Определение интервала дискретизации

Очень важно правильно выбрать интервал дискретизации аналогового сигнала. С одной стороны интервал дискретизации должен быть достаточно коротким, чтобы дискретный сигнал с достаточной точностью описывал изменения аналогового сигнала, однако это приводит к тому, что компьютер выполняет неоправданно много вычислений, с другой стороны если интервал дискретизации слишком велик, то компьютер получит неверную картину исходного сигнала.

Пример: дискретизация синусоидального сигнала. Дискретизации подвергается аналоговый сигнал с частотой f. Первый случай, когда выборка дискретных сигналов осуществляется6 раз за период исходного сигнала. В этом случае гладкая кривая проводимая через эти точки близка к оригиналу и наблюдаемая частота восстановленного сигнала не отличается от исходной частоты. Второй случай соответствует случаю, когда исходный сигнал подвергается дискретизации 5 раз за 4 периода, соответствующая гладкая кривая, которая проходит через точки дискретизации имеет частоту f₀=f/4. Это ложная частота, которая называется псевдочастотой. Тогда наблюдаемая частота (псевдочастота) есть разность между частотой выборки и истинной частотой f₀=f_s – f. Частота восстановленного сигнала будет той же самой, что и исходная до тех пор пока частота выборки будет достаточно высока, т.е. f_s>2f. Граничная частота f_s называется частотой Найквита. Во избежании появления псевдочастот необходимо, чтобы частота выборки по крайней мере вдвое превышала самый высокочастотный компонент сигнала. В этом состоит суть теоремы дискретизации. Обычно аналоговый сигнал содержит высокочастотный шум, поэтому частота выборки определяется по самой высокочастотной составляющей исходного сигнала. Все частоты превышающие половину частоты Найквита должны быть удалены из сигнала до дискретизации. С этой целью используют аналоговые фильтры низких частот.

6 Цифро-аналоговое преобразование

Цифро-аналоговое преобразование – это генерация аналогового сигнала с уровнем напряжения, соответствующем цифровому значению на входе. Эта процедура используется для передачи управляющих сигналов от компьютера на исполнительное устройство.

S – электронные ключи. С помощью ключей формируется цифровой сигнал. Положению ключей соответствует либо 0, либо 1 в цифровом слове.

7 Микропроцессорные системы. Типы микропроцессорных систем

Ядром любой микропроцессорной системы является микропроцессор. Микропроцессор – это узел или блок, который производит всю обработку измерительной информации внутри микропроцессорной системы. Он представляет собой функционально законченное управляемое, хранимое в памяти программы, устройство обработки информации, выполненная в виде одной или нескольких больших интегральных схем (БИС) или сверхбольших. Остальные узлы выполняют лишь вспомогательные функции – хранение информации, связь с внешними устройствами и т.п.

Типичная структура микропроцессорной системы включает в себя 3 основных типа устройств:

Процессор, память (ОЗУ,ПЗУ), устройство ввода/вывода, служащая для связи микропроцессорной системы с внешними устройствами, а также для приема входных и выходных сигналов.

Типы микропроцессорных систем: микроконтроллеры, контроллеры, микрокомпьютеры, компьютеры. Четкую границу между этими типами микропроцессорных систем иногда довольно сложно провести.

Микроконтроллеры – наиболее простой тип микропроцессорных систем, в которых все или большинство узлов системы выполнены в виде одной микросхемы. Он представляет собой универсальное устройство, которое практически всегда используется не сам по себе, а в составе более сложных устройств, в т.ч. и контроллер. Устройство обычно предназначено для решения одной задачи.

Контроллеры – это управляющие микропроцессорные системы, выполненные в виде отдельных модулей. Как правило создаются для решения отдельной задачи или группы близких задач. Они обычно не имеют возможности подключения дополнительных узлов и устройств.

Микрокомпьютеры – более мощные микропроцессорные системы с развитыми средствами сопряжения с внешними устройствами. Отличаются от контроллеров более открытой структурой. Они допускают подключение к системной шине несколько дополнительных устройств. Они рассчитаны на широкий круг задач, но в отличие от контроллеров к каждой новой задаче его надо приспосабливать заново.

Компьютеры – самые мощные и наиболее универсальные микропроцессорные системы. Они обязательно предусматривают возможность модернизации, а также широкие возможности подключения новых устройств. Области применения компьютеров самые разнообразные.

8 Принципы организации ЭВМ. Интерфейсы персонального компьютера

Периферийные устройства присоединяются к общей шине, обеспечивающей обмен информации между ними. Связь периферийных устройств осуществляется с помощью интерфейсов.

Интерфейс представляет собой совокупность линий и шин, сигналов, электронных схем и алгоритмов, предназначенный для осуществления обмена информацией между устройствами цифровой и вычислительной техники. В каждый момент времени может осуществляться только одна операция – обмен, поэтому должно выполняться соответствующие правила координации.

Общая шина есть физическое и логическое понятие. С физической точки зрения шина представляет собой набор параллельных проводников (от 50 и более 100 проводников), одновременно передающих электрические сигналы между различными платами электрических устройств.

Периферийные устройства подсоединяются к шине с помощью разъемов, которые смонтированы на шине.

Проводники шины можно разделить на следующие группы: линии адреса, линии данных, линии управления, линии питания, резервные линии.

По адресным шинам передается адрес на шине источника или получателя данных. По линиям данных передается информация между адресуемыми объектами. Линии управления используются для передачи служебных сигналов. Большинство плат не имеют автономных источников питания и получают питание от шин питания. Резервные линии ни к чему не присоединены, они предназначены для дополнительных функций, в случае пересмотра стандарта шин.

Логическая сущность шины – это ее протокол, который определяет правила обмена и форматы данных. Любую физическую и логическую совместимую с шиной можно подключить с шиной и эта плата будет работать совместно с другими устройствами. Плата, которая в данный момент времени задает адрес на шине и операция, которая будет выполняться, называется ведущим устройством. Ведомое устройство – это устройство, к которому обращается ведущее и которое должно реагировать на его команду.

Шины могут быть синхронными и ассинхронными. Синхронные шины работают в соответствии со специальным сигналом синхронизации – это последовательность прямоугольных импульсов с частотой 10-20 МГц, которые генерируются одной из плат. Период, задающего сигнала, называется тактом шин. В шинах ассинхронного типа отсутствует задающий генератор.

Структурная схема микропроцессора.

Основные компоненты микропроцессора – это арифметическо – логическое устройство, управляющее устройство и регистры. АЛУ – логическое устройство, которое взаимодействует с другими устройствами, обмениваясь с внешними устройствами через порт ввода/вывода. Все процессы в системе синхронизируются устройствами управления. Регистры предназначены для временного хранения информации (аккумулятор, регистр, где временно хранятся вводимые в АЛУ данные). Регистр флагов, в нем хранится информация, отражающая результат выполнения последней команды АЛУ.