОГОВЫИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИНФОРМАЦИИ Для построения ЦАП могут использоваться различные принципы. Наиболее часто используется принцип формирования токов, пропорциональных весовым коэффициентам разрядов двоичного кода, с последующим их суммированием в разрядах кода, содержащих ). Формирование указанных токов обычно производится с помощью так называемой резисторной матрицы )х — 2)с. Схема такого формирователя токов иа 3 разряда приведена на рис. 8.2.
Входное сопротивление схемы правее точек 5...5' равно /с, правее, точек 4...4' равно 2Я, правее точек 3...3' — /с, правее точек 2...2'— 2/с и, наконец, правее точек )..Л' — /с. Таким образом, источник опорного напряжения выдает в матрицу ток 1а = (/, //с', Так как сопротивление между точками 2...2' равно 2Я, то в точке А этот ток 1, разветвляется в две ветви с равными сопротивлениями 2Я и, следовательно, по разрядному резистору )-го разряда потечет ток 1, = 1~2 = — — 1, 2-' и ток 1,/2 потечет по резистору 11 от точки А к точке В. Так как сопротивление между точками 4...4' также равно 211, то в силу тех же причин из притекшего к точке В тока 1а/2 половина его, равная 1, == 1, 4 =- 1, ° 2-', потечет через разрядное сопротивление 2-го разряда и ток 1,/4 пройдет через резистор Я от точки В к точке С.
В точке С этот ток вновь поделится пополам и в разрядном резисторе 3-го РазРЯда возникнет ток 1з = 1,/8 = 1, . 2-з. Очевидно, такУю матрицу можно было бы расширить, предусмотрев в ней любое число разрядных резисторов. При этом ток в 1-м разрядном резисторе будет равен 1, =- 1ч 2-'. Коэффициент 2 ' равен весовому коэффициенту 1-го разряда дробного двоичного числа (если отсчет разрядов вести от старшего разряда в сторону младших разрядов). Обратимся к полной схеме ЦАП, приведенной на рис.
8.3. Эта схема соответствует структурной схеме выпускаемой промышленностью микросхемы ЦАП К572ПА1. На цифровые входы в параллельной форме подается подлежащее преобразованию в аналоговую форму двоичное число а,а,ам.. Входное напряжение каждого разряда поступает в отдельный усилитель-инвертор, имеющий два выхода: прямой и инверсный. На прямом выходе создается напряжение логического уровня, совпадающего со входным, иа инверсном — напряжение уровня. инверсного по отношению ко входному.
Выходные напряжения усилителя управляют состоянием токовых ключей. Если на цифровом входе ~'-го разряда а1 .=- ), то усилитель откроет ключ, через который разрядный ток данного разряда резистивной матрицы поступит на выход 1. 1 г ! кзлпл! !о я '!1ифроорг1 охр!! Рис. 8.3. Схема кифри.аиалогового ореобрааоаатела Если а! = О. то усилитель откроет другой ключ, через который этот ток поступит иа выход 2. Таким образом.
на выходе 1 образуется суммарный ток 1,„„ л л =:~, а!1! = 1а У а!2-'. ! 1 ! ! На выходе 2 этот ток равен 1,„„, = 2'.а!1! = 1,2:а!2-!. ! г= ! Если к выходу 1 подключить операционный усилитель. как показано на схеме. на аналоговом выходе ЦАП образуется напряжение а Так как ~ а! 2-1 == й1 — десятичное представление входногодвоичного числа. то ~! „, = У, — ~ Ф, т.
е. на аналоговом выходе обра- !тов зуется напряжение. пропорциональное значению входного числа. Микросхема К572ПА1 может обеспечить преобразование ! О-разрядного двоичного числа. Анллога-цифровои иньОвндзовлтвль ИНФОРМАЦИИ Рассмотрим АЦП, построенный на принципе последовательных поразрядных приближений. На рнс.
о 4 приведена функциональная схема микросхемы АЦП К1113ПВ1, использующего данный принцип преобразования. В преобразователе предусмотрен 1О-разрядный регистр, в котором последовательно разряд за разрядом (начиная со старшего разряда) формируется двоичное число, соответствующее цифровой форме представления поданного на вход (вывод И) микросхемы аяалогового напряжения. Процесс формирования этого числа состоит в следующем. Регистр сбрасывается в нуль и затем записывается единица в триггер старшего (десятого) разряда регистра. Получающееся в регистре число с помощью ЦАП преобразуется в пропорциональный ему ток г„„который с помощью компаратора сравнивается с током 1„, =- — У,„Я, возникающим под воздействием входного напряжения У„.
Если выполняется неравенство 7,„~ („, то число, в которое преобразуется У „„действительно содержит единицу в старшем разря. де. При невыполнении неравенства триггер старшего разряда возвращается в состояние лог. О. Формородатель сигнала готодносто Сотодность генерал Ор тантодь~х импульсод в В маа В ааа „в.ъ ца «~,адзан а аа4а ааа а аале М 4ма +55 зо М5О 12 Аналогодыд дкод ас С Компарато 15 Чпродление режомом Схема смещения источник опорного напряжения лнологодоя земля Рнс, В.4. Схема аналого-цифрового преобразователя У Старшин' разряд о 7 за г 5 4 аж П.
з 4 чг младшоо разряд х $ с:3 И ам Еме ха и аъ а;с Ф~ Рис, 8.5. Временные диаграммы работы АЦП Таблица 8.1 и Ю о. е о и и,";„. ао и ос о и и к" „о и. а оо м ыс и с о ои ао о е о 3 и с о. о е и ао о и ко Ф о о им ма и ма о о им и а и о' с тик тии 3 о о с мо о ом и 2 микросхемы микросхемы ЦАП ЦАП АЦП ЦАП К572ПА! К572ПА2 К572ПВ! К594ПА! 5 15 1 го 3,5 16 48 48 24 АЦП ЦАП АЦП 6 12 10 О,! 0,4 ЗО 42 24 18 10 12 12 12 К1107ПВ! К1108ПА! К111ЗПВ1 336 Далее производится запись единицы в триггер следующего 9-го разряда и вновь сравнивается 1,х с 1,е, соответствующим имеющемуся к этому моменту времени числу в регистре; выясняется, должна ли быть сохранена единица в данном разряде нли триггер этого разряда должен быть возвращен в состояние лог.
О. Таким образом, производится опробование во всех десяти разрядах, после чего получающееся в регистре число выдается на выход через буфер, построенный иа элементах с тремя состояниями. На рис. 8.5 приведены временные диаграммы работы ЛЦП. Запуск преобразователя производится подачей сигнала на вход Гагиение1 преобразование (вывод 11). При высоком уровне напряжения на этом входе регистр удерживается в нулевом состоянии. Затем при переходе сигнала на низкий уровень (на отрицательном фронте сигнала) происходит запуск преобразователя и выполняются описанные выше действия.
После окончания преобразования АЦП выдает на вывод 17 сигнал (напряжение низкого уровня) Готовность данных, выходные буферы вы- водятся нз 3-го состояния (из отключенного состояния с высоким выходным сопротивлением) н полученное в регистре число через буферы выдается на цифровые выходы. В табл. 8.1 приведены некоторые данные выпускаемых промышленностью микросхем ЦАП и АЦП. 8.2. АНАЛОГОВЫЕ И ЦИФРОВЫЕ СИГНАЛЪ| Ю Х()тв) =~х(1) е ~~ й, (8.1) х (1) = — ~ Х(ка) еды йо. 1 2я (8.2) Для цифрового сигнала спектральная функция последовательности х (пТ) обозначается Х (ег "), а преобразования Фурье определяются следующими выражениями: . Х (ег"т) = ~ч"„х (лТ) е — 1""г л 0 (8.3) п~г х(лТ) = — ~ Х (е~'о ) е1 'г До3 т 2я ~г (8.4) Преобразование Фурье, независимо от того, проводится лн оно над аналоговым нли дискретным сигналом, н независимо от того, явля.
ется оно прямым нли обратным, характеризуется следующим свойством: преобразование Фурье, выполняемое над периодической функцией, ззт ~2 зак. 430 Пусть х (1) — аналоговый сигнал, а соответствующий ему цифровой сигнал (полученный в результате аналого-цифрового преобразования сигнала х (1)) есть х (пТ), где Т вЂ” тактовый период, п — номер отсчета аналогового сигнала при его преобразовании в цифровую форму, иТ— тактовые моменты (моменты отсчета аналогового сигнала).
Прн этом будем полагать, что аналоговый сигнал имеет ограниченный спектр и тактовый период удовлетворяет условию Т < 1/(2Р „). В дальнейшем будем считать, что при 1 0 х (1) = 0 и, следовательно, отличные от нуля значения х (и Т) могут иметь место лишь при пТ ~ 0 и и представляет собой последовательность О, 1, 2, ... чисел натурального ряда. Известно, что операция получения спектральной функции Х ()а) аналогового сигнала х (1) и обратная операция получення сигнала х (1) по известной его спектральной функции Х ()в) производится с помощью пары преобразований Фурье Рнс. 8.6, Спектральные фуккппк: о) непрерывного согнано; б) Лнснрвсного снгнвнв приводит к дискретной функции, и, наоборот, преобразование Фурье дискретной функции является периодической функцией.
Из этого следует, что в случае, если аналоговая функция х(Г) является дискретной, то ее спектральная функция является периодической. Если спектр Х ()гп) аналогового сигнала х(~) представляется функцией, изображенной на рис. 8.6, а, то после преобразования в цифровую форму сигнал будет описываться дискретной функцией х (пТ) и его спектральная функция будет периодической, как показано на рис. 8.6, б. Как видно из рис.
8.6, в пределах интервала — и 'Т ( гн к п1Т модуль спектральной функции аналогового и цифрового сигналов подобны. При ограниченном спектре аналогового сигнала спектр цифрового сигнала оказывается неограниченным и имеет периодическую структуру с периодом 2 л~Т. Отсюда следует прием, используемый для получения аналогового сигнала х (с) из цифрового сигнала х (пТ): достаточно цифровую последовательность преобразовать в последовательность импульсов, имеющих малую длительность, и амплитуды, равные х (пТ), а затем из спектра такого дискретного сигнала с помощью фильтра нижних частот выделить ту ее часть в интервале О ( ге ( п/Т, которая совпадает со спектром аналогового сигнала. При этом на выходе фильтра образуется аналоговый сигнал х (г), соответствующий цифровому сигналу х(пТ).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
