По этой шине сигналы передаются в одном направлении от процессора к оператору и устройствам

Обновлено: 21.11.2024

В микропроцессорной системе или микроконтроллере один процессорный блок отвечает за ввод, вывод, вычисления и управление.

Связанные термины:

Скачать в формате PDF

Об этой странице

Компьютерные системы

Микропроцессорная система состоит из устройств ввода, хранения, обработки и вывода данных под управлением ЦП.

Основным блоком настольного ПК является модульная система, состоящая из материнской платы, блока питания и дисководов.

На материнской плате установлен микропроцессор (ЦП), ОЗУ, ПЗУ BIOS, контроллеры шины и интерфейсы ввода-вывода.

ЦП взаимодействует с основными системными микросхемами через общий набор линий адресной шины и шины данных.

Микроконтроллер обеспечивает большинство функций обычной микропроцессорной системы на одном кристалле.

Вычислительные платформы

4.3.3 Конфигурации системной шины

Микропроцессорная система часто имеет более одной шины. Как показано на рис. 4.14, высокоскоростные устройства могут быть подключены к высокопроизводительной шине, а низкоскоростные — к другой шине. Небольшой логический блок, известный как мост, позволяет шинам соединяться друг с другом. Для этого есть три причины:

Шины с более высокой скоростью могут обеспечивать более широкое подключение для передачи данных.

Для высокоскоростной шины обычно требуются более дорогие схемы и разъемы. Стоимость низкоскоростных устройств можно снизить, используя более низкую скорость и более дешевую шину.

Мост может позволить шинам работать независимо, тем самым обеспечивая некоторый параллелизм в операциях ввода-вывода.

Рисунок 4.14. Система с несколькими шинами.

Автобусные мосты

Давайте рассмотрим работу шинного моста между быстрой и медленной шинами, как показано на рис. 4.15. Мост является ведомым на быстрой шине и хозяином на медленной. Мост принимает команды от быстрой шины, на которой он является ведомым, и выдает эти команды на медленную шину. Он также возвращает результаты с медленной шины на быструю, например, возвращает результаты чтения с медленной шины на быструю.

Рисунок 4.15. UML-диаграмма состояния работы шинного моста.

Верхняя последовательность состояний обрабатывает запись с быстрой шины на медленную. Эти состояния должны считывать данные с быстрой шины и устанавливать рукопожатие для медленной шины. Операции на быстрой и медленной сторонах шинного моста должны максимально перекрываться, чтобы уменьшить задержку при передаче данных между шинами. Точно так же нижняя последовательность состояний считывает данные с медленной шины и записывает данные на быструю шину.

Мост также служит транслятором протокола между двумя мостами. Если мосты очень близки по работе протокола и скорости, может быть достаточно простого конечного автомата. Если существуют большие различия в протоколе и времени между двумя шинами, мосту может потребоваться использовать регистры для временного хранения некоторых значений данных.

Шина ARM

Поскольку ЦП ARM производится разными поставщиками, шина, предоставляемая вне чипа, может варьироваться от чипа к чипу. ARM создала отдельную спецификацию шины для однокристальных систем. Шина AMBA [ARM99A] поддерживает ЦП, память и периферийные устройства, интегрированные в систему на кремнии. Как показано на рис. 4.16, спецификация AMBA включает две шины. Высокопроизводительная шина AMBA (AHB) оптимизирована для высокоскоростной передачи и напрямую подключена к ЦП. Он поддерживает несколько высокопроизводительных функций: конвейерную обработку, пакетную передачу, разделенные транзакции и несколько мастеров шины.

Рисунок 4.16. Элементы шинной системы ARM AMBA.

Для подключения AHB к шине периферийных устройств AMBA (APB) можно использовать мост. Эта шина спроектирована так, чтобы быть простой и легкой в реализации; он также потребляет относительно мало энергии. APB предполагает, что все периферийные устройства работают как ведомые, что упрощает логику, необходимую как для периферийных устройств, так и для контроллера шины. Он также не выполняет конвейерные операции, что упрощает логику шины.

Микрокомпьютерные шины и ссылки

Простые двухточечные переводы I.B

Все микропроцессорные системы имеют сильную иерархическую зависимость. Процессор (мастер) считывает и записывает информацию с каждым устройством, которое не может общаться напрямую. Для простого цикла записи (рис. 2а) требуется набор линий данных Di для информации (например, 8, 16 или 32 бита) и одна линия для синхронизации (строб записи WRS).Минимальное время установки t_с и время хранения t_ч данных по отношению к WRS, а также время записи t_w, зависит от технологии и статического или динамического (запускаемого фронтом) характера элементов хранения.

РИСУНОК 2. Простые циклы.

Для цикла чтения в ответ на запрос (чтение строба RDS) новые данные доступны с временем доступа t_a (рис. 2b). Обычно коммуникационная шина находится в нейтральном неактивном состоянии, пока выбор не был выполнен, и можно определить время активации t_on и время отключения т_выкл.

Процессоры выполняют циклы чтения и записи. Линии данных Di могут быть мультиплексированы, если выходы имеют три состояния, когда они не выбраны. Две отдельные линии WRS и RDS, которые никогда не активируются одновременно, могут управлять передачей (рис. 2c). Этому решению отдают предпочтение несколько производителей, и оно использовалось, например, на ранней шине IBM-PC. Другим решением является наличие одной стробирующей линии ST и линии направления RD ― /WR (рис. 2г). Когда RD ― / WR активен, импульс на линии ST запускает передачу записи от ведущего к ведомому; в противном случае это цикл чтения.

Все эти циклы называются синхронными, поскольку цикл передачи выполняется за заданный промежуток времени, зависящий от продолжительности строба. Если ведомое устройство работает слишком медленно, данные могут быть потеряны; нужен сигнал обратной связи. Первое решение состоит в том, чтобы активировать сигнал только тогда, когда цикл необходимо замедлить (сигнал ОЖИДАНИЕ, рис. 3а). Лучшим решением, используемым на всех 32-битных микропроцессорах, является ожидание положительного подтверждения AK в ответ на строб ST (рис. 3b). Если ведомое устройство не может предоставить информацию, должно быть сгенерировано отрицательное подтверждение NK (часто называемая ошибка шины) либо ведомым устройством, либо специальной схемой. Сигналы на рис. 3 и 4 - активный высокий уровень. Они часто инвертируются (активный низкий уровень) по электрическим причинам.

РИСУНОК 3. Асинхронные (рукопожатные) протоколы.

РИСУНОК 4. Адресные переводы.

Оборудование PIC

1.1.1 Процессор

В микропроцессорной системе или микроконтроллере один блок процессора отвечает за ввод, вывод, вычисления и управление. Он не может работать без программы, списка инструкций, который хранится в памяти. Программа состоит из последовательности двоичных кодов, которые ЦП извлекает из памяти и выполняет по очереди (рис. 1.2). Процесс управляется схемой кварцевых часов, создающей фиксированную частоту, которая определяет скорость системы.

Рисунок 1.2. Выполнение микропроцессорной программы.

Инструкции хранятся в пронумерованных ячейках памяти и копируются в регистр команд ЦП через шину данных. Здесь инструкция управляет выбором требуемой операции в блоке управления процессора. Программные коды находятся в памяти процессором путем вывода номера адреса инструкции на адресную шину. Адрес генерируется в программном счетчике, регистре, который начинается с нуля и увеличивается или изменяется в течение каждого командного цикла. Шины представляют собой параллельные соединения, которые передают адрес или слово данных за одну операцию. Для помощи в этом процессе также необходим набор линий управления от ЦП; они настраиваются в соответствии с требованиями текущей инструкции и запускают схемы передачи данных для вывода и приема данных в соответствующее время. В обычной микропроцессорной системе соединения шины состоят из параллельных дорожек на материнской плате, но находятся внутри микросхемы микроконтроллера.

Декодирование инструкции — это аппаратный процесс, использующий блок логических вентилей для настройки линий управления процессорного блока и получения «операндов» инструкции. Операнды — это данные, с которыми нужно работать (или информация о том, где их найти), которые следуют большинству инструкций. Как правило, над операндами выполняется вычисление или логическая операция, а результат сохраняется в памяти или устанавливается действие ввода-вывода. Каждая полная инструкция может состоять из одного, двух или более байтов, включая сам код операции (инструкции) (код операции) и операнд/ы (один байт = 8 бит).

Например, сравните текстовый процессор и игровое приложение. В текстовом процессоре нажатия клавиш считываются через порт ввода клавиатуры, сохраняются в виде кодов символов в памяти и отправляются на порт вывода экрана для отображения. В компьютерной игре входные сигналы с панели управления обрабатываются и используются для изменения графики на экране. Графика в основном генерируется путем сопоставления блока памяти с экраном, где цвет одного пикселя управляется определенным словом данных.Текстовый процессор требует гораздо меньше памяти, а графическая память должна быть большой и быстрой.

Обработка данных

5.7.1 Аппаратное обеспечение системы памяти

Обычная микропроцессорная система содержит отдельные микросхемы ЦП и памяти. Подобное расположение можно использовать, если нам нужна дополнительная память в системе PIC и нет недостатка в выводах ввода-вывода. Схема системы показана на рисунке 5.5 на основе PIC 16F877A. Для расширения памяти до 64 Кбайт используется пара традиционных чипов ОЗУ по 32 КБ. Часы и соединения для программирования не включены в схему, так как они не нужны для моделирования, но должны быть добавлены в любую аппаратную реализацию.

Рисунок 5.5. Параллельная система памяти.

Каждая микросхема ОЗУ имеет восемь контактов ввода-вывода данных (D0–D7) и пятнадцать адресных контактов (A0–A14), поэтому каждая ячейка содержит 8 бит, и всего 2 15 = 32 768 ячеек. Чтобы выбрать чип для доступа, вывод Chip Enable (!CE) должен иметь низкий уровень. Для записи местоположения предоставляется адресный код, данные представлены в D0–D7, а разрешение записи (!WE) имеет импульсный низкий уровень. Для чтения данных активируется выходной сигнал (!OE) (низкий уровень) в дополнение к разрешению чипа, после чего данные по адресу могут быть считаны обратно.

В демонстрационном проекте VSM (PARMEM2) порт C используется в качестве шины данных, а порт D — в качестве адресной шины. Чтобы уменьшить количество контактов ввода-вывода, необходимых для адресации внешней памяти, адресные защелки (U3 и U5) используются для хранения старшего байта 15-битного адреса (D7 не используется).

Две микросхемы памяти в тестовой системе выбираются поочередно с помощью декодера адреса путем переключения RB2. Это позволяет реализовать в прошивке различные схемы памяти, где микросхемы могут использоваться по одной или вместе для хранения 16-битных данных. Таким образом, память может быть организована как 64k×8 байт или 32k×16-битных слов. В тестовой программе доступ ко всем адресам осуществляется по очереди путем увеличения младшего адреса с 00 до FF для каждого старшего адреса (выбор страницы памяти) и использования одного и того же адреса для одновременной записи и чтения соответствующих адресов в обоих чипах.

Этот тип работы системы шин, когда выходы микросхем памяти подключены к одним и тем же линиям данных (порт C), зависит от наличия буферов с тремя состояниями на выходе микросхем ОЗУ, управляемых разрешающими входами. . Их можно переключить, чтобы разрешить ввод данных (!CE и !WE=низкий уровень), вывод данных (!CE и !OE=низкий уровень) или отключить (!CE и !OE=высокий уровень). В отключенном состоянии выходы ОЗУ фактически отключены от шины данных. Одновременно должен быть включен только один чип RAM, в противном случае на шине возникнет конкуренция, когда разные байты данных будут пытаться использовать шину одновременно.

Микропроцессоры, калькуляторы и компьютеры

Автобусы

Шины микропроцессорной системы, как было показано ранее, состоят из линий, которые подключены к каждой части системы, так что сигналы доступны на многих микросхемах одновременно и могут передаваться между любой парой микросхем. Тремя основными шинами являются адресная шина, шина данных и шина управления. Поскольку понимание работы шины жизненно важно для понимания работы любой микропроцессорной системы, мы сосредоточимся на каждой шине по очереди, начиная с адресной шины.

Определение

Адресная шина состоит из линий, соединяющих адресные контакты микропроцессора и адресные контакты каждой микросхемы памяти в микропроцессорной системе. В любой системе, кроме очень простой, адресная шина будет подключаться и к другим устройствам, но на данный момент мы проигнорируем эти другие соединения.

Для современных компьютеров память не устанавливается отдельными микросхемами. Чипы собраны в блоки, называемые модулями памяти с двойным расположением выводов (DIMM), которые используют стандартное штекерное соединение. Из-за быстрого развития конструкции памяти эти модули DIMM выпускаются во многих версиях, поэтому при выборе памяти требуется большая осторожность, и если вы хотите обновить память в компьютере, вам следует свериться с таблицами, предоставленными дистрибьюторами, такими как Crucial или Kingston. . На момент написания статьи используемый в настоящее время тип модуля DIMM помечен как DDR3, а для платы DIMM требуется 240-контактный держатель.

При каждом из 65 536 возможных адресных номеров 16-битной системы каждая микросхема памяти будет давать доступ к 1 биту, и этот доступ обеспечивается через линии шины данных. Комбинация адресной шины и шины данных обеспечивает адресацию и поток данных, но для определения направления данных требуется еще одна линия.

Эта дополнительная линия является линией чтения/записи, одной из линий шины управления (некоторые микропроцессоры используют отдельные выходы для чтения и записи).Когда линия чтения/записи находится на одном логическом уровне, сигнал на каждой микросхеме памяти разрешает все соединения со входами блоков памяти, так что память записывается любыми битами, присутствующими на линиях данных. Если сигнал чтения/записи изменяется на противоположный логический уровень, то внутренний вентиль в микросхемах памяти подключается к выходу каждой ячейки памяти, а не к входу, в результате чего логический уровень ячейки влияет на линию данных (размещение битов на строки данных). Кроме того, обычно имеется одна или несколько строк включения/выключения, чтобы память можно было отключить, когда адресация используется для других целей.

Обзор

Микросхемы памяти подключены к линиям шины, и, поскольку микросхема довольно часто хранит 1-битные блоки, может потребоваться одна микросхема памяти для каждого бита полного байта. В современных компьютерах микросхемы собраны в модули DIMM, которые можно легко подключить к компьютеру. В дополнение к линиям адреса и данных память должна использовать сигналы чтения/записи для определения направления потока данных, а также сигналы включения/выключения, позволяющие изолировать всю память, когда адресная шина используется для других целей.< /p>

На практике микросхемы динамической памяти используют несколько иную систему адресации: каждый адрес состоит из номера столбца и номера строки. Это сделано для того, чтобы упростить обновление, и номера адресов на адресной шине должны быть преобразованы в этот формат с помощью микросхемы диспетчера памяти. Это не влияет на достоверность описания использования памяти в этой главе.

Рисунок 13.3. Подключение простого микропроцессора к микросхеме ПЗУ 8К

Рисунок 13.4. Подключение 16 КБ ОЗУ и 16 КБ ПЗУ, чтобы каждый блок памяти мог использовать разные номера адресов

Нижние 14 адресных линий, от A0 до A13, подключены к обоим наборам микросхем, представленных здесь отдельными блоками. Линия A14, однако, подключена к контактам включения микросхемы, которые, как следует из названия, включают или отключают микросхемы. В течение первых 16 КБ адресов линия A14 имеет низкий уровень, поэтому ПЗУ включено (представляя, что контакт включения активен при низком уровне), а ОЗУ отключено. Для следующих 16К адресов в строках от A0 до A13 строка A14 имеет высокий уровень, поэтому ПЗУ отключено, а ОЗУ включено. Это позволяет одним и тем же 14 адресным линиям осуществлять адресацию как ПЗУ, так и ОЗУ. Такая простая схема возможна только тогда, когда и ПЗУ, и ОЗУ занимают одинаковый объем памяти и требуют одинакового количества адресных строк.

Обзор

Сигнал – это электромагнитный или электрический ток, передающий данные из одной системы или сети в другую. В электронике сигнал часто представляет собой изменяющееся во времени напряжение, которое также является электромагнитной волной, несущей информацию, хотя может принимать и другие формы, например ток. В электронике используются два основных типа сигналов: аналоговые и цифровые сигналы. В этой статье обсуждаются соответствующие характеристики, использование, преимущества и недостатки, а также типичные области применения аналоговых и цифровых сигналов.

Аналоговый сигнал

Аналоговый сигнал изменяется во времени и обычно привязан к диапазону (например, от +12 В до -12 В), но в этом непрерывном диапазоне существует бесконечное количество значений. Аналоговый сигнал использует данное свойство среды для передачи информации о сигнале, например, электричество, проходящее по проводу. В электрическом сигнале напряжение, ток или частота сигнала могут изменяться для представления информации. Аналоговые сигналы часто представляют собой рассчитанные реакции на изменения света, звука, температуры, положения, давления или других физических явлений.

При построении графика зависимости напряжения от времени аналоговый сигнал должен давать плавную и непрерывную кривую. Не должно быть дискретных изменений значений (см. рис. 1).

Рисунок 1. Аналоговый сигнал

Цифровой сигнал

Цифровой сигнал — это сигнал, представляющий данные в виде последовательности дискретных значений. Цифровой сигнал может принимать только одно значение из конечного набора возможных значений в данный момент времени. В цифровых сигналах физической величиной, представляющей информацию, может быть множество вещей:

Переменный электрический ток или напряжение
Фаза или поляризация электромагнитного поля
Акустическое давление
Намагничивание магнитного носителя.

Цифровые сигналы используются во всей цифровой электронике, включая вычислительное оборудование и устройства передачи данных. При построении зависимости напряжения отвременной график, цифровые сигналы имеют одно из двух значений и обычно находятся в диапазоне от 0 В до VCC (обычно 1,8 В, 3,3 В или 5 В) (см. рис. 2).

Аналоговая электроника

Большинство основных электронных компонентов — резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, диоды, транзисторы и операционные усилители (операционные усилители) — по своей сути являются аналоговыми компонентами. Схемы, построенные из комбинации этих компонентов, представляют собой аналоговые схемы (см. рис. 3).

Рисунок 3. Аналоговая схема

Аналоговые схемы могут быть сложными, состоящими из нескольких компонентов, или простыми, например, с двумя резисторами, образующими делитель напряжения. Как правило, аналоговые схемы проектировать сложнее, чем цифровые схемы, выполняющие ту же задачу. Для разработки аналогового радиоприемника или аналогового зарядного устройства потребуется разработчик, знакомый с аналоговыми схемами, поскольку цифровые компоненты были приняты для упрощения этих конструкций.

Аналоговые схемы обычно более чувствительны к шуму, а "шум" – это любые небольшие нежелательные колебания напряжения. Небольшие изменения уровня напряжения аналогового сигнала могут привести к значительным ошибкам при обработке.

Аналоговые сигналы обычно используются в системах связи, которые передают голос, данные, изображение, сигнал или видеоинформацию с помощью непрерывного сигнала. Существует два основных типа аналоговой передачи, каждый из которых основан на том, как они адаптируют данные для объединения входного сигнала с сигналом несущей. Двумя методами являются амплитудная модуляция и частотная модуляция. Амплитудная модуляция (AM) регулирует амплитуду несущего сигнала. Частотная модуляция (FM) регулирует частоту несущего сигнала. Аналоговая передача может осуществляться многими способами:

По витой паре или коаксиальному кабелю.
По оптоволоконному кабелю
По радио
По воде

Подобно тому, как человеческое тело использует глаза и уши для захвата сенсорной информации, аналоговые схемы используют эти методологии для взаимодействия с реальным миром, а также для точного захвата и обработки этих сигналов в электронике.

MPS производит множество аналоговых ИС и компонентов, таких как MP2322, синхронный понижающий преобразователь с низкой I_Q в крошечном корпусе QFN размером 1,5 мм x 2 мм.

Цифровая электроника

Цифровые схемы реализуют такие компоненты, как логические вентили или более сложные цифровые ИС. Такие микросхемы представлены прямоугольниками с отходящими от них выводами (см. рис. 4).

Рисунок 4: Цифровая схема

В цифровых схемах обычно используется двоичная схема. Хотя значения данных представлены только двумя состояниями (0 и 1), более крупные значения могут быть представлены группами двоичных битов. Например, в 1-битной системе 0 представляет значение данных 0, а 1 представляет значение данных 1. Однако в 2-битной системе 00 представляет 0, 01 представляет 1, 10 представляет 2, а 11 представляет 3. В 16-битной системе наибольшее число, которое может быть представлено, равно 216, или 65 536. Эти группы битов могут быть захвачены либо как последовательность последовательных битов, либо как параллельная шина. Это позволяет легко обрабатывать большие потоки данных.

В отличие от аналоговых схем, большинство используемых цифровых схем являются синхронными, то есть для координации работы блоков схем используются опорные часы, поэтому они работают предсказуемым образом. Аналоговая электроника работает асинхронно, то есть обрабатывает сигнал по мере его поступления на вход.

В большинстве цифровых схем для обработки данных используется цифровой процессор. Это может быть простой микроконтроллер (MCU) или более сложный процессор цифровых сигналов (DSP), который может фильтровать и обрабатывать большие потоки данных, например видео.

Цифровые сигналы обычно используются в системах связи, где цифровая передача может передавать данные по каналам передачи "точка-точка" или "точка-многоточка", таким как медные провода, оптоволокно, средства беспроводной связи, носители данных или компьютерные шины. . Передаваемые данные представлены в виде электромагнитного сигнала, такого как микроволновая печь, радиоволна, электрическое напряжение или инфракрасный сигнал.

В целом цифровые схемы проектировать проще, но они часто стоят дороже, чем аналоговые схемы, предназначенные для тех же задач.

Каталог цифровых компонентов MPS включает MP2886A, цифровой многофазный ШИМ-контроллер с интерфейсом PWM-VID, совместимым со спецификацией NVIDIA Open VReg.

Аналогово-цифровое (АЦП) и цифро-аналоговое (ЦАП) преобразование сигналов

Многие системы должны обрабатывать как аналоговые, так и цифровые сигналы.Во многих системах связи обычно используется аналоговый сигнал, который действует как интерфейс для среды передачи для передачи и приема информации. Эти аналоговые сигналы преобразуются в цифровые сигналы, которые фильтруют, обрабатывают и сохраняют информацию.

На рис. 5 показана общая архитектура, в которой аналоговый ВЧ-интерфейс (AFE) состоит из всех аналоговых блоков для усиления, фильтрации и усиления аналогового сигнала. Между тем, секция процессора цифровых сигналов (DSP) фильтрует и обрабатывает информацию. Для преобразования сигналов из аналоговой подсистемы в цифровую в приемном тракте (RX) используется аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Для преобразования сигналов из цифровой подсистемы в аналоговую в тракте передачи (TX) используется цифро-аналоговый преобразователь (DAC).

Рисунок 5: Система связи с аналоговой и цифровой подсистемами

Цифровой сигнальный процессор (DSP) – это специализированный микропроцессорный чип, выполняющий операции цифровой обработки сигналов. DSP изготавливаются на интегральных схемах MOSFET и широко используются в обработке аудиосигналов, телекоммуникациях, цифровой обработке изображений, телевизионных продуктах высокой четкости, обычных бытовых электронных устройствах, таких как мобильные телефоны, и во многих других важных приложениях.

ЦОС используется для измерения, фильтрации или сжатия непрерывных реальных аналоговых сигналов. Выделенные DSP часто имеют более высокую энергоэффективность, что делает их подходящими для портативных устройств из-за их ограничений по энергопотреблению. Большинство микропроцессоров общего назначения также могут выполнять алгоритмы цифровой обработки сигналов.

Операция АЦП

На рис. 6 показана работа АЦП. Вход представляет собой аналоговый сигнал, который обрабатывается схемой удержания выборки (S/H) для создания приблизительного цифрового представления сигнала. Амплитуда больше не имеет бесконечных значений и была «квантована» до дискретных значений в зависимости от разрешения АЦП. АЦП с более высоким разрешением будет иметь меньшие размеры шага и будет более точно представлять входной аналоговый сигнал. Последний этап АЦП кодирует оцифрованный сигнал в двоичный поток битов, представляющий амплитуду аналогового сигнала. Цифровой вывод теперь можно обрабатывать в цифровой области.

Рисунок 6: Типичная архитектура АЦП для преобразования аналогового сигнала в цифровой

Операция ЦАП

ЦАП обеспечивает обратную операцию. Вход ЦАП представляет собой двоичный поток данных из цифровой подсистемы, и он выводит дискретное значение, которое аппроксимируется аналоговым сигналом. По мере увеличения разрешения ЦАП выходной сигнал все больше приближается к действительно гладкому и непрерывному аналоговому сигналу (см. рис. 7). Обычно в цепочке аналогового сигнала есть постфильтр для дальнейшего сглаживания формы сигнала.

Рисунок 7: 6-битный ЦАП для цифро-аналогового преобразования сигнала

Как упоминалось ранее, многие системы, используемые сегодня, являются "смешанными сигналами", то есть они используют как аналоговые, так и цифровые подсистемы. Эти решения требуют ADC и DAC для преобразования информации между двумя доменами.

Цифровые сигналы и аналоговые сигналы: преимущества и недостатки

Как и в большинстве инженерных тем, у аналоговых и цифровых сигналов есть свои плюсы и минусы. Конкретное приложение, требования к производительности, среда передачи и операционная среда могут определять, следует ли использовать аналоговую или цифровую сигнализацию (или их комбинацию).

Цифровые сигналы: преимущества и недостатки

Преимущества использования цифровых сигналов, включая цифровую обработку сигналов (DSP) и системы связи, включают следующее:

Цифровые сигналы могут передавать информацию с меньшим уровнем шума, искажений и помех.
Цифровые схемы можно легко воспроизводить в больших количествах при сравнительно низких затратах.
Цифровая обработка сигналов более гибкая, поскольку операции DSP можно изменять с помощью систем с цифровым программированием.
Цифровая обработка сигналов более безопасна, поскольку цифровую информацию можно легко зашифровать и сжать.
Цифровые системы более точны, и вероятность возникновения ошибок может быть снижена за счет использования кодов обнаружения и исправления ошибок.
Цифровые сигналы можно легко хранить на любых магнитных или оптических носителях с использованием полупроводниковых микросхем.
Цифровые сигналы могут передаваться на большие расстояния.

К недостаткам использования цифровых сигналов, включая цифровую обработку сигналов (DSP) и системы связи, относятся следующие:

Для цифровой связи требуется более высокая пропускная способность по сравнению с аналоговой передачей той же информации.
DSP обрабатывает сигнал на высоких скоростях и использует больше внутренних аппаратных ресурсов. Это приводит к более высокому рассеиванию мощности по сравнению с аналоговой обработкой сигналов, которая включает в себя пассивные компоненты, потребляющие меньше энергии.
Цифровые системы и обработка обычно более сложны.

Аналоговые сигналы: преимущества и недостатки

Преимущества использования аналоговых сигналов, включая аналоговую обработку сигналов (ASP) и системы связи, включают следующее:

Аналоговые сигналы легче обрабатывать.
Аналоговые сигналы лучше всего подходят для передачи аудио и видео.
Аналоговые сигналы имеют гораздо более высокую плотность и могут предоставлять более точную информацию.
Аналоговые сигналы используют меньшую пропускную способность, чем цифровые сигналы.
Аналоговые сигналы обеспечивают более точное представление изменений физических явлений, таких как звук, свет, температура, положение или давление.
Аналоговые системы связи менее чувствительны с точки зрения электрических допусков.

К недостаткам использования аналоговых сигналов, включая аналоговую обработку сигналов (ASP) и системы связи, относятся следующие:

Передача данных на большие расстояния может привести к нежелательным помехам сигнала.
Аналоговые сигналы подвержены потере генерации.
Аналоговые сигналы подвержены шуму и искажениям, в отличие от цифровых сигналов, которые имеют гораздо более высокую устойчивость.
Аналоговые сигналы обычно имеют более низкое качество, чем цифровые сигналы.

Аналоговые и цифровые сигналы: системы и приложения

Традиционные аудиосистемы и системы связи используют аналоговые сигналы. Однако с развитием кремниевых технологий, возможностей цифровой обработки сигналов, алгоритмов кодирования и требований к шифрованию — в дополнение к повышению эффективности полосы пропускания — многие из этих систем стали цифровыми. Это все еще некоторые приложения, в которых аналоговые сигналы имеют устаревшее использование или преимущества. Большинство систем, взаимодействующих с реальными сигналами (такими как звук, свет, температура и давление), используют аналоговый интерфейс для захвата или передачи информации. Ниже перечислены несколько применений аналоговых сигналов:

Аудиозапись и воспроизведение
Датчики температуры
Датчики изображения
Радиосигналы
Телефоны
Системы управления

MPS предлагает широкий ассортимент аналоговых компонентов, включая MP2322, MP8714, MP2145 и MP8712.

Хотя во многих первоначальных системах связи использовались аналоговые сигналы (телефоны), в современных технологиях используются цифровые сигналы из-за их преимуществ, связанных с помехоустойчивостью, шифрованием, эффективностью использования полосы пропускания и возможностью использовать ретрансляторы для передачи на большие расстояния. Ниже перечислены несколько приложений для цифровых сигналов:

Системы связи (широкополосные, сотовые)
Сеть и передача данных
Цифровые интерфейсы для программирования

Посетите наш веб-сайт, чтобы узнать больше о цифровых компонентах MPS, таких как MP2886A, MP8847, MP8868, MP8869S и MP5416.

Заключение

В этой статье представлены некоторые основные концепции аналоговых и цифровых сигналов и их использование в электронике. У каждой технологии есть явные преимущества и недостатки, и знание потребностей вашего приложения и требований к производительности поможет вам определить, какой сигнал (сигналы) выбрать.

Просмотр и загрузка PDF

Эта страница содержит список сокращений и аббревиатур, связанных с продуктами Ribbon IP Optical.

1:n (Архитектура защиты) — архитектура защиты 1:n (n ³ 1) имеет n обычных сигналов трафика, n рабочих SNC/трасс и один защитный SNC/трассу. Может быть один дополнительный сигнал светофора.
1+1 (Архитектура защиты) — метод защиты трафика, при котором для каждого рабочего канала существует канал защиты. В оптических системах волокна защитного канала могут быть проложены отдельно от рабочих волокон. Сигнал перенаправляется на оба передатчика.
10BaseT — локальная сеть Ethernet, передающая данные по витой паре на скорости 10 Мбит/с.
100BaseT — передача данных по локальной сети со скоростью 100 Мбит/с по медному кабелю с витой парой (также называемому Fast Ethernet). Три основные реализации Fast Ethernet (100BaseFX, 100BaseT и 100BaseT4) идентичны, за исключением схемы интерфейса.
1000BaseCX — стандарт подключения Gigabit Ethernet (GbE). 1000 Мбит/с Ethernet по экранированному двухосевому кабелю мощностью 150 Вт и длиной до 25 м.
1000BaseLX — стандарт подключения Gigabit Ethernet (GbE). Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с через длинноволновые лазеры по одномодовым или многомодовым оптическим волокнам.
1000BaseSX — стандарт подключения Gigabit Ethernet (GbE). Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с через коротковолновые лазеры по одномодовым или многомодовым оптическим волокнам.
1000BaseT — стандарт подключения Gigabit Ethernet (GbE). Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с по четырем кабелям с экранированной витой парой CAT5 на расстоянии до 100 метров. Также известен как Gigabit Ethernet (GbE, GigE).
1000BaseX – стандарт для подключения к сети Ethernet со скоростью 1 000 Мбит/с (Gigabit).
1R – Регенерация (усиление)
1U – одна единица

2G – технология широкополосной сотовой связи второго поколения.
2R — восстановление и изменение формы

3G – технология широкополосной сотовой связи третьего поколения.
3GPP – партнерский проект третьего поколения
3P – услуги Triple Play: голос, видео, данные.
3R — восстановление, синхронизация, изменение формы

4G — технология широкополосной сотовой связи четвертого поколения.

5G — пятое поколение технологии широкополосной сотовой связи.

Сеть 802.3 – сеть на основе шины CSMA/CD со скоростью 10 Мбит/с, обычно называемая Ethernet, соответствующая стандарту IEEE 802.3.

A&A — добавлять и добавлять
A&D — добавление и удаление
AAA – Triple A: аутентификация, авторизация и учет
AAL — уровень адаптации ATM или уровень асинхронной адаптации
AAL-1 – тип полезной нагрузки AAL-1, например CES.
AAL-2 – тип полезной нагрузки AAL-2, например, для сжатого голоса.
AAL-5 — тип полезной нагрузки AAL-5, например, для сигнализации

ABO — Тревожный объект

ACM – адресный модуль сообщения о завершении или соединительный модуль аварийного сигнала

ACO – отключение сигнала тревоги

ACP — карта плоскости управления ASON

AES — расширенный стандарт шифрования

ARPU — средний доход на пользователя

ASIC — специализированная интегральная схема

ASP – поставщик услуг приложений

ATM – асинхронный режим передачи. Техника передачи данных ретрансляции ячеек, при которой данные передаются из нескольких источников небольшими пакетами (ячейками) фиксированного размера.

Магистраль — сеть с высокой пропускной способностью, соединяющая другие сети с меньшей пропускной способностью.
Транспортная передача. Метод управления трафиком, при котором сетевые данные отправляются по проложенному маршруту к конечному пункту назначения, чтобы добраться туда как можно скорее. Используется для снижения затрат на мультиплексирование/демультиплексирование.
Пропускная способность — в цифровых устройствах широко используется для обозначения скорости передачи данных (количества данных, передаваемых за фиксированный промежуток времени), обычно выражается в битах в секунду или битах в секунду. В аналоговых устройствах некоторые рабочие характеристики диапазона частот, попадающие в определенные пределы (например, полоса пропускания 3 дБ), обычно выражаемые в циклах в секунду или герцах (Гц).
Основная полоса – полоса частот, занимаемая сигналом до того, как он модулирует несущую/поднесущую для формирования передаваемого линейного, оптического или радиосигнала.
BB – широкополосный или основной диапазон
Широкополосный доступ
BB-DXC — широкополосное цифровое кросс-соединение
BBE — ошибка фонового блока
BC — пограничные часы
BDI — обратная индикация дефекта
БЫТЬ — Приложить все усилия
BEI — обратная индикация ошибок
BER – коэффициент битовых ошибок. Количество битовых ошибок, обнаруженных за единицу времени, обычно за 1 секунду.
BFD — обнаружение двунаправленной переадресации
BGP — протокол пограничного шлюза
BIAE — ошибка обратного входящего выравнивания
BIP — четность с чередованием битов
BIT — встроенный тест
Перемежение битов — метод, используемый в системах передачи данных для смягчения последствий шумовых всплесков. Основан на переупорядочивании битов в последовательности перед передачей в соответствии с предписанными правилами, что гарантирует, что после перемежения соседние биты в любом блоке исходной последовательности разнесены на определенное среднее расстояние. Обратное перемежение на стороне получателя восстанавливает исходную последовательность битов.
BITE – встроенное тестовое оборудование
BLER — коэффициент ошибок при блокировке
BLSR – двунаправленное кольцо с коммутацией линий. Схема в кольцах SONET, при которой трафик отправляется по обоим кольцам в противоположных направлениях. В случае сбоя весь трафик переключается на другую сторону кольца.
BMP — процедура бит-синхронного сопоставления
Усилитель – оптический усилитель на месте передатчика.
BPDU — блок данных протокола моста
бит/с — бит в секунду
Бит/с — байт в секунду
BPSR — двунаправленное кольцо с коммутацией путей
Широкополосный доступ — высокоскоростная передача; термин, обычно используемый для линий/услуг связи со скоростью 1,544 Мбит/с и выше
Широковещательная передача – одновременная передача данных с одного терминала по сети на все или несколько пунктов назначения.
БС — базовый слот
BSC — контроллер базовой станции
BSHR — двунаправленное самовосстанавливающееся кольцо
BSS — система базовых станций или система широкополосной коммутации
BTS — базовая приемопередающая станция или приемопередающая подсистема базовой станции
BW – пропускная способность

Диапазон C — длина волны от 1530 до 1562 нм, используется в приложениях CWDM и DWDM

C4I — Командование, управление, связь, компьютер и разведка

CAS — сигнализация, связанная с каналом

CDMA — множественный доступ с кодовым разделением каналов (несколько протоколов, используемых в беспроводной связи 2G и 3G)

CES – служба эмуляции каналов, используемая в банкоматах (см. Мультисервисные (CES) карты)

Схема — коммуникационный тракт или сеть в системах передачи; обычно это пара каналов, обеспечивающих двустороннюю связь

CIT – интерфейсный терминал Craft

CLEC – конкурентоспособный оператор местной телефонной связи. Компания по строительству и эксплуатации сетей связи в мегаполисах как альтернатива местной телефонной компании.

CNR — отношение несущей к шуму

Соединитель — устройство, которое разделяет оптические сигналы на несколько путей или объединяет несколько сигналов в один путь

Шина, известная также как адресная шина, шина данных или локальная шина, представляет собой соединение между компонентами или устройствами, подключенными к компьютеру. Например, шина передает данные между ЦП и системной памятью через материнскую плату.

Почему компьютерная шина называется шиной?

Компьютерный автобус можно представить себе как общественный транспорт или школьный автобус. Эти типы автобусов способны перевозить людей из одного пункта назначения в другой. Как и эти шины, компьютерная шина передает данные из одного места или устройства в другое место или устройство.

Компьютерная шина работает по строгому расписанию, "забирая" данные и "отправляя их" через равные промежутки времени. Например, если шина работает на частоте 200 МГц, она выполняет 200 миллионов передач данных в секунду. Эта скорость называется шириной шины.

Обзор компьютерной шины

Шина содержит несколько проводов (сигнальных линий) с адресной информацией, описывающей место в памяти, откуда данные отправляются или извлекаются. Каждый провод в шине несет бит(ы) информации, что означает, что чем больше проводов в шине, тем больше информации она может адресовать. Например, компьютер с 32-разрядной адресной шиной может адресовать 4 ГБ памяти, а компьютер с 36-разрядной шиной — 64 ГБ памяти.

На приведенном ниже рисунке показаны различные типы компьютерных шин и то, как они соединяют устройства на материнской плате.

Типы компьютерных шин

Шина — это параллельная или последовательная шина, а также внутренняя шина (локальная шина) или внешняя шина (шина расширения).

Внутренняя шина и внешняя шина

Внутренняя шина обеспечивает связь между внутренними компонентами, такими как видеокарта и память. Внешняя шина может взаимодействовать с внешними периферийными устройствами, такими как USB или SCSI-устройство.

Параллельная шина и последовательная шина

Компьютерная шина может передавать свои данные, используя либо параллельный, либо последовательный метод связи. По параллельной шине данные передаются по несколько битов за раз. Однако при использовании последовательной шины данные передаются по одному биту за раз.

Шина адреса и шина данных

В компьютерной памяти адресная шина компьютера представляет собой шину, содержащую ячейку памяти (адрес памяти), в которой находятся данные в памяти компьютера. Как только компьютер понимает, откуда брать информацию, шина данных используется для передачи этих данных.

Скорость автобуса

Скорость шины компьютера или устройства измеряется в МГц, например, FSB может работать на частоте 100 МГц. Пропускная способность шины измеряется в битах в секунду или мегабайтах в секунду.

Примеры компьютерных шин

Самые популярные компьютерные шины

Сегодня многие из перечисленных выше автобусов больше не используются или встречаются реже. Ниже приведен список наиболее распространенных шин и способов их использования с компьютером.

Читайте также: