Сигналы импульсных и цифровых устройств

Виды информации и способы представления ее в ЭВМ

Электрический импульс- это отклонение напряжения или тока от первоначального уровня в течение короткого промежутка времени. Коротким считают промежуток времени, соизмеримый с длительностью переходных процессов.

Идеальный прямоугольный и трапецеидальный импульсы содержат основание, вершину, фронт и срез (рисунок 1.2.1.1.)

Рисунок 1.2.1.1.

Реальный импульс (рисунок 1.2.1.2.)

	Um-амплитуда – максимальное отклонение напряжения без учета выбросов
tф,tср-длительность фронта и среза
определяется по уровням 0,1Um и 0,9Um
tu-длительность импульса определяется по уровню 0,1Um
в1,в2-выбросы
∆-неравномерность (спад, завал) вершины

Рисунок 1.2.1.2.

Существуют 2 вида импульсов: видеоимпульсы и радиоимпульсы. Видеоимпульсы получают при коммутации цепи постоянного тока.

(рисунок 1.2.1.3.)

tu-длительность импульса tn-длительность паузы Т-период-интервал времени между фронтами или срезами двух соседних импульсов F-частота следования, равна 1/Т

Рисунок 1.2.1.3.

Последовательность импульсов, мгновенные значения напряжений, которых повторяются через равные промежутки времени, называют периодической импульсной последовательностью.

γ-коэффициент заполнения, равный t_u/Т

Q-скважность, равная 1/γ и Т/t_и

Импульсная последовательность, имеющая скважность равную двум (Q=2) называется меандром

Uср- среднее значение, равное U_m/Q

Pср- средняя мощность, равная P_u/Q

Радиоимпульсы представляют собой кратковременные посылки синусоидального напряжения или тока. Они снимаются с выхода высокочастотного генератора, который управляется (модулируется) видеоимпульсами.

Периодическое несинусоидальное колебание (видеоимпульс) можно представить бесконечным рядом Фурье:

(рисунок 1.2.1.4.)

ω1=2πf1, f1=1/T - f0=0, f1= 1/T f2=2/T, f3=3/T f01=1/tu f02=2/tu f03=3/tu

Рисунок 1.2.1.4.

Спектральная диаграмма представляет зависимость амплитуд гармонических составляющих от частоты: длина линии соответствует амплитуде гармоники, а положение линии на оси абсцисс соответствует частоте гармоники.

Рассмотрим влияние параметров на спектр:

При увеличении U_m пропорционально увеличивается амплитуда каждой гармонической составляющей;

При увеличении t_u уменьшается ширина лепестков и число гармоник в первом лепестке;

При увеличении Т уменьшается расстояние между спектральными линиями, а количество гармоник в пределах одного частотного интервала увеличивается, (спектр становится более плотным);

При Т → ∞ можно перейти от последовательности импульсов к одиночному импульсу, тогда его спектр будет содержать составляющее всех частот, т.е. станет сплошным. В этом случае расстояние между гармониками будет бесконечно малым (рисунок 1.2.1.5.)

Спектр радиоимпульса f0-несущая частота Спектр радиоимпульса имеет большую ширину по сравнению с видеоимпульсом и смещен на f0 в область высоких частот.

Рисунок 1.2.1.5.

Импульсная последовательность становится сигналом, когда в соответствии с передаваемой информацией изменяются ее параметры: амплитуда, длительность или фаза- поэтому различают амплитудно-импульсную(АИМ), широтноимпульсную (ШИМ), фазоимпульсную(ФИМ) модуляции (рисунок 1.2.1.6.)

Пример АИМ- модуляция импульсной последовательности непрерывным сигналом (сигналом информации). Сигнал называется дискретным, эти импульсы являются выборками (отсчетами) непрерывного сигнала. Дискретизация выполняется на основании теоремы Котельникова Т≤1/2Fmax Передача информации цифровым сигналом отличается помехоустойчивостью

Рисунок 1.2.1.6.

При передаче информации импульсными сигналами имеется возможность уплотнить канал (например, во времени).

В цифровых устройствах используются импульсные и потенциальные сигналы (рисунок 1.2.1.7.)

Рисунок 1.2.1.7.

Элементами потенциального сигнала являются потенциалы двух уровней, каждый уровень остается неизменным в течение тактового интервала.

Элементами импульсного сигнала являются импульсы неизменной амплитуды и отсутствие их в тактовые моменты времени.

Цифровым сигналом представляются двоичные числа.

Цифровые сигналы можно представить в виде кодовых слов. Кодовое слово – это последовательность уровней логического нуля и логической единицы определенной длины. На рисунке представлено восьмиразрядное кодовое слово: 10011010. Если кодовое слово содержит n разрядов, то можно составить 2ⁿ различных кодовых слов.

Цифровой сигнал может быть сформирован из непрерывного с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) (рисунок 1.2.1.8.)

Преобразования выполняются в 3 этапа: дискретизация, квантование и кодирование

Рисунок 1.2.1.8.

Цифровой сигнал может непосредственно передаваться по проводам или через открытое пространство. При передаче через открытое пространство импульсным сигналом модулируется высокочастотное колебание. На приемной стороне радиоканала принятые радиоимпульсы преобразуются детектором в видеоимпульсы. Этот сигнал может быть использован непосредственно или преобразован в исходный непрерывный сигнал с помощью цифро-аналогового преобразователя.

Способы представления чисел в разрядной сетке ЭВМ.

В ячейках числа хранятся в формах с фиксированной и плавающей точкой.

Для обозначения знака числа вводится дополнительный знаковый разряд и в нем записывается "0", если число положительное и "1", если отрицательное.

Отрицательные числа могут храниться в дополнительном и обратном кодах.

Числа с фиксированной точкой являются естественной формой их представления. Одноименные разряды таких чисел имеют одинаковые веса. Условно принимается, что точка, разделяющая целую и дробную части у целых чисел установлена после младшего разряда, а у дробных – разделяет целую и дробную часть числа.

Числа с плавающей точкой представляются в экспоненциальной форме:

N=ME^Р

где М- мантисса,

Е- основание,

Р- порядок.

Число в ячейке записывается в виде двух групп цифр: мантисса и порядок. Мантисса является числом меньше единицы, а порядок является целым числом. Если порядок выбран таким образом, что первая значащая цифра мантиссы после запятой равна 1, то такая форма называется нормализованной формой числа с плавающей запятой.

Для изображения десятичных чисел используется код прямого замещения с весами разрядов 8421. В нем каждая десятичная цифра замещается соответствующим значением двоичного кода. Т.к. при сложении десятичных чисел единица переноса возникает, если сумма разрядов слагаемых >9, а при сложении четырехразрядных двоичных кодов единица переноса возникает если сумма >15, то необходимо выполнять коррекцию результата.