Сообщения и сигналы. Кодирование и квантование сигналов
Добавить а) триггер с однотактной записью (D-триггер), б) цифровой мультиплексор, в) полный одноразрядный сумматор.
Простейшие операции с аналоговыми сигналами. Операционные усилители
Преобразования аналогового сигнала на резистивной цепи.
Основные свойства операционного усилителя. Элементарные преобразования сигнала, которые осуществляет операционный усилитель.
Изменение знака аналогового сигнала.
Получение суммы и разности двух или нескольких аналоговых сигналов.
Смещение величины аналогового сигнала на постоянную величину.
TERMINOLOGY ADC SPECIFICATIONS
Integral Nonlinearity
This is the maximum deviation of any code from a straight line passing through the endpoints of the ADC transfer function. The endpoints of the transfer function are zero scale, a point 1/2 LSB below the first code transition, and full scale, a point 1/2 LSB above the last code transition.
Differential Nonlinearity
This is the difference between the measured and the ideal 1 LSB change between any two adjacent codes in the ADC.
Offset Error
This is the deviation of the first code transition (0000 . . . 000) to (0000 . . . 001) from the ideal, i.e., +1/2 LSB.
Gain Error
This is the deviation of the last code transition from the ideal AIN voltage (Full Scale – 1.5 LSB) after the offset error has been adjusted out.
Total Harmonic Distortion
Total Harmonic Distortion is the ratio of the rms sum of the harmonics to the fundamental.
DAC SPECIFICATIONS
Relative Accuracy
Relative accuracy or endpoint linearity is a measure of the maximum deviation from a straight line passing through the endpoints of the DAC transfer function. It is measured after adjusting for zero error and full-scale error.
Voltage Output Settling Time
This is the amount of time it takes for the output to settle to a specified level for a full-scale input change.
Digital-to-Analog Glitch Impulse
This is the amount of charge injected into the analog output when the inputs change state. It is specified as the area of the glitch in nV sec.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Реализация логических элементов на «переключательных» схемах.
Простейшая электрическая схема, способная формировать два отчетливо различимых значения напряжения, изображающего два значения логической переменной, содержит источник питания, резистор и выключатель (ключ).
Эти схемы выполняет операцию логического инвертирования.
Первые автоматические вычислители пытались строить на электромеханических реле.
Сегодня в качестве «выключателей» в цифровых устройствах используют МОП-транзисторы.
Они бывают двух типов: n-типа и p-типа.
МОП-транзистор находится надежно в проводящем, либо в непроводящем состоянии, когда на его управляющем электроде (затворе) действует одно из двух заметно различающихся напряжений Uзакр или Uоткр.
Если управляющее напряжение затвора некотором промежуточном диапазоне, то МОП-транзистор ведет себя, как резистор, величина которого зависит от управляющего напряжения. Этот диапазон напряжений затвора инженеры-схемотехники используют для построения усилителей аналогового сигнала.
Переключательные элементы нетрудно использовать для построения простых узлов, выполняющих логические операции.
Обратите внимание, что приведенные схемы «естественным образом» выполняют логические операции ИЛИ-НЕ и И-НЕ, каждая из которых в одиночку обладает свойством функциональной полноты.
Пример более сложной цепи: двоичный одноразрядный сумматор
Это устройство легко построить, используя ранее упомянутые логические выражения для суммы и переноса.
Элемент «исключающее ИЛИ» формирует значение частичной суммы s (без учета переноса из младшего разряда). Элемент «коньюнктор» формирует значение переноса p (опять без учета переноса из младшего разряда) Обратите внимание, что если p=1, всегда s=0. Чтобы построить многоразрядный сумматор, надо научиться формировать сумму Sn и перенос Pn с учетом переноса Pn-1из младшего разряда: |
Полный одноразрядный двоичный сумматор также нетрудно получить.
(Добавить рисунок)
Дешифратор преобразует двоичный код в код «1 из N»
Логические узлы «с памятью»
Все логические устройства делятся на две категории: 1) комбинационные и 2) устройства с памятью (конечные автоматы или последовательностные схемы).
Комбинационные логические устройства отличаются тем, что их выходные сигналы однозначно определяются сигналами на входах устройства в данный момент времени.
Выходные сигналы схем с памятью определяются не только входными сигналами в данный момент, но и предысторией, т.е. тем, как изменялись входные (некоторые) сигналы в предшествующие моменты времени. В этом и состоит свойство памяти: наблюдая выходной сигнал устройства в данный момент, можно судить о том, как вели себя входные сигналы в прошлом.
Все рассмотренные нами до сих пор примеры логических устройств относятся к классу комбинационных.
Устройство с памятью можно построить из комбинационных элементов, если межэлементные связи образуют замкнутые контуры (например, выход элемента А подан на вход В, а выход В – на вход А).
Простейший пример устройства с обратной связью, обладающий свойством памяти, приведен на рис. Выход первого дизъюнктора соединен с входом второго, а выход второго с входом первого.
Несложно убедиться, что поведение этой цепи описывается следующей таблицей:
Вход R | Вход S | Выход ÙQ | Выход Q | Примечание |
0 | 0 | Оба указанных состояния одинаково возможны (состояние хранения) | ||
Запись «нуля» | ||||
Запись «единицы» | ||||
Неиспользуемая входная комбинация |
Действительно, если предположить, что при входной комбинации S=R=0 состояние выхода Q=0, то, пользуясь данными таблицы логических функций, получим состояние выхода ^Q=1 и можем убедиться, что это значение подтверждает сделанное предположение о том, что Q=0. Аналогично, если предположить, что Q=1, так же придем к тому, что ^Q=0, и что это подтверждает сделанное предположение о Q=1. При любом состоянии выходов, подача комбинации входных сигналов для записи в триггер «единицы» ‑ S=1, R=0, приводит к состоянию Q=1, ^Q=0 и т.д.
(Перерисовать RS-триггер симметрично)
(Нарисовать тактируемый RS-триггер)
(Нарисовать триггер с однотактной записью ‑ D-триггер)
(И, наконец, D-триггер, тактируемый фронтом синхросигнала)
(Показать, как этот D-триггер можно превратить в разряд счетчика)
(Показать, как для всех типов D-триггеров можно добавить входы раздельной установки.
Регистр – логическая схема с памятью, предназначенная для запоминания многоразрядного двоичного слова. В состав регистра входит несколько триггеров, количество которых равно числу разрядов в запоминаемом двоичном слове. Функционирование регистра можно представить следующей моделью:
при кратковременном действии на входе разрешения записи C активного фрагмента сигнала регистр запоминает в своих триггерах состояния входов D0,D1,… и в дальнейшем удерживает запомненные значения на выходах Q0,Q1,…. Иногда регистры имеют более сложное внутреннее устройство, и способны выполнять добавочные функции над записанным двоичным словом, в частности его сдвиг. |
Счетчик – разновидность регистра, который способен изменять на единицу записанное двоичное число при действии активного фрагмента сигнала на счетном входе T.
Обычно счетчик, подобно простому регистру, имеет входы D и Cдля (параллельной) записи в него исходного содержимого. Различают а) суммирующие счетчики (при действии на входе Tсодержимое (интерпретируемое как двоичное число) увеличивается на 1, б) вычитающие (число уменьшается на 1) и реверсивные (направление счета можно выбирать). При достижении максимального числа (все 1 в двоичном содержимом) происходит «переполнение» счетчика (wrap-around) – содержимое становится «нулевым», при этом появляется сигнал на выходе переполнения OV. |
Счетчик можно использовать как преобразователь последовательного унарного кода в позиционный двоичный код.