1. Принцип аналого-цифрового и цифроаналогового преобразования.

Речь, телефонные сообщения, музыка, видео информация, показания аналоговых измерительных приборов представлены в цифровых устройствах в цифровом коде.

Преобразование сигналов из аналоговой формы в цифровую выполняется в устройстве, называемом аналого-цифровым преобразователем (АЦП).В АЦП можно выделить следующие процессы:

• дискретизацию;

• квантование;

• кодирование.

Рассмотрим сущность этих процессов.

Дискретизация непрерывных сигналов.

Процесс дискретизации заключается в том, что из непрерывного во времени сигнала U(t) –аналогового сигнала выбираются отдельные его значения, соответствующие моментам времени, которые следуют через определенный период Т_{дискретиз.} Дискретные значения в тактовые моменты времени следует отсчитывать с таким Т_{дискретиз.},чтобы по ним можно было бы восстановить сигнал в аналоговой форме с требуемой точностью.

T_{дискр ≤} ,

где F_max – максимальная частота преобразуемого аналогового сигнала.

Примеры T_дискрдляаналоговогосигналапри передаче телефонных и телевизионных сообщений.

Квантование и кодирование.

Сущность этих операций заключается в следующем. Создается сетка так называемых уровней квантования, сдвинутых друг относительно друга на величину , называемую шагом квантования. Каждому шагу квантования можно приписать порядковый номер (0, 1, 2, 3 и т.д.). Полученные в результате дискретизации значения исходного аналогового напряжения U(t)

Заменяются ближайшими к ним уровнями квантования.

Описанный процесс носит название операции квантования. Смысл этого процесса состоит в округлении значений аналогового напряжения, выбранных в тактовые моменты времени. Как и всякое округление, процесс квантования приводит к погрешности (ошибкам квантования), создавая так называемый шум квантования.

Следующая операция, выполняемая при аналого-цифровом преобразовании сигналов, - кодирование. Округленные мгновенные значения сигналов в тактовые моменты времени представляются числами-номерами соответствующих уровней квантования.

Рассмотрим эти процессы на диаграмме:

2-й учебный вопрос. Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) информации.

Назначение: Для преобразования цифрового двоичного кода в выходное напряжение ,U(t) пропорциональное весовым двоичной коэффициентам разрядов двоичной системы счисления (….8,4,2,1).

Рассмотрим схему ЦАП, которая представляет взвешенную резисторную матрицу.

В рассмотренной схеме сумма токов _, протекающих через резистор R₀ , пропорциональна весовым коэффициентам двоичных разрядов.

Например:

3-й учебный вопрос. Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) информации.

Назначение: для преобразования мгновенных значений аналогового входного сигнала x(t) двоичный m-разрядный код.

Рассмотрим вначале принцип действия АЦП на временных диаграммах, а затем одну из возможных схем АЦП.

Лекция:Общие сведение о работе цифровых устройств на основе ПЛИС

Учебные вопросы:

1. Определение и классификация ПЛИС.

2. Особенность построения микросхем на ПЛИС

Литература:

1. В.В. Амосов Схемотехника и средства проектирования цифровых устройств. СПб: БХВ-Петербург, 2007 (Учебное пособие).

1-й учебный вопрос.Определение и классификация ПЛИС.

ПЛИС- программируемая логическая интегральная схема.

Определения ПЛИС:

ПЛИС-ы – представляет собой цифровые интегральные микросхемы, состоящие из программируемых логических блоков и программируемых соединений между блоками.

Возможность конфигурировать эти устройства позволяет инженерам разработчикам решать множество различных задач.

История развития ПЛИС

Запрограммируем функциюY=a&b^

Многократно перепрограммируемые ПЛИС:

Микросхема (как заготовка ПЛИС) включает:

• матрицы однотипных логических ячеек (микро ячеек) в базисе 2-И-НЕ или 2-ИЛИ-НЕ;

• блок ввода/вывода с устройствами буферизации (тристабильное состояние, открытый или закрытый коллектор);

• матрица трассировки, соединение которой обеспечивает соединение между ячейками и микро ячейками и устройствами ввода/вывода.

В настоящее время выделяют двух уровневые ПЛИСы. На первом уровне собираются комбинационные устройства. На втором уровне разрабатываются устройства цифровой обработки сигнала. Цифровая обработка сигнала- это цифровые фильтры и микроконтроллеры. В одном чипе можно собрать МПС со сложным КЦУ. Емкость ПЛИСов условно определяется количеством однотипных логических элементов. ПЛИСы содержат от нескольких сотен до нескольких миллионов логических элементов.