Аналого-цифровые и функциональные устройства

Analog – raqamli qurilmalar texnik ta’minoti turlari va ko’rsatkichlari
reja
1. Kirish
1.1 Analog raqamli qurilmalar tasnifi
1.2 Parallel Analog raqamli qurilmalar
2.1 Ko'p bosqichli Analog raqamli qurilmalar
2.2 Ko'p siklli Analog raqamli qurilmalar
3.1 Analog raqamli qurilmalar integratsiyalash
3.2 Ko'p tsiklli integratsiyaning Analog raqamli qurilmalar
4. Xulosa

Kirish


Analog-raqamli qurilmalar (ADC) - analog kirish signallarini qabul qiluvchi va mikroprotsessorlar va boshqa raqamli qurilmalar tomonidan qayta ishlash uchun mos keladigan raqamli signallarni ishlab chiqaradigan qurilmalar. Asosan, turli xil jismoniy miqdorlarni raqamli shaklga to'g'ridan-to'g'ri aylantirish imkoniyati istisno qilinmaydi, ammo bunday qurilmalarning murakkabligi tufayli bu muammoni faqat kamdan-kam hollarda hal qilish mumkin. Shuning uchun hozirgi vaqtda eng oqilona usul fizik tabiati bo'yicha har xil bo'lgan miqdorlarni birinchi navbatda ular bilan funktsional bog'liq bo'lgan elektrga, so'ngra kuchlanish-kod qurilmalari yordamida raqamli miqdorga aylantirish usuli deb e'tirof etiladi. Aynan shu qurilmalar odatda ADC haqida gapirganda nazarda tutiladi. ADC yordamida amalga oshiriladigan uzluksiz signallarni analogdan raqamliga o'tkazish tartibi dastlabki signalni tavsiflovchi vaqtning U(t) uzluksiz funksiyasini {U'(tj) sonlar ketma-ketligiga aylantirishdan iborat. )}, j=0,1,2,:, vaqtning ba'zi qo'zg'almas nuqtalariga ishora qildi. Ushbu protsedurani ikkita mustaqil operatsiyaga bo'lish mumkin. Ulardan birinchisi diskretizatsiya deb ataladi va U(t) vaqtning uzluksiz funksiyasini {U(tj)} uzluksiz ketma-ketlikka aylantirishdan iborat. Ikkinchisi kvantlash deb ataladi va uzluksiz ketma-ketlikni diskretga aylantirishdan iborat {U'(tj)}

Analog raqamli qurilmalar

Analog-raqamli qurilmalarning turlari va ularning xususiyatlari. Analog-raqamli qurilmalar (ADC) elektr kattaliklarini (kuchlanish, oqim, quvvat, qarshilik, sig'im va boshqalar) raqamli kodga aylantirish uchun mo'ljallangan qurilmalardir. Eng keng tarqalgan kirish o'zgaruvchisi kuchlanishdir. Bunday ADCga etkazib berishdan oldin barcha boshqa miqdorlar birinchi navbatda kuchlanishga aylantirilishi kerak. Biroq, amalda, qurilmalar, masalan, kuchlanishga oraliq konvertatsiya qilmasdan raqamli kodga qarshilik yoki sig'imlardan ham foydalaniladi. Bu odatda konversiya xatosini kamaytiradi, lekin konvertorning dizayni va uni ishlab chiqarishni murakkablashtiradi. Ikkinchisi seriyali sanoat ADC mikrosxemalari faqat kuchlanish bilan ishlash uchun mo'ljallanganligi bilan izohlanadi. Shu sababli, kelajakda faqat kuchlanishni raqamli kodga o'tkazgichlar ko'rib chiqiladi. Umumiy holatda kuchlanish uning oniy qiymati u (t) bilan tavsiflanadi. Biroq, kuchlanishni baholash uchun siz tanlangan vaqt oralig'i T uchun uning o'rtacha qiymatidan ham foydalanishingiz mumkin:

Shu munosabat bilan, barcha turdagi ADClarni ikki guruhga bo'lish mumkin: lahzali kuchlanish qiymatlarining ADC'lari va o'rtacha kuchlanish qiymatlarining ADC'lari. O'rtacha ishlash lahzali kuchlanish qiymatini birlashtirishni o'z ichiga olganligi sababli, o'rtacha qiymat ADC ko'pincha integratsiyalashgan ADC deb ataladi. Voltajni raqamli kodga aylantirishda uchta mustaqil operatsiya qo'llaniladi: namuna olish, kvantlash va kodlash. Uzluksiz signalni analogdan raqamliga o'tkazish tartibi uzluksiz kuchlanish funksiyasi u(t) ni u(tn) sonlar ketma-ketligiga aylantirishdir, bunda n=0,1,2..., ba'zi bir qo'zg'almas nuqtalarga tegishli. o'z vaqtida. Diskretlanganda uzluksiz funksiya u(t) rasmda ko'rsatilganidek, u(tn) o'qishlari ketma-ketligiga aylanadi. 26.1 a.

Kvantlash deb ataladigan ikkinchi operatsiya u (t) funktsiyasining oniy qiymatlari faqat kvantlash darajalari deb ataladigan ma'lum darajalar bilan chegaralanadi. Kvantlash natijasida uzluksiz funksiya u(t) shaklda ko'rsatilgan uk(t) pog'onali egri chiziq shaklini oladi. 26.2.



Kodlash deb ataladigan uchinchi operatsiya raqamli kod shaklida diskret kvantlangan miqdorlarni ifodalaydi, ya'ni. ma'lum bir qonunga bo'ysunadigan raqamlar ketma-ketligi. Kodlash operatsiyasi yordamida miqdorning son qiymatini shartli tasvirlash amalga oshiriladi. Signalni diskretlashtirish ularni og'irlikdagi summalar ko'rinishida ifodalashning asosiy imkoniyatiga asoslanadi:
Bu erda a dastlabki signalni diskret vaqtlarda tavsiflovchi ba'zi koeffitsientlar yoki namunalar - elementar funktsiyalar to'plami; uning namunalaridan signalni qayta tiklash uchun ishlatiladi. Diskretlashtirish bir xil va bir xil emas. Yagona namuna olishda T namuna olish davri doimiy bo'lib qoladi va notekis tanlab olishda davr o'zgarishi mumkin. Bir xil bo'lmagan namuna olish ko'pincha signalning o'zgarish tezligidan kelib chiqadi va shuning uchun adaptiv deb ataladi. Yagona diskretizatsiya namuna olish teoremasiga asoslanadi, unga ko'ra a koeffitsientlari sifatida diskret vaqtlarda u(tn) signalining oniy qiymatlaridan foydalanish kerak. t_n = Tn, va shartdan namuna olish davrini tanlang , где f_m — asl signal spektridagi maksimal chastota. Cheklangan spektrli signallar uchun namuna olish teoremasi quyidagi shaklga ega:
va Kotelnikov formulasi deb ataladi.
Signalni diskretlashda bitta transformatsiyaning chekli vaqti va uni yakunlash vaqtining noaniqligi tufayli xatolik yuzaga keladi. Natijada, bir xil diskretizatsiya o'rniga, biz o'zgaruvchan davrli diskretizatsiyani olamiz. Ushbu xato diafragma xatosi deb ataladi. Agar diafragma signalning o'zgarish tezligi bilan aniqlanadi deb faraz qilsak, uni quyidagi formula bilan aniqlash mumkin:
Bu yerda Т_а — diafragma vaqti, u’(t _n) — signalning vaqtdagi o’zgarish tezligi t_n,

Garmonik signal uchun diafragma xatosining maksimal qiymati shart ostida olinadi , т.е. da cost=1. Bu holda nisbiy diafragma xatosi quyidagi qiymatga ega bo'ladi: . (26.1)
Namuna olish teoremasi bilan aniqlangan namuna olish davrini diafragma vaqti (26.1) bilan taqqoslab, biz quyidagilarni olamiz:
,
shundan kelib chiqadiki, diafragma xatosini kamaytirish uchun ADC ning konversiya chastotasini /a marta oshirish kerak. Shunday qilib, masalan, fm=10 kHz chastotali garmonik signalni tanlashda, tanlama teoremasiga ko'ra, maksimal ADC chastotasiga ega bo'lish kifoya. F_m=2f_m=20 kHz, a=10-2 xato bilan bu chastotani 2fa=2010310-2=6,3 MGts qiymatiga oshirish kerak.
Nazariy jihatdan qaytariladigan operatsiya bo'lgan diskretizatsiyadan farqli o'laroq, kvantlash asl ketma-ketlikning qaytarilmas o'zgarishi bo'lib, muqarrar xatolar bilan birga keladi. Ideal kvantizatorning xarakteristikasi rasmda ko'rsatilgan. 26.2 a. Yagona kvantlash bilan ikkita qo'shni qiymat orasidagi masofa rasmda ko'rsatilganidek, doimiy bo'ladi. 26.1 b. Kvantlangan miqdorning ikkita qo'shni qiymatlari orasidagi farq kvantlash bosqichi h deb ataladi.
Asosan, kvantlash uzluksiz qiymatni eng yaqin butun songa yaxlitlash operatsiyasidir. Natijada kvantlashning maksimal xatosi 0,5 soatni tashkil qiladi (26.1 b-rasm). Biroq, ixtiyoriy signalni o'zgartirganda, maksimal xato nisbatan kam uchraydi, shuning uchun ko'p hollarda ADC sifatini baholash uchun ular maksimaldan emas, balki ildiz-o'rtacha kvadrat xatosidan foydalanadilar kv = h / 12 , bu maksimaldan taxminan 3,5 baravar kam. ADCda kvantlash xatosi eng kam ahamiyatli bit (EMP) birligi sifatida aniqlanadi.
ADC ning chiqish qiymati raqamli koddir, ya'ni. diskret kvantlangan miqdorlar ifodalanadigan raqamlar ketma-ketligi. ADClarda to'rtta asosiy kod turi qo'llaniladi: tabiiy ikkilik, o'nlik, ikkilik o'nlik va kulrang kod. Bundan tashqari, o'nlik kodda ma'lumot chiqarish uchun mo'ljallangan ADClar o'z chiqishida etti segmentli ko'rsatkichlarni boshqarish uchun maxsus kodni beradi.
Aksariyat ADClar tabiiy ikkilik chiqish bilan ishlaydi, bu erda har bir ijobiy N raqamiga kod beriladi
,
Bu yerda b_i nolga yoki birga teng. Bunday holda, ikkilik koddagi ijobiy raqam shaklga ega
. (26.2)
Bunday kod odatda to'g'ridan-to'g'ri kod deb ataladi: uning eng o'ngdagi raqami eng muhimi, eng chap raqami esa eng muhimi. To'g'ridan-to'g'ri kod faqat unipolyar signallar bilan ishlash uchun javob beradi. O'zgartirilgan signalning to'liq diapazoni 2n, va Nmax=2n-1.
ADCda ishlatiladigan ikkilik raqamlar odatda normallashtiriladi, ya'ni. ularning mutlaq qiymati birlikdan oshmaydi. Ular kirish signalining to'liq diapazonga nisbatini ifodalaydi:
. (26.3)
Agar ADC bipolyar raqamlar bilan ishlashi kerak bo'lsa, u holda eng ko'p ishlatiladigan qo'shimcha kod, o'zgartirilgan C raqamini 2n + 1 doimiy qiymatidan ayirish orqali hosil bo'ladi. Boshqacha qilib aytganda, C soniga ikkita to'ldiruvchi mavjud. Ikkilik kodda raqamlarni ko'rsatish diapazoni 2-m dan 1-2-m gacha bo'lgan qiymatga ega. nol bitta qiymatga ega 0000. ADCda BCD kodlaridan foydalanganda har bir muhim o'nlik raqam to'rtta ikkilik raqam bilan ifodalanadi va 0 dan 9 gacha bo'lgan o'nta signal qiymatini o'z ichiga oladi. Masalan, 10 o'nlik soni 0001 0000, 99 raqami esa bo'lishi mumkin. 1001 1001 sifatida ifodalanadi. To'rtta ikkilik belgilar bilan kodlashda 16 ta kod qiymatini olish mumkinligi sababli, berilgan ikkilik-o'nlik vakillik yagona emas. Eng ko'p ishlatiladigan kodlar bu daftarlardagi raqamlarga 8-4-2-1 yoki 2-4-2-1 og'irliklari berilgan kodlar: