И В. С. Ямпольсний о основы автоматики и электронно- вычислительной техники нститутов

>[	RB
Q
07		7
06		A
05		5
04		4
ПЗ		3
D2		г
B1		i

7U

0,5/?

07 7

t>J

6.5U

об

J t>J

5.5U'

o5

t>J

4,5 U{

a4

t>J

2.5U\

a2

t>J

1SU'

a1

0,5U\

10,5/?

Входное напряжение	Состояние компараторов	Двоич. числа
Uc/U	76 5 43 21	210
Uc< Q5	00000 0 0	0 00
0,5Щ< 1,5	0000001	001
/,5< и^2,5	0000011	010
25	0000111	01 1
3,5	0 0 0 1111	1 00
4,5<Ч<55	0011111	101
5,54Uc<6.5	0111111	1 1 0
6,5KUt	1111111	111

03

7	Y(X
6		2^г	—O
5
4		?’	—О
3
2		?°	о
1

поэтому применяются для анализа быстроменяющихся сигналов. При использовании схем, выполненных по ЭСЛ технологии, можно обрабатывать сигналы с частотой до 50 МГц. Недостатком парал­лельных АЦП является резкое увеличение аппаратурных затрат при повышении разрешающей способности. Так, для измерения напряжения от 0 до 10 В с шагом 0,1 В необходимо иметь 400 компараторов.
Значительно экономичнее АЦП последовательного типа. За счет увеличения времени преобразования до 1...10 мс может быть по­лучена высокая точность даже при малых аппаратурных затратах. Наиболее общая функциональная схема такого преобразователя показана на рисунке 5.23. На вход АЦП подается напряжение сигнала ы_с, которое с помощью формирователя временного интер­вала преобразуется в прямоугольный импульс. Длительность им­пульса t„ прямо пропорциональна напряжению ы_с. Поэтому число, импульсов X, поступивших на вход счетчика, будет также прямо пропорционально величине входного сигнала. После окончания им- ^v пульса с t„=K'U_c, на выходе счетчика окажется двоичное число: H=f_T't„=Kf_Tu_c- При изменении какой-либо величины в интервале от 0 до 1 000 с шагом, равным одной единице, необходим 10-раз- рядный счетчик, так как 2⁹<1 000<2^IO=l 024. Максимальная дли­тельность временного интервала /„ _макс=1 000//_т. В АЦП на эле­ментах ТТЛ логики f_r можно взять равным 10 МГц, и, следовательно, время преобразования составит 0,1 мс. Быстродействие КМДП счетчиков значительно меньше, поэтому обычно не превышает

0. 
   МГц, а время преобразования равно 1 мс.
   

Существует много разновидностей последовательных АЦП, но все они отличаются один от другого только способом формирования временного интервала t„:
При автоматизации физического эксперимента необходимы устройства ввода в ЭВМ данных о температуре, давлении, осве­щенности и прочих параметрах исследуемых объектов. Используя в качестве формирователя временного интервала схемы одновибра- торов на транзисторах (см. § 2.5) или логических элементах (§ 3.6) и заменив в них постоянные элементы времязадающих /?С-цепей на один из типов резисторных или конденсаторных датчиков (см. § 2.4), можно получить простой преобразователь измеряемой физической величины во временной интервал. На рисунке 5.24





показан одновибраторный формирователь, который будет преобра­зовывать во временной интервал:

• 
  освещенность, если в качестве R взять фоторезистор;
  
• 
  температуру (R — терморезистор);
  
• 
  давление (R — тензорезистор);
  
• 
  малые перемещения (С — датчик перемещений);
  
• 
  диэлектрическую проницаемость (С — датчик е) и т. п.; (см. §2.5).
  

К сожалению, простые одновибраторные преобразователи обла­дают не очень высокой стабильностью длительности формируемых импульсов, что не позволяет использовать их в АЦП с погрешностью преобразования, меньшей долей процента.
Значительно лучшие метрологические характеристики имеют АЦП, в которых формирователь временного интервала выполнен на цифро-аналоговом преобразователе и компараторе (рис. 5.25). После пуска АЦП, т. е. при поступлении на вход R уровня, раз­решающего работу счетчика, числовой код X на выходе счетчика начинает увеличиваться. На выходе ЦАП появляется аналоговое напряжение и_л, пропорциональное числу X. Когда и_х станет равным входному сигналу и_с, выходное напряжение компаратора станет равным нулю и схема И запретит прохождение счетных импульсов на вход Т счетчика. В этот момент код X на выходе счетчика пропорционален входному напряжению ы_с.

В интегральном исполнении выпускаются разнообразные АЦП
с числом разрядов от 6 до 16 и временем преобразования от
20 не до 200 мкс.
ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1. 
   Запишите двоичные и шестнадцатиричные коды адресов по­следних восьми ячеек ИМС ОЗУ типа К537РУ6 и К565РУ6 (см. табл. 5.3 и 5.1).
   
2. 
   Каким минимальным набором микросхем типа ТТЛ можно произвести дешифрацию восьми последних адресов в адресном пространстве, равном 16 К? Подсказать путь решения может рисунок 5.2.
   
3. 
   Можно ли при помощи шинных формирователей К589АП16 (см. рис. 5.3) создать устройство для обмена сигналами между двумя двунаправленными восьмиразрядными шинами? Если да, то нарисуйте схему такого устройства.
   
4. 
   Пользуясь таблицей 5.3, подберите тип ИМС для ОЗУ персо­нальной ЭВМ емкостью 64 Кбайт. Нарисуйте схему такого блока ОЗУ. Рассмотрите два варианта: с наименьшим "числом корпусов ИМС и с наименьшей потребляемой мощностью в режиме хранения.
   
5. 
   Используя функциональную схему, данную на рисунке 5.10, разработайте принципиальную схему клавишного пульта на ИМС типа КМДП для управления средствами ТСО в школьном кабинете физики.
   
6. 
   Рассчитайте, обладает ли преимуществами (по числу ИМС) динамическая система индикации по сравнению со статической системой при числе индицируемых разрядов, равном 2, 4, 8 й 16.
   
7. 
   Какие физические ограничения препятствуют бесконечному увеличению числа разрядов в динамической системе знаковой
   

' индикации?

8. 
   Какое количество разрядов и какое быстродействие должен иметь АЦП для удовлетворительного преобразования в цифро­вую форму: а) сигналов речи; б) телевизионных сигналов? Какой тип АЦП (последовательный или параллельный) может удовлетворить этим требованиям?
   
9. 
   Разработайте схему простейшего АЦП, преобразующего ме­няющуюся освещенность в пропорционально изменяющуюся частоту импульсных сигналов. Генерируемые АЦП импульсы должны иметь постоянную амплитуду и длительность. Указание. Обратите внимание на схемы мультивибраторов.
   

Глава 6 УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЭВМ
} 6.1. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ЭВМ
Становление электронно-вычислительной техники началось в 40-е гг. XX в., когда К. Цюзе в Германии (1942 г.) и Г. Айкен в США (1944 г.) создали электромеханические вычислительные устройства (на электромагнитных реле) с программным управлением от перфо­ленты. В 1946 г. в США появилась первая ЭВМ на электронных лампах. В 1949—1951 гг. под руководством академика С. А. Лебе­дева была построена первая ЭВМ в нашей стране, а в 1952—1954 гг. его же коллектив создал одну из самых быстродействующих (8000 операций/с) в то время машину БЭСМ (быстродействующая электронная счетная машина).
В 1955—1960 гг. серийно выпускались машины первого поко­ления, элементной базой которых являлись радиоэлектронные лам­пы. Эти ЭВМ предназначались для численного решения научно- технических задач, требовавших большого количества вычислитель­ных операций при малом объеме вводимых и выводимых данных. К этому поколению относилась ЭВМ «Стрела» — первая серийная ЭВМ в нашей стране, разработанная под руководством Ю. Я. Ба­зилевского, а также ЭВМ «Минск-1», «Урал-1», «Урал-2», М-20 и др.