8.4.2 Аналого–цифровые преобразователи
АЦП применяются в измерительных системах и измерительно-вычислительных комплексах для согласования аналоговых источников информации с цифровыми устройствами обработки и преобразования результатов измерения.
Рис. 8.6 Функциональная схема АЦП
Различным методам построения АЦП соответствуют устройства, различные по точности, быстродействию, помехозащищенности и сложности реализации.
Одним из наиболее распространенных является метод поразрядного уравновешивания, который называется методом последовательных приближений. Функциональная схема АЦП, реализующая метод, приведена на рис.8.6.
По команде “пуск” с тактового генератора f импульсы поступают на счетчик Сч., с выхода которого числа в коде поступают на вход ЦАП. Выходное напряжение Uвых ЦАП подается на вход компаратора, который сравнивает его с входным напряжением АЦП. При равенстве напряжений Uвх АЦП и Uвых ЦАП компаратор останавливает генератор, а входной код данного момента счетчика Сч. будет выходным кодом АЦП.
Примером законченного АЦП последовательного приближения может служить 10 – разрядный быстродействующий АЦП К1108ПВ1, который имеет время преобразования не более 0,9 мкс.
К схемам АЦП без использования ЦАП относятся АЦП двойного интегрирования и параллельного действия. Это АЦП К572ПВ2 и К1107ПВ2.
Наибольшим быстродействием обладает АЦП параллельного действия, недостатком которого является повышенная сложность
8.5. Микропроцессоры
Микропроцессоры (МП) – это электронные устройства, выполненные по технологии БИС (большие интегральные схемы) и способные по заданной программе выполнять определенные математические и логические операции.
На рисунке 8.7 показана обобщенная структурная схема МП. Входящий в нее арифметико – логическое устройство (АЛУ) реализует арифметические ( сложение, вычитание) и логические (сравнение, И. ИЛИ) операции над двумя числами и выдает результат. Регистры (Р) служат для хранения и выдачи команд (регистр команд), адресов (регистр адресов), и данных (аккумулятор). Устройство управления (УУ) служит для преобразования команд, поступающих из регистров и внешнего запоминающего устройства (ЗУ), в сигналы, непосредственно воздействующие на все элементы МП и стимулирующие выполнение команд.
Рис.8.7 Обобщенная структурная схема микропроцессора
Все блоки МП связаны между собой и с внешним устройствами тремя шинами: шиной данных (ШД), шиной адресов (ША) и шиной управления (ШУ). Шина состоит из параллельных проводников, к которым подключаются блоки МП и внешние устройства. Она служит для обмена информацией между этими блоками. УУ определяет разделение в времени связей между блоками по одним и тем же проводникам (мультиплексирование).
На основе МП путем объединения его с рядом специализированных БИС выполняется микро – ЭВМ, или микропроцессорный комплект (МПК). МПК содержит кроме МП еще ЗУ (оперативную и постоянную память), устройство ввода – вывода информации (УВВ) и тактовый генератор (ТГ). На рис.8.8 показана обобщенная структурная схема МПК.
Если МПК предназначен для управления ОУ или технологическим процессом , то он должен быть снабжен УСО (устройствами связи с объектом), куда входят: датчики, АЦП, ЦАП, исполнительные устройства.
Рис.8.7. Обобщенная структурная схема МПК
Упрощенную структурную схему МПК можно представить как агрегат, состоящий из МП, предназначенного для выполнения операций, определяемых командами, хранящимися в памяти (ЗУ) программ, над операндами из памяти данных, устройство ввода – вывода, обеспечивающего связь МПК с периферийными устройствами, которые в огромной мере расширяют возможности МПК.
Способность МПК выполнять операции проверки различного рода условий и вырабатывать решение по изменению хода выполнения команд демонстрирует некоторый интеллект МПК и принципиально отличает его от калькулятора.
Историю МП техники по уровню ее развития принято делить на этапы. Первый этап соответствует началу 70х годов. МП фирмы Intel Corporation имел 60 команд, 3 источника питания, малое быстродействие и небольшой объем памяти.
Современные МП 4-го поколения имеют одно питание, более 200 команд, примерно в 100 раз более высокое быстродействие, в 105 больший объем памяти, а разрядность чисел, с которыми они оперируют, больше в 16 раз. Причем улучшение технологических параметров МПК сопровождается снижением их стоимости.
Столь быстрое развитие МПС позволяет некоторым авторам сделать такое сравнение: если бы за последние 25 лет авиационная промышленность развивалась столь же стремительно, то “БОИНГ – 767” стоил бы 500 долларов, на нем можно было бы облететь земной шар за 20 минут, потратив при этом 19 литров горючего.