Герасимов В.Г. (ред). - Электрические измерения и основы электроники (1998) (529641), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Последние разработки ИС регистров, как правило, характеризуются совмещением функций рассмотренных типов регистров и представляют собой, так называемые универсальные (м ног ор ежи мн ы с) р е г и с т р ы, обеспечивающие, например, последовательный ввод. сдвиг в обе стороны, кольцевой сдвиг и параллельный вывод. Длл 296 уменьшения общего числа выводов в таких многорежимных регистрах входные и выходные шины часто объединяют. Регистры с такого рода объединениемшинназывают портами данных,вниходниитеже линии по специальным командам используются как для приема, так и для выдачи данных.
Для реализации такой возможности в настоящее время широко используются элементы с третьим состоянием в виде микро-схем двунаправленных шинных усилителей (ДНШУ), представляющих собой два, включенных параллельно навстречу друг другу, управляемых повторителя (см.рис.6.28,в). При низком уровне сигнала на входе управления Ео нижний повторитель ВВ2 переведен в третье состояние, а верхнему ВР1 разрешена работа, что соответствует передаче данных в направлении с входа на выход. При высоком уровне этого сигнала работает повторитель И:)2 и данные передаются в обратном направлении. Микросхемы ДНШУ обозначают буквами АП, например, К53!АП4 имеет в своем составе восемь буферных повторителей, четыре из которых управляются высоким, а другие четыре — низким уровнем сигнала на их входах разрешения работы ЕО. На рис.6.28,г представлена микросхема К564ИР6, представляющая собой восьмиразрядный универсальный двунаправленный КМОП-регистр из восьми триггерных ячеек и комбинационного управляющего устройства.
Регистр обеспечивает режимы параллельного и последовательного ввода информации, ее сдвиг и хранение и может быть использован для преобразования как параллельных кодов в последовательную форму, так и последовательных кодов — в параллельный. Последовательный ввод информации в регистр осуществляется по входу Р только в синхронном режи мепо положительному перепаду сигнала на входе синхронизации С при низком уровне сигнала на входе Р~Я управления режимами ввода. Работа триггерных ячеек в этом режиме организована таким образом, что при подаче очередного импульса синхронизации происходит сдвиг информации, хранимой в регистре, на один разряд вправо.
Для сдвига информации влево необходимо выводы В, (1=! —:8) соединить с выводами А, ~, а на вход Р/Б подать высокий уровень сигнала. При этом информационным будет вход . ~В, а выходами В1- В8 Параллельный ввод выполняется при высоком уровне сигнала на входе Р/Б и в зависимости от уровня сигнала на входе управления АЛ может осуществляться в асинхронном (при высоком уровне сигнала на этом входе) или синхронном режиме (при низком уровне на входе АЖ ). Регистр может выполнять двунаправленную передачу данных от шин А к шинам В и наоборот, причем направление этой передачи определяется уровнем сигнала на входе АЖ Так в режиме параллельного ввода при высоком 297 уровне сигнала на входе АЛ~ шины А служат входами,  — выходами, а при низком шины  — входами, А — выходами.
Сигналом на вход~ разрешения АЕ можно управлять соединением выводов А с линейкои триггеров регистра. При низком уровне сигнала на входе АЕ эта связь разры вается, что позволяет выводы А нескольких микросхем регистров объединять параллельно и поступающую информацию по этим общим шинам адресно распределять по нескольким аналогичным регистрам. Исключительно важная роль регистров объясняется тем, что прак. тически любое ЦЭУ может быть выполнено на основе совокупности регистров, соединенных друг с другом с помощью соответствующих комбинационных схем управления. Вовсе не случайно, а именно по этой причине, все многообразие аппаратных средств, реализованных в со ставе больших интегральных схем (БИС микропроцессоров), используемых, например, для построения современных персональных ЭВМ, с точки зрения программистов в простейшем случае представляется в виде набора, так называемых, регистров общего назначения (сокращенно РОН).
По сути дела РОН представляют собой многоразрядные универсальные регистры с весьма малым временем обращения. 6.9.УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ФОРМЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ Поскольку информация на входах ЦЭУ обычно представляется в двоичном коде, а большинство исполнительных механизмов для автоматизированного управления технологическими процессами (исполнительные двигатели, электромагниты и т.п.), как правило, реагируют на непрерывно изменяющиеся уровни напряжения или тока, для преобразования информации из цифровой в аналоговую форму используют цифроаналоговые преобразователи(ЦАП).Помимоширокого промышленного применения ЦАП используются и в современной бытовой электронике, например, в системах высококачественного воспроизведения звука, записанного в цифровой форме на компакт-дисках (в лазерных СД-проигрывателях).
В системах автоматизированного управления для получения информации о состоянии контролируемого промышленного оборудования применяют различного рода преобразователи (датчики) неэлектрических величин в электрические сигналы, которые чаще всего представляются в аналоговом виде. Для последующей обработки этой информации при помощи ЦЭУ такие сигналы предварительно должны быть преобразованы в цифровую форму. В самом общем случае преобразование аналог- цифра выполняют в два этапа. Вначале непрерывно изменяющийся сигнал заменяют его значениями в дискретные моменты времени, что называют дискретизацией во времени.
Затем эти значения сигнала подают на вход 298 а н а л о г о — ц и ф р о в ы х п р е о б р а з о в а т е л е й (АЦП), которые с некоторым шагом ЛУ квантования по уровню представляют их цифровым эквивалентом в виде двоичного кода. Дискретизация во времени считается выполненной корректно, если возможно однозначное восстановление исходного аналогового сигнала. При этом исходный сигнал должен удовлетворять следующим двум условиям~: частотный (спектральный) состав исходного сигнала должен быть ограничен некоторой верхней граничной частотой ~в; частота дискретизации (следования отсчетов) ~' должна быть больше или равна 2~,.
Если широкополосный сигнал не удовлетворяет первому из этих условий, его пропускают через фильтр нижних частот с частотой среза 1в. Дискретизацию во времени быстроизменяюшегося сигнала чаще всего выполняют, фиксируя его мгновенные значения в моменты времени, определяемые частотой ~д следования импульсов выборки, в виде напряжения на запоминающем конденсаторе.
Обычно выбирают частоту дискретизации/' =(3+10)/',. Неизменное (на отрезке времени между двумя импульсами выворки) напряжение затем подается на вход АЦП, который должен «успеть» закончить его преобразование в цифровую форму до поступления следующего импульса выборки. Заметим, что при достаточно быстродействующем АЦП и высокой частоте дискретизации, когда ~,»~„исходный аналоговый сигнал может быть непосредственно подан на вход АЦП, который в этом случае корректно выполняет как дискретизацию во времени, так и квантование по уровню.
Основными характеристиками ЦАП и АЦП являются быстродействие и погрешность преобразования, определяемая абсолютной погрешностью преобразования и относительной разрешающей способностью. Быстродействие ЦАП иАЦП характеризуется временем преобраз о в а н и я: для ЦАП это отрезок времени после поступления входного двоичного кода до установления его выходного аналогового сигнала; для АЦП вЂ” интервал времени от его пуска до момента получения выходного двоичного кода. Абсолютная погрешность преобразован ия равна половине шага квантования по уровню ЛУ. При шаге квантования ЛУ, например, и-разрядный ЦАП должен обеспечивать 2" различных значений выходного напряжения, максимальное значение которого называ- * Обычно эти условия формулируются в виде так называемой теоремы дискретизации (теоремы Котельникова) 299 ют напряжением шкалы (/шя, связанным с А(/ соотношением с/ = (2" — 1)ЛГ Относительной разрешпющей способностью ос/нпзы вают отношение шага квантовпнияпо уровню М/к напряжению шкплы * Для п-разрядных ЦАП и АЦП ос/ = 1/(2и — 1).
Цифроаналоговые преобразователи. ЦАП представляют собой ус. тройства для создания аналогового выходного значения напряжения (или тока), соответствующего числовому эквиваленту двоичного циф. рового кода на его входе. Зависимость выходного параметра ЦАП например, напряжения на его выходе, от кодового эквивалента входно го сигнала называют характеристикой преобразования. На рис.6.29,а представленахарактеристикапреобразования четырехразрядного ЦАП, Используя для значений двоичных чисел (р=2) формулу (6.!), получим общее выражениедля характеристики преобразованияп-разрядногоЦАП и-1 Е'„,„/(./ =ос/2 2/' а/,, ~=о откуда, в частности, для выходного напряжения четырехразрядного ЦАП запишем С'„,~= Ь~„(ао + 2а~ + 4аз + 8аз)/15. (6.8) Ь' „„= — Е „.( — — а;+ — а„+ п~ + аО), Рос г АО ЯО ЯО (6.9) " В этом смысле относительная разрешающая способность для ЦАП и АЦП подобна понятию относительной приведенной погрешности стрелочных прибо- ров ЗОО Поскольку выходное напряжение ЦАП представляется в виде суммы отдельных слагаемых, которые в зависимости от значений коэффициентов ао — пз могут входить (при единичном значении) или не входить (при нулевом значении соответствующего коэффициента) в окончательный результат, ЦАП может быть построен на основе аналогового сумматора и транзисторных ключей.
обеспечивающих необходимую коммутацию напряжений (или токов). На рис.6.29,6 представлена схема четырехразрядного ЦАП с характеристикой преобразования (6.8), построенная на основе сумматора на интегральном операционном усилителе (ОУ) и резистивной матрицы (набор резисторов) Ао — А ~ — Л2— 3 ос В этой схеме транзисторные ключи Яо — 5З, управляемые параллельным двоичным кодом, например, поступающим с выходов регистра или счетчика, осуществляют коммутацию напряжения с/ на соответствуюшие входы 2~ —:2З. Поскольку коэффициент передачи напряжения с/ ых/с/ „с некоторого входа /равен Х/= — М~ с/Аб выходное напряжение сумматора определяется суммой вида где (ао — пз) принимают значения 0 или 1 в зависимости от положения соответствующих ключей оо — 5З. Сопоставив (6.8) и (6.9), пРиходим к выводУ, что пРи Ао / А„, = 15.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
