рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Сравнительная оценка цифровых и аналоговых устройств микроэлектронной техники

Сравнительная оценка цифровых и аналоговых устройств микроэлектронной техники - Лабораторная Работа, раздел Математика, Арифметические и логические принципы · Электронные Устройства По Способу Формирования И Передачи Сигналов Управлен...

· Электронные устройства по способу формирования и передачи сигналов управления подразделяются на два класса:

- аналоговые (непрерывные),

- дискретные (прерывистые (или цифровые).

· Решая вопрос о построении или проектировании, какого либо устройства, следует предварительно принять решение о направлении проектирования, - каким будет устройство? - Аналоговым либо дискретным (цифровым)? В свою очередь, это решение можно принять, зная достоинства и недостатки тех и других устройств. Предварительно дадим определения понятиям «аналоговые» и «цифровые» устройства.

· Аналоговымназывается такое устройство, у которого все сигналы входные, выходные и промежуточные (внутренние) являются непрерывными, описываются непрерывными математическими функциями. Эти сигналы характеризуются бесконечным множеством значений по уровню (состояниям) и непрерывны во времени, хотя диапазон изменения значений непрерывного сигнала ограничен. Поэтому иногда такие устройства называют устройствами непрерывного действия.

· АЭУ предназначены для приема, преобразования и передачи электрического сигнала, изменяющегося по закону непрерывной (аналоговой) функции. В АЭУ каждому значению реальной физической величины соответствует однозначное, вполне определенное значение выбранного электрического параметра.

· Достоинства технических средств аналоговой техники

1. Теоретически максимально достижимая точность и быстродействие

2. Адекватность отображения физических процессов и закономерностей: и те и другие описываются непрерывными зависимостями. Это позволяет существенно упрощать принципиальные технические решения аналоговых устройств и систем (простота устройства).

3. Оперативность и простота изменения режимов работы: часто достаточно изменить сопротивление резистора или ёмкость конденсатора, чтобы неустойчивый режим сменился на устойчивый либо обеспечить заданный переходный процесс в устройстве.

4. Отсутствие необходимости в преобразовании аналоговых величин в дискретные. Эти преобразования сопровождаются погрешностью и определённой тратой времени.

 

· Недостатки технических средств аналоговой техники

1. Низкая помехоустойчивость и нестабильность параметров, обусловленные сильной зависимостью от внешних дестабилизирующих воздействий, например температуры, времени (старение элементов), действия внешних полей и т.п.. То .есть .аналоговым устройствам свойственно наличие «дрейфа» и «шумов». Дрейф- это медленное изменение сигнала, обусловленное дискретной природой явлений, по отношению к заданному его значению. Например, для электрических сигналов дискретную природу протекания электрического тока обуславливают электроны и «дырки», являющиеся носителями электрических зарядов. Шумы <- это случайные изменения сигнала, вызванные внешними или внутренними факторами, например, температурой, давлением, напряжённостью магнитного поля Земли и т.д.

2. Большие искажения сигналов при передаче на большие расстояния..

3. Возможность появления неустойчивых режимов работы и существование проблемы «обеспечения устойчивости» работы систем и устройств. Неустойчивый режим характеризуется возникновением в устройстве или системе незатухающих колебаний в изменении некоторых сигналов. В электронике это явление широко используется при построении генераторов импульсов и генераторов гармонических колебаний.

4. Технические трудности в реализации запоминающих устройств и устройств временной задержки аналоговых сигналов.

5. Недостаточный уровень интеграции аналоговых элементов и их универсальности.

6. Сравнительно малая дальность передачи аналоговых сигналов, обусловленная рассеянием энергии в линиях связи.

7. Сравнительно большое потребление энергии, так как аналоговые элементы работают на линейных участках их переходных характеристик и «потребляют» энергию в начальных (исходных) состояниях.

· Примером устройства аналогового отображения информации является обычный потенциометр (рис.1 ), преобразующий линейное перемещение х в напряжение Uвых.

 

 

 

 

Рис.1

 

 

· Дискретными устройствами или устройствами дискретного действия называют такие, у которых входные, выходные и промежуточные сигналы характеризуются счётным множеством значений по уровню и существованием в определённые интервалы времени. Такие сигналы можно отобразить в той или иной позиционной системе счисления (соответствующими цифрами). Например, в десятичной системе счисления либо двоичной системе счисления. Двоичное представление сигналов нашло наибольшее применение в технике и в формальной логике при исчислении высказываний и при выводе умозаключений из нескольких посылок. Поэтому дискретные устройства называют логическими (по аналогии с формальной двоичной логикой) или цифровыми, принимая во внимание возможность описания их с помощью чисел позиционной системы счисления.

· ДЭУ предназначены для приема, преобразования и передачи электрических сигналов, полученных путем квантования по времени и/или по уровню исходной аналоговой функции х(t) (рис.2) (Опадчий, с.14).

 

 

 

Рис.2 Квантование аналогового сигнала (а): по времени (б) и по уровню (в).

 

· Поэтому действующие в них сигналы пропорциональны конечному числу выбранных по определённому закону значений реальной физической величины, отображаемых в виде различных параметров импульсов или перепадов напряжения и тока.

· Квантованием называется процесс замены непрерывного сигнала его значениями в отдельных точках.

 

· Электрическим импульсом называется кратковременное отклонение напряжения U(+) или тока i(+) от некоторого установившегося значения U0 и I0 соответственно.

· При квантовании исходного сигнала Хt, по времени дискретное электронное устройство преобразует исходный сигнал Х(t) в последовательность импульсов, как правило неизменной частоты (т.е. через промежутки времени).

· Процесс преобразования исходной аналоговой в последовательность импульсов носит название импульсной модуляции.

· На практике наибольшее распространение получили

- амплитудно-импульсная модуляция (АИМ);

- широко- импульсная модуляция (ШИМ);

- фазоимпульсная модуляция (ФИМ)

 

Рис 3 Виды модуляции:

а) изменение исходной аналоговой величины

б) последовательность амплитудно-модулированных импульсов;

в) последовательность широко-модулированных импульсов;

г) последовательность фазомодулированных импульсов.

 

· При АИМ x(t) модулируемым, т.е. изменяемым параметром импульсной последовательности является амплитуда (рис 3.б).

 

Um(nTk) = φ{X(nTk)} ( )

 

· При ШИМ x(t) модулируемым, т.е. изменяемым параметром импульсной последовательности является ширина (рис 3.в).

 

· Для характеристики ШИМ пользуются скважностью γ=T/tи импульсов или коэффициент заполнения KЗ = T/tи

· При ФИМ x(t) модулируемым, т.е. изменяемым параметром импульсной последовательности является расстояние между импульсами, т.е. их фаза относительно исходной последовательности (рис 3.г).

 

Tu = φ{X(nTk)} ( )

· На практике часто используется комбинации описанных видов модуляции.

· При квантовании исходного сигнала как по времени и так и по величине в фиксированный момент времени, полученный (оцифрованный) сигнал только приблизительно соответствует значениям x(t).

· Очевидно, что чем больше дискретные значения, который может принимать сигнал, т. е. чем больше уровней дискретизации, тем точнее соответствует дискретный сигнал аналоговому. Однако в любом случае мы имеем дело с конечным числом его значений.

· Таким образом, в дискретном сигнале нарушается непрерывность представления информации как по величине, так по времени.

· В свою очередь, конечному числу дискретных значений исходной физической величины можно поставить в соответствие некоторое число.

· Процесс замены дискретных уровней сигнала последовательностью чисел носит название кодированием (CD-кодер), а совокупность полученных чисел называется кодом сигнала.

· Таким образом, процесс непосредственного преобразования и передачи сигналов можно заменить процессом преобразования и передачи кодов, поставленных в соответствие исходным сигналам.

· Устройства, занимающиеся формированием, преобразованием и передачей кодов, набавленных в соответствие реальных значений физических переменных, называют цифровыми устройствами.

· Передача кодов, каждый из которых, как правило, представляется некоторой последовательностью одиночных импульсов, требует некоторого времени.

Очевидно, что это время больше времени, необходимого для передачи той же информации в непрерывных(аналоговых) системах.

При равенстве же времени, количество информации, передаваемой цифровым способом всегда минимально.

· Достоинства цифровых электронных устройств:

  1. Возможность программного управления, что увеличивает гибкость изменения структуры и алгоритма функционирования систем, позволяет упростить реализацию адаптивных законов управления.
  2. Высокая помехозащищенность, так как при передаче импульсов сокращается время в течение которого помеха может повлиять на передаваемый сигнал .
  3. Высокая надежность, так как цифровые устройства характеризуются применением однотипных элементов в каналах обработки, передачи и хранения информации, что так же облегчает возможность изготовления их в интегральном исполнении.
  4. Простота обеспечения совместимости устройств с устройствами обработки информации в цифровой форме (ЭВМ, компьютерами).
  5. Высокая степень конструктивной и функциональной интеграции, универсальности с возможностью построения систем по типовым проектным решениям. В свою очередь это позволяет сокращать затраты на производство и эксплуатацию систем и устройств.
  6. Возможность проектирования формальными логическими методами, что позволяет сокращать сроки проектирования устройств и даёт возможность изменения функций устройств (и систем на их основе) методами агрегатного построения в процессе эксплуатации.

7. Возможность длительного хранения информации без ее потери.

8. Экономическая эффективность, обусловлена высокой технологичностью и повторяемостью устройств;

9. Энергетическая эффективность. Связана с тем, что в дискретных устройствах импульсная Ри и средняя мощность Pср связаны соотношением:

 

PиPср, ()

 

где γ=T/tи- скважность импульсов. Как видно, при небольшой длительности импульсов (большой скважности:) можно получить существенное
превышение мощности в импульсе над среднем ее значением. Это (по сравнению с аналоговыми устройствами) способствует улучшению массогабаритных показателей отдельных элементов дискретных цифровых устройств.

10. В дискретных устройствах усилительные приборы используют в специфическом режиме ключа (ВКЛ-ВЫКЛ), при котором мощность, рассеиваемая в них, минимальна. Это повышает коэффициент и спользования усилительного прибора.

Кис = Рн/Рктах,

где Рн = Iн ∙ Uh - полезная мощность нагрузочного устройства

Ркmах = Iн Un - мощность, рассеиваемая в выходной цепи усилительного прибора/ Это позволяет использовать усилительные приборы (транзисторы) на мощностях в 10-20 раз превышающих их номинальную мощность (т.е. мощность в импульсе » номинальной мощности).

11. Меньшее тепловыделение, снижается перегрев? не ухудшаются режимы работы п/п и др. элементов.

 

· Недостатки технических средств цифровой техники

  1. Необходимость преобразования аналоговых сигналов в дискретные. Эти преобразования сопровождаются появлением погрешности и задержками во времени.
  2. Относительная сложность изменения режимов работы. Для этого необходимо менять структуру системы либо алгоритм её функционирования.
  3. Сложность процессов анализа функционирования систем, как при проверке правильности их работы, так и при поиске возникающих неисправностей. Цифровые устройства характеризуются большой функциональной сложностью, что требует специальных «диагностических» устройств, которые изучаются в специальной области техники, называемой технической диагностикой.
  4. Повышенные требования к культуре производства и к культуре обслуживания технических средств цифровой техники. В свою очередь, это стимулирует необходимость повышения квалификации обслуживающего персонала и требует от него высокой квалификации.

Сравнительный анализ перечисленных достоинств и недостатков даёт вывод в пользу технических средств цифровой техники. Поэтому в настоящее время цифровые устройства широко внедряются, казалось бы, в традиционные области аналоговой техники: телевидение, телефонную связь, в технику звукозаписи, радиотехнику, в системы автоматического управления и регулирования.

 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Арифметические и логические принципы

Работы цифровых интегральных схем и микропроцессоров.. лекция введение основные задачи.. основное содержание курса перечень лабораторных работ..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Сравнительная оценка цифровых и аналоговых устройств микроэлектронной техники

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Разработки МП других фирм
Мы проследили историю развития МП на примере МП, выпущенных фирмой INTEL.Но фирма INTEL не единственная, кто занимается производством МП. Коротко поговорим о друг

Однокристальные микроконтроллеры (или однокристальные МЭВМ)
Фирма INTEL еще известна тем, что здесь появился не только первый МП, но и первая однокристальная МЭВМ или МК. Однокристальный МК представляет собой устройство, в

Место и роль микропроцессорной техники в НТП общества
Видимо ни у кого не вызывает сомнения тот факт, что создание МП является одним из крупнейших достижений микроэлектроники и вычислительной техники за последние десятилетия. Слово «МП» сейчас также п

В системах диагности и контроля РЭС
Параллельно с созданием РЭС на основе МП и МЭВМ создавалась аппаратура и системы диагностики и контроля РЭС – системы контроля РЭС различного уровня сложности: от измерительных приборов со встроенн

Аналог или цифра?
Для начала дадим несколько базовых определений.   • Сигнал - это любая физическая величина (например, температура, давление воздуха, интенсивность света, сил

Виды дискретных (цифровых) электрических информационных сигналов
•Дискретные сигналы могут быть постоянного и переменного токов.   •Идеальный однополярный дискретный сигн

Традиционная цифровая электронная система обработки информации
(с жесткой логикой)       Рис   Входно

Микропроцессорная система обработки информации
(с программируемой логикой)     Рис………    

Общая характеристика цифровых микросхем
· Цифровые микросхемы предназначены для обработки, преобразования и хранения цифровой информации. Выпускаются они сериями. Внутри каждой серии имеются объединенны

Система условных буквенно-цифровых обозначений ИМС
Система обозначения ИМС отечественного производства представляет собой цифро - буквенный код, содержащий иноформацию о функциональном назначении микросхемы, числе подобных типов и типономиналов ИМС

Функциональные подгруппы и разновидности интегральных микросхем
Функции подгруппы Обозначение Функциональные разновидности Обозначение Формирователи А

Первая буква
С – цилиндрический корпус D – с двухрядным параллельным расположением выводов (DIP) S – с однорядным расположением выводов Т – трехрядное расположение выводов М

On_load_lecture() Корпуса цифровых микросхем
Большинство микросхем имеют корпус, то есть прямоугольный контейнер (пластмассовый, керамический, металлокерамический) с металлическими выводами (ножками). Предложено множество различных типов корп

Используемые в УГО
Функциональное назначение Обозначение Вычислитель СР Вычислительное устройство CPU

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги