русс | укр

Языки программирования

ПаскальСиАссемблерJavaMatlabPhpHtmlJavaScriptCSSC#DelphiТурбо Пролог

Компьютерные сетиСистемное программное обеспечениеИнформационные технологииПрограммирование

Все о программировании


Linux Unix Алгоритмические языки Аналоговые и гибридные вычислительные устройства Архитектура микроконтроллеров Введение в разработку распределенных информационных систем Введение в численные методы Дискретная математика Информационное обслуживание пользователей Информация и моделирование в управлении производством Компьютерная графика Математическое и компьютерное моделирование Моделирование Нейрокомпьютеры Проектирование программ диагностики компьютерных систем и сетей Проектирование системных программ Системы счисления Теория статистики Теория оптимизации Уроки AutoCAD 3D Уроки базы данных Access Уроки Orcad Цифровые автоматы Шпаргалки по компьютеру Шпаргалки по программированию Экспертные системы Элементы теории информации

Разработка генератора аналоговых сигналов


Дата добавления: 2014-11-27; просмотров: 3073; Нарушение авторских прав


Цифровые генераторы (или, как их еще называют, синтезаторы) аналоговых сигналов произвольной формы часто используются при отладке различных аналоговых и аналого-цифровых устройств и систем. Они позволяют не только получить сигналы разных стандартных и нестандартных форм, но и обеспечить высокую точность задания амплитуды и частоты сигнала, не достижимые в случае обычных аналоговых генераторов. Цифровые генераторы работают обычно под управлением компьютеров или контроллеров, что обуславливает большие удобства пользователя и широкие возможности по заданию разнообразных форм сигналов и по их хранению.

Мы будем разрабатывать довольно простой генератор, рассчитанный на звуковой диапазон частот выходного сигнала 20 Гц ... 20 кГц (период от 50 мкс до 50 мс). Генератор должен формировать сигналы произвольной формы с амплитудой, задаваемой управляющим кодом. Генератор должен работать в режиме автоматической (периодической) генерации, а также в режиме разовой генерации с остановкой генерации после окончания одного периода выходного сигнала. Управление работой генератора должно быть полностью цифровым.

Отметим, что в реальности сигналы сложной формы, как правило, бывают низкочастотными. Они встречаются, например, при виброиспытаниях, в медицинской технике, в сейсмической технике и т.д. Высокочастотные сигналы обычно имеют довольно простую форму, например, синусоидальную. Поэтому наш простой генератор, рассчитанный на невысокие частоты, будет, тем не менее, удовлетворять требованиям довольно широкого спектра применений.

Разработку генератора мы начнем "с конца", то есть с того выходного сигнала, который он должен формировать.

Как уже отмечалось в лекции 13 , выходной сигнал ЦАП UЦАП представляет собой ступенчатую функцию, которую можно представить в виде суммы идеального ("гладкого") аналогового сигнала UВЫХ и пилообразного сигнала помехи UПОМ (рис. 15.9).



Сигнал помехи UПОМ имеет основную частоту, равную частоте поступления входных кодов на ЦАП. Для сглаживания ступенек выходного сигнала ЦАП и приближения его к идеальному сигналу UВЫХ можно применить простой аналоговый фильтр низкой частоты (ФНЧ), который должен существенно ослаблять сигнал помехи, но не ослаблять полезный выходной сигнал генератора. В примере на рис. 15.9 частота полезного сигнала в 16 раз меньше частоты сигнала помехи, поэтому задача фильтрации не слишком сложна. Однако от генератора сигналов произвольной формы может понадобиться синтез выходных сигналов с крутыми фронтами (например, прямоугольных или пилообразных сигналов). В этом случае применение такого выходного фильтра низкой частоты может исказить выходные сигналы, затянув их фронты. Поэтому целесообразно предусмотреть два выхода генератора: один с низкочастотной фильтрацией, а другой без нее.


Рис. 15.9. Цифровая генерация аналогового сигнала

Помимо фильтра низкой частоты, выходной узел генератора сигналов должен содержать схему задания амплитуды выходного сигнала. В случае использования оперативной памяти для хранения кодов выборок выходного сигнала, схема задания амплитуды может и отсутствовать. При этом в память необходимо заносить коды выборок сигнала с нужной амплитудой. Однако такой подход не слишком удобен, так как он требует пересчета всех кодов выборок для каждой новой амплитуды сигнала выбранной формы. Гораздо удобнее сделать так, чтобы в памяти всегда хранились коды выборок сигнала с максимально возможной амплитудой, а выходной сигнал с ЦАП ослаблялся управляемым аттенюатором в нужное количество раз.

В результате схема выходного узла генератора аналоговых сигналов будет включать в себя еще и управляемый аттенюатор, рассмотренный в разделе 7.1 (рис. 15.10).


Рис. 15.10. Схема выходного узла генератора

Аналоговый фильтр нижней частоты должен иметь коэффициент передачи в полосе пропускания, равный единице и частоту среза, обеспечивающую эффективное подавление сигнала помехи. Тип схемы фильтра и его порядок не слишком важны. Для удобства пользователя целесообразно сделать фильтр неинвертирующим, чтобы выходные сигналы на обоих выходах генератора (UВЫХ1 и UВЫХ2) были одной полярности. Аттенюатор управляется 8-разрядным кодом амплитуды, что обеспечивает коэффициент деления сигнала от 1/256 до 1. Если амплитуда исходного сигнала UЦАП равна 10 В, то амплитуда выходного сигнала (UВЫХ1 и UВЫХ2) может быть задана с точностью около 40 мВ. Увеличение разрядности кода амплитуды потребовало бы принятия специальных мер, так как слишком малые аналоговые сигналы сильно искажаются шумами и помехами по цепям питания. ЦАП необходимо применять умножающий с биполярным выходом, чтобы обрабатывать как положительные, так и отрицательные выходные сигналы.

Теперь переходим к проектированию собственно цифровой части генератора.

Как уже отмечалось ранее, основной узел генератора должен представлять собой буферную оперативную память с периодическим режимом работы. Причем буфер этот должен быть однонаправленным. Перед началом работы в буфер заносится массив кодов выборок синтезируемого сигнала, а во время работы генератора адреса памяти опрашиваются в нужном темпе, и выходные коды памяти подаются на ЦАП, формирующий аналоговый сигнал UЦАП. Проблема состоит в выборе нужного объема памяти и в способе перебора адресов для обеспечения нужной частоты выходного сигнала. Память может также быть постоянной (ПЗУ), если необходимо формировать одну или несколько постоянных форм сигналов. В этом случае операция записи в память исключается, но проблема выбора способа перебора адресов памяти остается.

Существует два основных способа перебора адресов памяти генератора аналоговых сигналов, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки.


Рис. 15.11. Опрос памяти с помощью двоичного счетчика

Первый, простейший способ предусматривает перебор адресов памяти генератора с помощью обычного двоичного счетчика. В данном случае, опрашиваются все адреса памяти подряд. Изменение частоты аналогового выходного сигнала генератора производится с помощью изменения тактовой частоты этого счетчика, для чего используется тот или иной управляемый делитель частоты опорного кварцевого генератора (рис. 15.11). Частота выходного сигнала будет определяться при таком решении по формуле fвых = fГ/(N2n), где fГ — частота задающего кварцевого генератора, N — управляющий код делителя частоты, n — разрядность счетчика (разрядность шины адреса памяти).

Главное достоинство данного подхода состоит в том, что при изменении частоты выходного сигнала не меняется точность воспроизведения формы выходного сигнала. Ведь точность воспроизведения формы аналогового сигнала зависит в первую очередь от количества выборок, приходящихся на период выходного сигнала, а здесь оно постоянно и равно количеству адресов памяти. Например, если память имеет 1К адресов, то выходной сигнал при любой частоте будет задаваться с помощью 1024 точек, и он всегда будет иметь 1024 ступеньки.

Однако данное решение имеет и серьезные недостатки. Основной его недостаток состоит в том, что частота сигнала помехи в данном случае прямо пропорциональна частоте выходного аналогового сигнала генератора (она больше частоты выходного сигнала во столько раз, сколько адресов имеет память). Например, при 1К адресов памяти частота сигнала помехи в 1024 раз больше частоты выходного сигнала, и при изменении частоты выходного сигнала в 1000 раз также в 1000 раз будет изменяться частота сигнала помехи. Отфильтровать такую помеху переменной частоты чрезвычайно трудно, если не невозможно, так как требуется применение фильтра с частотой среза, изменяемой в очень широких пределах.

Другой существенный недостаток данного метода связан с высокими требованиями к быстродействию ЦАП. Например, если максимальная частота выходного аналогового сигнала генератора должна быть 20 кГц, а память имеет 1К адресов, то ЦАП должен успевать работать с частотой более 20 МГц, то есть иметь время установления менее 50 нс. При большей частоте выходного сигнала и при большем объеме памяти требования к быстродействию ЦАП будут еще выше. И с такой же скоростью должна работать буферная память, то есть требования к быстродействию памяти также велики.

Второй возможный способ перебора адресов памяти генератора аналоговых сигналов состоит в применении накапливающего сумматора с переменным шагом суммирования (рис. 15.12).


Рис. 15.12. Опрос памяти с помощью накапливающего сумматора

В память, как и в предыдущем случае, заносится массив кодов выборок периода требуемого сигнала. Но при генерации опрашиваются не все адреса памяти подряд, а только адреса с шагом, задаваемым входным кодом накапливающего сумматора M (см. раздел 4.2.1). Чем больше этот шаг, тем быстрее будет пройден весь объем памяти и тем больше будет частота выходного сигнала генератора. И, соответственно, чем меньше шаг, тем больше времени потребуется на опрос всех адресов памяти, тем меньше будет частота выходного сигнала генератора.

При изменении шага опроса памяти изменяется и количество выборок на период выходного сигнала, что приводит к изменению точности воспроизведения формы сигнала. Количество выборок К на период выходного сигнала вычисляется по формуле К = 2n/M, где n — количество разрядов адреса памяти, М — управляющий код накапливающего сумматора. А частота выходного аналогового сигнала определяется формулой fВЫХ = fГ M/2n, где fГ — частота задающего кварцевого генератора. То есть выходная частота прямо пропорциональна управляющему коду M, а не обратно пропорциональна, как в предыдущем случае.

Главное достоинство данного подхода состоит в том, что сигнал помехи на выходе всегда имеет одну и ту же частоту, равную частоте задающего кварцевого генератора fГ, независимо от частоты выходного аналогового сигнала. Поэтому такую помеху легко отфильтровать, никакой перестройки частоты среза фильтра не требуется.

Другое важное достоинство данного решения состоит в том, что по мере роста частоты выходного сигнала генератор сам пропорционально уменьшает количество выборок на период выходного сигнала, поэтому требования к быстродействию ЦАП, формирующего выходной сигнал, не слишком жесткие. ЦАП может быть в несколько раз более медленным, чем в предыдущем случае, при такой же максимальной выходной частоте. Или, можно сказать и так, при том же самом ЦАП генератор может выдавать выходные сигналы с гораздо более высокой частотой. Точно так же снижаются и требования к быстродействию памяти. Это приводит к тому, что объем памяти в данном случае может быть гораздо больше, чем в предыдущем.

Но ничто не дается даром, поэтому данный метод имеет и существенный недостаток. С ростом частоты выходного сигнала его форма будет передаваться все более грубо, ступеньки будут все больше. На рис. 15.13 приведен пример воспроизведения формы синусоидального сигнала, записанного в память объемом 32Кх8 для двух разных шагов наращивания адреса М (количество выборок на период К = 16 и К = 48). Понятно, что точность воспроизведения формы сигнала сильно зависит от кода М. Это может привести к тому, что некоторые фрагменты сигналов сложной формы могут быть пропущены. К тому же в случае, когда количество выборок на период выходного сигнала К не равно целому числу, периоды выходного сигнала будут несколько отличаться один от другого. Смягчает этот недостаток уже упоминавшееся обстоятельство, что в природе сигналы сложной формы обычно низкочастотные, а именно низкочастотные сигналы воспроизводятся при данном методе наиболее точно.


Рис. 15.13. Опрос памяти с разными шагами (количество выборок на период К = 16 и К = 48)

Исходя из всех этих соображений, останавливаем свой выбор именно на этом, втором методе.

Примем для дальнейшего проектирования, что минимальное количество выборок на период выходного сигнала будет равно 32, а максимальное будет равно количеству адресов памяти. Так как от генератора требуется большой диапазон выходных частот (частоты могут различаться в 1000 раз), объем памяти должен быть большим. Если минимальное количество выборок на период равно 32, то максимальное количество выборок на период потребуется в тысячу раз больше, то есть 32000. Поэтому количество адресов памяти не должно быть меньше 32000. Возьмем память с количеством адресов, равным 32К.

Количество разрядов данных памяти, определяющее точность задания величины выборок выходного сигнала, не стоит брать слишком большим. Ведь на формируемый аналоговый сигнал будут накладываться помехи от цифровой части схемы, поэтому чрезмерно точное задание величин выборок выходного сигнала окажется попросту излишним. Поэтому выберем количество разрядов данных памяти равным 8, то есть память будет иметь организацию 32Кх15.

Спроектируем накапливающий сумматор для генератора аналоговых сигналов.

Как уже отмечалось, частота выходного аналогового сигнала прямо пропорциональна управляющему коду накапливающего сумматора М. Абсолютная погрешность установки частоты составит 0,5/М. Поэтому для малых частот погрешность установки частоты будет максимальной. Например, если коду М = 1 будет соответствовать частота 20 Гц, то следующее разрешенное значение частоты будет равно 40 Гц (при М = 2). Это не слишком удобно, хорошо бы иметь точность установки частоты не ниже хотя бы 10% во всем частотном диапазоне. Возьмем, например, абсолютную погрешность установки частоты 0,5 Гц. Значит, при М = 1 генератор должен выдавать частоту 1 Гц. Такие низкие частоты мы можем просто не использовать, зато частота 20 Гц (при М = 20) будет иметь точность установки 2,5%. Разрешенные значения частот вблизи 20 Гц составят при этом 19 Гц, 20 Гц, 21 Гц.

Выберем теперь величину тактовой частоты накапливающего сумматора (то есть частоты задающего кварцевого генератора). Максимальная частота выходного сигнала нашего генератора должна быть равна 20 кГц, при этом на период выходного сигнала должно приходиться 32 выборки. То есть тактовая частота накапливающего сумматора должна быть не менее 20 кГц • 32 = 640 кГц. Выберем с запасом тактовую частоту равной 1 МГц. Максимальная частота выходного аналогового сигнала при 32 выборках на период будет при этом составлять 1 МГц/32 = 31,25 кГц.

Количество разрядов накапливающего сумматора должно быть таким, чтобы он обеспечивал весь выбранный частотный диапазон. Нетрудно подсчитать, что нам потребуется 20-разрядный накапливающий сумматор (так как 220 = 1048576), то есть при тактовой частоте 1 МГц минимальный период выходного сигнала составит 1048576 тактов или чуть более одной секунды, что примерно соответствует частоте выходного сигнала в 1 Гц.

Если использовать 4-разрядные микросхемы полных сумматоров (ИМ3 или ИМ6), то для построения 20-разрядного сумматора потребуется 5 микросхем сумматоров. Для запоминания выходного кода сумматоров надо будет использовать три микросхемы 8-разрядных регистров, причем регистры эти должны быть со входом сброса (например, ИР35) для начального сброса накапливающего сумматора.

Получившаяся в итоге схема накапливающего сумматора приведена на рис. 15.14. В качестве тактового сигнала она использует в режиме генерации сигнал с кварцевого генератора частотой 1 МГц (разрешающий сигнал "Ген."), а в режиме записи в память кодов выборок — строб записи в память "-Зап.". На входы адреса памяти подаются сигналы 15 старших выходных разрядов накапливающего сумматора, а 5 младших разрядов накапливающего сумматора не используются. Код частоты М подается на 15 младших входных разрядов накапливающего сумматора, а на старшие 5 разрядов поданы нулевые сигналы. В результате при максимальном коде М=32767 накапливающий сумматор будет переполняться за 32 такта (выходная частота 31,25 кГц), а при минимальном коде М=1 — за 1048576 тактов (выходная частота около 1 Гц).


Рис. 15.14. Накапливающий сумматор генератора аналоговых сигналов

Перед началом записи в память накапливающий сумматор должен быть сброшен в нуль сигналом "–Сброс НС". Во время записи в память каждый строб записи "–Зап." должен увеличивать на единицу адрес памяти, поэтому код частоты М должен быть установлен в данном режиме равным 32 (двоичный код 100000).

Условия правильной работы накапливающего сумматора следующие. За период тактового генератора должны успеть сработать регистр и сумматор. В нашем случае это условие довольно легко выполняется, так как период тактового генератора 1 мкс. Но при построении более высокочастотных генераторов аналоговых сигналов требуется более высокая тактовая частота, и при этом может уже сказаться накопление задержек переноса пяти микросхем сумматоров. При тактовой частоте больше 10 МГц это уже может вызвать большие проблемы. Точно так же за период следования стробов записи в памяти "-Зап." должны успевать срабатывать регистр и сумматоры. Это условие обычно значительно проще выполнить, чем первое.

Посмотрим, какой будет частота сигнала помехи и какой должна быть частота среза выходного аналогового низкочастотного фильтра (см. рис. 15.10). При управляющем коде частоты М больше или равном 32 каждый тактовый импульс будет вызывать изменение адреса памяти. Поэтому частота помехи будет равна частоте тактового генератора (1 МГц). Это соответствует частоте выходного сигнала, большей 32 Гц. Однако нам надо обеспечить нижнюю частоту выходного аналогового сигнала 20 Гц.

Если код частоты М будет лежать в пределах от 16 до 31, то адрес памяти будет изменяться не реже одного раза на два такта тактового генератора. Частота помехи будет не менее 500 кГц. То есть при частоте выходного сигнала, большей 16 Гц, частота сигнала помехи будет в пределах от 500 кГц до 1 МГц. Максимальная частота выходного аналогового сигнала равна 31,25 кГц. Значит, частота среза фильтра должна быть такой, чтобы сильно ослаблять частоты, большие 500 кГц, но не искажать частоты, меньшие 31,25 кГц. Эти частоты различаются в 16 раз, поэтому фильтр построить не слишком сложно.

В результате мы получаем, что выбранная схема накапливающего сумматора обеспечивает диапазон частот выходного аналогового сигнала от 16 Гц до 31,25 кГц, причем погрешность установки частоты составляет 0,5 Гц во всем частотном диапазоне. Количество выборок сигнала на период будет изменяться от 32 на верхнем краю частотного диапазона до 32К на нижнем краю частотного диапазона. Это вполне удовлетворяет требованиям к генератору, сформулированным в начале данного раздела.

Переходим теперь к проектированию схемы управления для генератора аналоговых сигналов.

Схема управления генератора должна обеспечивать два режима работы: режим записи в память и режим генерации. Причем генерация может быть как автоматическая (периодическая), так и разовая. Эти режимы реализуются простой схемой на двух триггерах (рис. 15.15).


Рис. 15.15. Схема управления для генератора аналоговых сигналов

Первый (левый по рисунку) триггер служит для разрешения или запрещения генерации. По внешнему сигналу "Строб" (положительный фронт) в него записывается единица для разрешения генерации или нуль для запрещения генерации. Выходной сигнал "Ген." используется для разрешения тактовых импульсов накапливающего сумматора (см. рис. 15.16) и для управления остальной частью схемы. Перед началом работы генератора этот триггер сбрасывается в нуль внешним сигналом начального сброса "–Сброс".

Второй (правый по рисунку) триггер служит для организации режима разового запуска генератора. При запрете генерации этот триггер сброшен в нуль сигналом "Ген." (единица на инверсном выходе). При разрешении генерации этот триггер срабатывает по отрицательному фронту на старшем разряде накапливающего сумматора (сигнал "Ст.Р." со схемы на рис. 15.16), то есть по переполнению накапливающего сумматора, возникающему после окончания одного периода аналогового сигнала. Если внешний управляющий сигнал "Раз./-Авт." установлен в нуль (автоматический запуск), то ничего не происходит, триггер остается сброшенным. Если же внешний сигнал "Раз./-Авт." установлен в единицу (разовый запуск), то после окончания одного периода выходного аналогового сигнала генератора второй триггер перебросится в единицу (нуль на инверсном выходе) и сбросит тем самым первый триггер, запретив генерацию. Узнать об этом можно, анализируя флаг генерации —сигнал "Ген.". Для нового разрешения генерации надо снова записать единицу в первый триггер.

Наконец, последний узел генератора аналоговых сигналов — это память с ЦАП.

Прежде всего надо обеспечить, чтобы ЦАП, формирующий выборки аналогового сигнала по кодам из памяти, выдавал как положительные, так и отрицательные сигналы, то есть был биполярным. Это существенно повысит универсальность генератора. ЦАП должен формировать выходное напряжение (а не выходной ток), что позволит более просто обрабатывать выходной сигнал выходным узлом (см. рис. 15.10). Требования к быстродействию ЦАП в нашем случае невелики: коды всегда поступают на него с периодом в 1 мкс, значит, за это время ЦАП должен успеть установить свое выходное напряжение. Таких ЦАП существует довольно много.

Опорное напряжение ЦАП удобно выбирать равным 10 В, что обеспечит размах выходного сигнала от –10 В до +10 В. При этом шаг изменения выходного сигнала (минимально возможная высота ступеньки) составит 20В/256, то есть около 80 мВ. Но это только для сигнала максимальной амплитуды 10 В. Если же требуется генерация сигнала с амплитудой 1 В (ослабление выходным аттенюатором в 10 раз), то шаг изменения выходного сигнала будет около 8 мВ.

Входной код ЦАП (то есть выходной код буферной памяти) должен фиксироваться в параллельном регистре, чтобы все разряды этого кода подавались на входы ЦАП одновременно. В момент отсутствия генерации на выходе ЦАП должно быть нулевое напряжение, поэтому данный регистр должен иметь вход сброса, на который подается сигнал "Ген.". Однако надо учитывать, что при биполярном выходе ЦАП нулевому уровню выходного сигнала соответствует не нулевой код 00000000, а код 10000000 (с единицей в старшем разряде). Поэтому регистр должен сбрасываться не в нуль, а именно в состояние 10000000. При этом просто поставить дополнительный инвертор на старший разряд кода нельзя, так как он внесет задержку и старший разряд кода будет устанавливаться позже остальных разрядов, что может вызвать недопустимо большие выбросы выходного напряжения. Поэтому этот входной регистр ЦАП должен иметь как прямые, так и инверсные выходы (например, ТМ8), причем все разряды, кроме старшего, надо брать с прямых выходов регистра, а старший разряд — с и нверсного выхода. Это обеспечит одновременное изменение всех разрядов кода. Для компенсации инверсии старшего разряда надо дополнительно проинвертировать сигнал старшего разряда на входе регистра.

Память выборок сигнала целесообразно использовать многоразрядную с совмещенной входной и выходной шинами данных, что позволит упростить схему. Микросхемы с организацией 32Кх8 выпускаются многими фирмами. Память лучше брать нетактируемую, чтобы в режиме чтения (при генерации) можно было постоянно подавать на вход –CS сигнал логического нуля. Быстродействие памяти не слишком критично, так как перебор адресов происходит довольно медленно. За период тактового сигнала (1 мкс) в режиме чтения должен успеть сработать регистр накапливающего сумматора, и память должна успеть выдать читаемый код (с задержкой выборки адреса).


Рис. 15.16. Память и ЦАП генератора аналоговых сигналов

Совмещенная шина входных/выходных данных памяти требует применения однонаправленного входного буфера (например, АП5), через который в режиме записи на память будут подаваться записываемые в память коды выборок генерируемого сигнала. Буфер должен открываться тем же сигналом, который подается на вход –WR памяти. Во время генерации буфер должен быть закрыт.

В результате схема буферной памяти с ЦАП для генератора аналоговых сигналов будет выглядеть так, как показано на рис. 15.16.

Перед началом работы в память должны быть записаны коды выборок (8-разрядная шина "Зап. Дан".) по стробу "–Зап.". Данные должны выставляться до начала строба и сниматься после его окончания. Во время строба записи "-Зап." память переходит в режим записи (сигнал –WR), а буфер открывается (сигналы -EZ1 и -EZ2). За счет задержки буфера записываемые данные снимаются со входов данных памяти позже, чем заканчивается сигнал "-Зап.". Поэтому данные записываются в память. По окончании сигнала "-Зап." происходит смена адреса памяти (см. рис. 15.14). Всего должно быть проведено 32К циклов записи для полного заполнения памяти.

Когда начинается генерация (сигнал "Ген."), адреса памяти перебираются накапливающим сумматором, а читаемая из них информация записывается по сигналу "Такт" (см. рис. 15.14) в 8-разрядный регистр (две микросхемы ТМ8), а затем поступает на входы ЦАП. В результате выдача выборок выходного сигнала (UЦАП) задерживается на один такт относительно момента чтения из памяти, но эта задержка, как правило, не имеет никакого значения. После окончания генерации регистр сбрасывается в состояние 10000000, соответствующее нулю выходного сигнала UЦАП. Так как по сигналу начального сброса "–Сброс" (см. рис. 15.15) генерация запрещается, на выходе генератора в этот момент также будет нулевое напряжение.

Таким образом, схема генератора аналоговых сигналов полностью спроектирована.

Сформулируем теперь последовательность действий, которые надо предпринимать для управления работой генератора.

После включения питания надо подать сигнал начального сброса "–Сброс" (см. рис. 15.15), который запретит генерацию и обеспечит нулевой уровень выходного напряжения генератора.

Затем необходимо записать в память массив кодов выборок сигнала требуемой формы. Для этого код частоты надо задать равным 32 и сбросить накапливающий сумматор в нуль сигналом "–СбросНС". После этого надо производить последовательную запись всех 32К кодов по шине записываемых данных Зап.дан., сопровождая их стробами записи "-Зап.".

После окончания записи в память можно запускать генерацию, но перед началом генерации надо сбросить накапливающий сумматор сигналом "–СбросНС", задать режим запуска генерации (разовый или автоматический), а также установить код нужной выходной частоты (см. рис. 15.14 и 15.15). Кроме того, надо задать код амплитуды выходного сигнал (см. рис. 15.10). После этого надо подать положительный сигнал "Разр./-Запр." и сопроводить его стробом (см. рис. 15.15). Если требуется остановить автоматическую генерацию, то нужно установить нулевой сигнал "Разр./-Запр." и сопроводить его стробом. Если же генерация разовая, то узнать о том, продолжается ли она или уже закончилась, можно на основании анализа сигнала "Ген." (см. рис. 15.15).

В заключение отметим, что управление разработанным генератором аналоговых сигналов лучше возложить на компьютер или управляющий интеллектуальный контроллер, что существенно упростит работу с ним.


Микросхемы, параметры, сигналы

Таблица П.1. Основные параметры цифровых микросхем
Обозначение Другоеобозначение Параметр
CL CН Допустимая емкость нагрузки
FM FМАКС Максимальная частота переключения триггера
ICC IП Ток потребления
II IВХ Входной ток
IO IВЫХ Выходной ток
IIL I0ВХ Входной ток низкого уровня
IIH I1ВХ Входной ток высокого уровня
IOL I0ВЫХ Выходной ток низкого уровня
IOH I1ВЫХ Выходной ток высокого уровня
tLH t01 Время фронта сигнала при переходе из низкого уровня в высокий
tHL t10 Время фронта сигнала при переходе из высокого уровня в низкий
tPLH t01З Время задержки при переходе из низкого уровня в высокий
tPHL t10З Время задержки при переходе из высокого уровня в низкий
tPZL tZ0З Время задержки при переходе из третьего состоя-ния в низкий уровень
tPZL tZ1З Время задержки при переходе из третьего состоя-ния в высокий уровень
UCC UП Напряжение питания
UIL U0ВХ Входное напряжение низкого уровня
UIH U1ВХ Входное напряжение высокого уровня
UOL U0ВЫХ Выходное напряжение низкого уровня
UOH U1ВЫХ Выходное напряжение высокого уровня

 

Таблица П.2. Функциональное назначение цифровых микросхем стандартных серий
Обозначение Аналог SN74 Функция
АГ1 Одновибратор без перезапуска
АГ3 Два одновибратора с перезапуском
АГ4 Два одновибратора без перезапуска
АП3 Два 4-разрядных буфера с 3С и инверсией
АП4 Два 4-разрядных буфера с 3С
АП5 Два 4-разрядных буфера с 3С
АП6 8-разрядный двунаправленный буфер с 3С
АП9 8-разрядный двунаправленный буфер с 3С
АП10 8-разрядный двунаправленный буфер с 3С и инверсией
АП14 8-разрядный буфер с 3С
АП15 8-разрядный буфер с 3С и инверсией
АП16 8-разрядный буфер с 3С
АП20 8-разрядный двунаправленный буфер с регистром и с 3С
ВА1 Схема сопряжения с магистралью
ВЖ1 16-разрядная схема контроля по коду Хемминга
ГГ1 Два генератора, управляемых напряжением
ИВ1 Приоритетный шифратор 8-3
ИВ3 Приоритетный шифратор 9-4
ИД1 Двоично-десятичный дешифратор с высоковольтным выхо-дом
ИД3 Дешифратор 4-16
ИД4 Сдвоенный дешифратор 2-4
ИД5 Два дешифратора 2-4 с ОК
ИД6 Двоично-десятичный дешифратор 3-8
ИД7 Дешифратор 3-8
ИД10 Двоично-десятичный дешифратор 3-8 с большим выходным током
ИД14 Два дешифратора 2-4
ИД18 Дешифратор двоично-десятичного кода в код семисегментно-го индикатора
ИЕ2 4-разрядный двоично-десятичный счетчик
ИЕ4 Счетчик-делитель на 12
ИЕ5 4-разрядный двоичный счетчик
ИЕ6 4-разрядный реверсивный двоично-десятичный счетчик
ИЕ7 4-разрядный реверсивный двоичный счетчик
ИЕ8 Делитель частоты с переменным коэффициентом деления
ИЕ9 4-разрядный синхронный двоично-десятичный счетчик с асинхронным сбросом
ИЕ10 4-разрядный синхронный двоичный счетчик с асинхронным сбросом
ИЕ11 4-разрядный двоично-десятичный счетчик с синхронным сбросом
ИЕ12 4-разрядный синхронный реверсивный десятичный счетчик
ИЕ13 4-разрядный синхронный реверсивный двоичный счетчик
ИЕ14 Счетчик-делитель на 2 и на 5
ИЕ15 4-разрядный асинхронный счетчик с предварительной установкой
ИЕ16 4-разрядный синхронный двоично-десятичный счетчик с параллельной загрузкой
ИЕ17 4-разрядный синхронный двоичный счетчик с параллельной загрузкой
ИЕ18 4-разрядный двоичный счетчик с синхронным сбросом
ИЕ19 Сдвоенный 4-разрядный двоичный счетчик
ИЕ20 Два двоично-десятичных счетчика со сбросом
ИМ1 1-разрядный полный сумматор
ИМ2 2-разрядный полный сумматор
ИМ3 4-разрядный полный сумматор
ИМ5 4-разрядный полный сумматор с ускоренным переносом
ИМ6 4-разрядный полный сумматор с ускоренным переносом
ИМ7 4-разрядный сумматор-вычитатель
ИП2 8-разрядная схема контроля четности
ИП3 АЛУ для двух 4-разрядных слов
ИП4 4-разрядная схема ускоренного переноса
ИП5 9-разрядная схема контроля четности
ИП6 Двунаправленный 4-разрядный буфер с инверсией
ИП7 Двунаправленный 4-разрядный буфер
ИП8 Параллельный умножитель 2 х 4 разряда
ИП9 8-разрядный последовательно-параллельный умножитель
ИР1 4-разрядный двунаправленный сдвиговый регистр
ИР8 8-разрядный сдвиговый регистр с последовательным входом и параллельными выходами
ИР9 8-разрядный сдвиговый регистр с параллельными входами и последовательным выходом
ИР10 8-разрядный сдвиговый регистр
ИР11 4-разрядный 2-направленный сдвиговый регистр
ИР12 4-разрядный 2-направленный сдвиговый регистр
ИР13 8-разрядный сдвиговый регистр
ИР15 4-разрядный регистр с 3С
ИР16 4-разрядный реверсивный сдвиговый регистр с выходами 3С
ИР22 8-разрядный регистр-защелка с 3С
ИР23 8-разрядный регистр с 3С
ИР24 8-разрядный двунаправленный реверсивный сдвиговый регистр с 3С
ИР25 4-разрядный сдвиговый регистр с 3С
ИР26 Регистровый файл 4х4 с 3С
ИР27 8-разрядный регистр с разрешением записи
ИР29 8-разрядный сдвиговый регистр с 3С
ИР30 8-разрядный регистр хранения с адресацией
ИР32 Регистровый файл 4х4 с ОК
ИР33 8-разрядный буферный регистр
ИР34 Два 4-разрядных регистра с 3С
ИР35 8-разрядный регистр со сбросом
ИР37 8-разрядный регистр с 3С
ИР38 Два 4-разрядных регистра с 3С
ИР40 8-разрядный регистр-защелка с 3С и инверсией
ИР41 8-разрядный регистр с 3С и инверсией
КП1 16-канальный мультиплексор
КП2 Сдвоенный 4-канальный мультиплексор
КП5 8-канальный мультиплексор
КП7 8-канальный мультиплексор со стробированием
КП11 4-разрядный 2-канальный мультиплексор с 3С
КП12 2-разрядный 4-канальный мультиплексор
КП13 4-разрядный 2-канальный мультиплексор со стробированием
КП14 4-разрядный 2-канальный мультиплексор с 3С с инверсией
КП15 8-канальный мультиплексор с 3С
КП16 4-разрядный 2-канальный мультиплексор
КП17 2-разрядный 4-канальный мультиплексор с 3С и инверсией
КП18 4-разрядный 2-канальный мультиплексор с инверсией
КП19 2-разрядный 4-канальный мультиплексор с инверсией
ЛА1 Два логических элемента 4И-НЕ
ЛА2 Логический элемент 8И-НЕ
ЛА3 Четыре логических элемента 2И-НЕ
ЛА4 Три логических элемента 3И-НЕ
ЛА6 Два логических элемента 4И-НЕ с повышенным выходным током
ЛА7 Два логических элемента 4И-НЕ с ОК и повышенным выход-ным током
ЛА8 Четыре логических элемента 2И-НЕ с ОК
ЛА9 Четыре логических элемента 2И-НЕ с ОК
ЛА10 Три логических элемента 3И-НЕ с ОК
ЛА11 Четыре логических элемента 2И-НЕ с ОК и повышенным выходным напряжением
ЛА12 Четыре логических элемента 2И-НЕ с повышенным выходным током
ЛА13 Четыре логических элемента 2И-НЕ с ОК и повышенным выходным током
ЛА16 Два логических элемента 4И-НЕ для работы на линию 50 Ом
ЛА19 Логический элемент 12И-НЕ с разрешением
ЛА21 Четыре логических элемента 2И-НЕ с повышенным выходным током
ЛА22 Два логических элемента 4И-НЕ с повышенным выходным током
ЛА23 Четыре логических элемента 2И-НЕ с ОК и повышенным выходным током
ЛА24 Три логических элемента 3И-НЕ с повышенным выходным током
ЛД1 Два 4-входовых расширителя по ИЛИ
ЛЕ1 Четыре логических элемента 2ИЛИ-НЕ
ЛЕ2 Два логических элемента 4ИЛИ-НЕ со стробированием
ЛЕ3 Два логических элемента 4ИЛИ-НЕ со стробированием
ЛЕ4 Три логических элемента 3ИЛИ-НЕ
ЛЕ5 Четыре логических элемента 2ИЛИ-НЕ с повышенным выходным током
ЛЕ6 Четыре логических элемента 2ИЛИ-НЕ с повышенным выходным током
ЛЕ7 Два логических элемента 5ИЛИ-НЕ
ЛИ1 Четыре логических элемента 2И
ЛИ2 Четыре логических элемента 2И с ОК
ЛИ3 Три логических элемента 3И
ЛИ4 Три логических элемента 3И с ОК
ЛИ6 Два логических элемента 4И
ЛЛ1 Четыре логических элемента 2ИЛИ
ЛЛ3 Четыре двухвходовых логических элемента Исключающее ИЛИ с ОК
ЛН1 Шесть инверторов
ЛН2 Шесть инверторов с ОК
ЛН3 Шесть инверторов с ОК и повышенным выходным напряжением
ЛН4 Шесть буферных элементов с ОК
ЛН5 Шесть инверторов с ОК и повышенным выходным напряжением
ЛН6 Шесть инверторов с 3С и с управлением
ЛП4 Шесть буферных элементов с ОК и повышенным выходным напряжением
ЛП5 Четыре двухвходовых логических элемента Исключающее ИЛИ
ЛП8 Четыре буферных элемента с 3С и раздельным управлением
ЛП9 Шесть буферных элементов с ОК и повышенным выходным напряжением
ЛП10 Шесть буферных элементов с 3С
ЛП11 Шесть буферных элементов с 3С
ЛП12 Четыре двухвходовых логических элемента Исключающее ИЛИ с ОК
ЛП16 Шесть буферов с повышенным выходным током
ЛП17 Шесть буферов с ОК и повышенным выходным током
ЛР1 Два элемента 2-2И-2ИЛИ-НЕ
ЛР3 Элемент 2-2-2-3И-4ИЛИ-НЕ
ЛР4 Элемент 4-4И-2ИЛИ-НЕ
ЛР9 Элемент 2-4-2-3И-ИЛИ-НЕ
ЛР10 Элемент 2-4-2-3И-ИЛИ-НЕ с ОК
ЛР11 Элементы 2-2И-2ИЛИ-НЕ и 2-3И-2ИЛИ-НЕ
ЛР13 Элемент 3-2-2-3И-4ИЛИ-НЕ
ПР6 Преобразователь двоично-десятичного кода в двоичный
ПР7 Преобразователь двоичного кода в двоично-десятичный
РП1 Регистровое ЗУ 4х4
РП3 Регистровое ЗУ 8х2 с ОК
РУ1 ОЗУ с организацией 4х4
РУ2 ОЗУ с организацией 16х4
РУ3 ОЗУ 4х4 с дополнительными входами записи
РУ5 ОЗУ с организацией 256х1
РУ9 ОЗУ с организацией 16х4
РУ10 ОЗУ с организацией 16х4
СП1 4-разрядный компаратор кодов
ТВ1 JK-триггер с элементом 3И на входе
ТВ6 Два JK-триггера
ТВ9 Два JK-триггера
ТВ10 Два JK-триггера
ТВ11 Два JK-триггера
ТВ15 Два JK-триггера
ТЛ1 Два триггера Шмитта с инверсией и элементом 4И на входе
ТЛ2 Шесть триггеров Шмитта с инверсией
ТЛ3 Четыре триггера Шмитта с инверсией и элементом 2И на входе
ТМ2 Два D-триггера с прямыми и инверсными выходами
ТМ5 Четыре D-триггера типа "защелка"
ТМ7 Четыре D-триггера типа "защелка" с прямыми и инверсными выходами
ТМ8 Четыре D-триггера с прямыми и инверсными выходами
ТМ9 Шесть D-триггеров с общим синхровходом
ТР2 Два RS-триггера

 

Таблица П.3. Типы микросхем семейства SN74
Номер SN74 Обозначение
ЛА3
ЛА8
ЛЕ1
ЛА9
ЛН1
ЛН2
ЛН3
ЛН4
ЛП9
ЛИ1
ЛИ2
ЛА4
ЛИ3
ЛА10
ТЛ1
ТЛ2
ЛИ4
ЛН5
ЛП4
ЛА1
ЛИ6
ЛА7
ЛЕ2
ЛЕ3
ЛА11
ЛЕ4
ЛЕ5
ЛА2
ЛЛ1
ЛА12
ЛА13
ЛА6
ИД6
ЛР1
ЛР11
ЛР3
ЛР13
ЛР4

 

Номер SN74 Обозначение
ЛД1
ЛР9
ЛР10
ТВ1
ТМ2
ТМ7
ТМ5
ИМ1
РУ1
ИМ2
ИМ3
РУ3
СП1
ЛП5
РУ2
ИЕ2
ИЕ4
ИЕ5
ИР1
ИЕ8
ТВ6
ТВ15
ТВ9
ТВ10
ТВ11
АГ1
АГ3
ГГ1
ЛП8
ЛЕ6
РУ5
ТЛ3
ЛА19
ЛЛ3
ИД7
ИД14
ЛА16
ИД1

 

Номер SN74 Обозначение
ИД10
ИВ3
ИВ1
КП1
КП7
КП5
КП2
ИД3
ИД4
ИД5
КП16
КП18
ИЕ9
ИЕ10
ИЕ11
ИЕ18
ИР8
ИР9
ИР10
ИЕ16
ИЕ17
ИР32
РП1
РП3
ИР15
ТМ9
ТМ8
ИП2
ИП3
ИП4
ИМ5
ПР6
ПР7
ИЕ12
ИЕ13
ИЕ6
ИЕ7
ИР11

 

Номер SN74 Обозначение
ИР12
ИЕ14
ИЕ15
ИР13
АГ4
РУ10
ВА1
АП3
АП4
ИП6
ИП7
АП5
АП6
ИД18
КП15
КП12
КП11
КП14
ИР30
ЛЕ7
ИП8
ИР35
ТР2
ИП5
ИМ6
РУ9
ИР16
КП13
ИР24
ИР29
КП19
КП17
ЛП10
ЛН6
ЛП11
ИР22
ИР23
ИР27

 

Номер SN74 Обозначение
ИП9
ИМ7
ИЕ20
ИЕ19
ИР25
АП14
АП15
ИР40
ИР41
ИР33
ИР37
ВЖ1
АП9
АП10
АП16
АП20
ИР26
ИР34
ИР38
ЛА21
ЛА23
ЛА24
ЛА22
ЛП16
ЛП17

 

 

Таблица П.4. Соответствие зарубежных и отечественных серий цифровых микросхем
Серии SN74 Отечественные серии
74 … J КМ155
74 … N К155
74AC … N КР1554
74ALS … N КР1533
74F … N КР1531
74Н … N К131
74L … N К134
74LS … J КМ555
74LS … N К555
74S … J КМ531
74S … N КР531

 

Таблица П.5. Обозначения сигналов и микросхем
Обозначение Название Назначение
& And Элемент И
=1 Exclusive Or Элемент Исключающее ИЛИ
+1 Вход счета на увеличение
-1 Вход счета на уменьшение
Двунаправленная передача
Двунаправленный сдвиг
< Вход расширения сумматора "меньше"
<0 Перенос (заем) счетчика при инверсном счете (на уменьшение)
> Вход расширения сумматора "больше"
>9 Перенос 4-разрядного двоично-десятичного счетчика при прямом счете
>15 Перенос 4-разрядного двоичного счетчика при прямом счете
= Вход расширения сумматора "равно"
0, 1, 2, 3, … Номера входных или выходных разрядов кода
0V Общий вывод
Or Элемент ИЛИ
1, 2, 4, 8 … Входы/выходы разрядов кода
A Address Адресные разряды
А0, А1,… Разряды входного/выходного кода А
A=B Parity Вход или выход равенства кодов A и B
A>B, A<B Входы или выходы сравнения кодов A и B
А, В, С,… Входы и выходы различного назначения
ADC Analog-to-Digital Converter Аналого-цифровой преобразователь, АЦП
ALU Arithmetic Logic Unit Арифметическо-логическое устройство
В0, В1,… Разряды входного/выходного кода В
BF Buffer Буфер
BR Borrow Заем
C Clock Тактовый сигнал (строб), сигнал разрешения
С Carry Вход переноса
C Capacitor Подключение внешнего конденсатора
CD Coder Шифратор
CE Clock Enable Разрешение тактового сигнала
CE Chip Enable Разрешение работы микросхемы
CEP Count Enable Parallel Вход параллельного наращивания разрядности счетчиков
CET Count Enable Trickle Вход наращивания разрядности счетчиков (""трюковый")
CLK Clock Тактовый вход
CLR Clear Очистка, сброс
CPU Central Processor Unit Центральный процессор
CR Carry Перенос
CRU Carry lock ahead Unit Схема ускоренного переноса
CT Counter Счетчик
CT10 2/10 Counter Двоично-десятичный счетчик
CT2 Binary Counter Двоичный счетчик
CT2/10 2/10 Counter Двоично-десятичный счетчик
CS Chip Select Выбор микросхемы
D Data Разряды данных, данные
DAC Digital-to-Analog Converter Цифро-аналоговый преобразователь, ЦАП
DC Decoder Дешифратор
DI Data Input Входные данные
DIO Data In-put/Output Входные/выходные данные
DL Data Left Вход данных для сдвига влево
DO Data Output Выходные данные
DP Data Parallel Параллельные данные
DR Data Right Вход данных для сдвига вправо
DS Data Serial Последовательные данные
D/U Down/Up Переключение направления счета счетчиков
E Enable Разрешение
EC Enable Count Разрешение счета
ECR Enable Carry Разрешение переноса
ECT Enable Count Разрешение счета
EI Enable Input Разрешение входа
EIO Enable In-put/Output Разрешение входа и выхода
EO Enable Output Разрешение выхода
EP Enable P Разрешение переноса
EWR Enable Write Разрешение записи
EZ Enable Z-state Разрешение третьего состояния
G Generator Генератор
G1 Generator Одновибратор
I Input Вход
I/O Input/Output Вход/Выход
J Вход записи нуля в JK-триггере
K Вход записи единицы в JK-триггере
L Load Загрузка, запись
LOAD Load Загрузка, запись
LSB Least Signifi-cant Bit Младший значащий разряд
M2 Схема контроля четности
MS Multiplexer Мультиплексор
MSB Most Significant Bit Старший значащий разряд  
MUX Multiplexer Мультиплексор
O Output Выход
OE Output Enable Разрешение выхода
Р Выход переноса
PE Parallel Enable Разрешение параллельной загрузки
PROM Programmable ROM Программируемая постоянная память
P/S Parallel/Serial Переключение параллельный/последовательный режим
Q Quit Выход
R Reset Сброс (установка в нуль)
R Resistor Подключение внешнего резистора
RAM Random Access Memory Оперативная память, ОЗУ
RC Resistor/Capacitor Подключение внешнего резистора и конденсатора


<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Разработка логического анализатора | Ключевое слово № лекции


Карта сайта Карта сайта укр


Уроки php mysql Программирование

Онлайн система счисления Калькулятор онлайн обычный Инженерный калькулятор онлайн Замена русских букв на английские для вебмастеров Замена русских букв на английские

Аппаратное и программное обеспечение Графика и компьютерная сфера Интегрированная геоинформационная система Интернет Компьютер Комплектующие компьютера Лекции Методы и средства измерений неэлектрических величин Обслуживание компьютерных и периферийных устройств Операционные системы Параллельное программирование Проектирование электронных средств Периферийные устройства Полезные ресурсы для программистов Программы для программистов Статьи для программистов Cтруктура и организация данных


 


Не нашли то, что искали? Google вам в помощь!

 
 

© life-prog.ru При использовании материалов прямая ссылка на сайт обязательна.

Генерация страницы за: 1.024 сек.