Інформація будь-які дані про зовнішній світ є інформація щось відомо; Невідомо немає інформації Прийшла інформація щось взнали; нічого не взнали не прийшла інформація



Дата конвертації27.12.2016
Розмір445 b.


Цифрове представлення інформації

  • Лекція 2

  • Судаков О.О, Радченко С.П.

  • «Сучасна мікропроцесорна техніка»


Інформація

  • Інформація – будь-які дані про зовнішній світ

    • Є інформація – щось відомо; Невідомо - немає інформації
    • Прийшла інформація – щось взнали; нічого не взнали – не прийшла інформація
  • Інформаційні системи – працюють з інформацію (будь-якими даними)

    • Обробка інформації
    • Збереження інформації
    • Перетворення інформації
    • ..
  • Аналогове представлення – інформація представляється за допомогою деякої фізичної величини, яка приймає неперервні значення

  • Цифрове представлення – інформація представляється за допомогою деякої фізичної величини, яка змінюється дискретно (не неперервного)

  • Сигнал – фізичні процеси (або деякі фізичні величини цих процесів), які переносять інформацію



Аналогове представлення інформації

  • Параметри зовнішнього світу взаємно-однозначно відображаються на значення деяких фізичних величин сигналу

    • Напруга на кінцях провідника відповідає якимось даним (електричний сигнал)
    • Тиск повітря відповідає якимось даним (звуковий сигнал)
  • Передача інформації – переміщення інформації у просторі

    • Нова інформація – непередбачувана зміна сигналу
    • Передбачувана зміна не несе нової інформації
  • Модуляція - зміна якогось параметра сигналу відповідно до зміни інформації

  • Будь-яка інформаційна система на тому чи іншому етапі використовує аналогове представлення інформації

    • Фізичні величини на практиці здебільшого змінюються неперервним чином


Дискретне представлення інформації

  • Дані представляються у вигляді зліченного набору значень фізичної величини

    • Червоний, жовтий, зелений
    • Висока-низька напруга
  • Фізичні величини змінюються неперервно – дискретною може лише інтерпретація діапазонів зміни фізичної величини і часових інтервалів

  • Дискретизація - представлення неперервного у часі сигналу за допомогою дискретного набору відліків

  • Квантування – представлення неперервного діапазону значень сигналу у вигляді дискретного набору рівнів

  • Маніпуляція – модуляція дискретними даними (SK – shift key)



Параметри сигналів

  • Електрична напруга, струм

    • Високий-низький рівень
  • Частота

  • Фаза

    • PSK
  • Тривалість (ширина) імпульсів

    • PWM
    • Дельта
    • Дельта-сигма
  • Амплітуда коливань

    • QAM


Датчики

  • Датчик (джерело даних, сенсор) від англ. data – дані

    • Не від слова давати!
  • Пристрій, який перетворює інформацію про зовнішній світ у сигнал

    • Датчик Холла – перетворювач магнітне поле-електрична напруга
    • Перетворювач температура-частота
    • Мікрофон
    • Фотодіод
    • Ємнісний датчик
  • Основні характеристики

    • Максимальне та мінімальне значення вхідних і вихідних параметрів
    • Динамічний діапазон
    • крутизна перетворення


Проблема аналогового представлення

  • Неперервний сигнал може нести нескінченну кількість інформації

  • Взаємодія сигналу із зовнішнім середовищем призводить до неконтрольованих змін – шумів

  • Гарантувано (з високою імовірністю) можна відновити лише попадання сигналу в інтервал значень ∆S в інтервалі часу ∆t – еквівалентно дискретному сигналу



Переваги цифрового представлення

  • Повне відновлення сигналу (після передачі, запису, обробки)

  • Простота і точність виконання перетворення, обробки

  • Можна використовувати низькоякісні схеми, канали передачі

  • Недолік – передається менше інформації, ніж по аналоговому каналу, необхідність перетворення аналог-цифра-аналог



Дискретне представлення

  • Є максимальне і мінімальне значення сигналу

  • Неперервний сигнал – нескінченний набір значень

  • Дискретний сигнал - скінченний набір значень (рівнів квантування Nq) у дискретні моменти часу i∆t

  • Для представлення дискретного сигналу достатньо цілих чисел від 0 до Nq-1

  • Для запису цілих чисел застосовують системи числення



Позиційні системи числення

  • Цілі числа можна записати за допомогою різних систем числення



Переведення із однієї системи числення в іншу (1 підхід)

  • Є декілька підходів



Переведення із однієї системи числення в іншу (2 підхід)

  • Зручно для переведення з десяткової



Кількість інформації

  • Чим вища імовірність повідомлення – тим менше в ньому інформації (Шеннон 1948 р.)

  • Імовірності двох незалежних повідомлень перемножуються, а кількість інформації повинна складатись



Використання двійкової системи числення

  • Основа двійкової системи b=2 відповідає найбільшій завадостійкості – мінімальна кількість рівнів квантування

    • Кожен розряд – окремий провідник
      • Цифра(біт) – є сигнал, або немає (BC)
      • Цифра(біт) – окрема частота (FSK)
      • Цифра(біт) – протилежні значення фази 0 або 180 PSK
    • Кожен розряд – окрема частота (FDM)
      • Цифра є сигнал, або немає
      • Цифра протилежні значення фази 0 або 180 (FSK)
    • Кожен розряд – окремий момент часу (TDM)
      • Цифра (біт) є сигнал, або немає (TSK)
      • Цифра – протилежні значення фази 0 або 180 (PSK)
      • Цифра – окрема частота (FSK))
      • Цифра – тривалість імпульсу (PWM)


Аналого-цифрове і цифро-аналогове перетворення

  • АЦП (ADC)

    • Дискретизація
    • Квантування
  • ЦАП (DAC)

    • Модуляція
    • Інтерполяція


Цифро-аналогове перетворення

  • R-2R матриця (сходинковий)

    • Миттєве перетворення
    • Середня якість
    • Дешева схема
    • Велика кількість резисторів
  • Широтно-імпульсна модуляція

    • Висока якість
    • Низька частота перетворення
  • Сигма-дельта (передискретизація)

    • Висока якість
    • Низька частота
  • Інтерполяція

    • Інтегратор
    • Фільтр нижніх частот


Резистивні матриці



Широтно-імпльсна модуляція

  • Змінюється ширина імпульса (скважність)

  • D=t/T

  • На виході інтегратора встановиться значення напруги Uref*D

  • Частота імпульсів значно вища, ніж частота сигналу



АЦП - Дискретизація (Sample and Hold)

  • Період дискретизації ∆t= ts +tq

  • Час накопичення (дискретизації) ts=3-10*Rвих*Сhold

  • Час перетворення (квантування) tq



Вибір часу дискретизації

  • Теорема Котельникова (Шеннона)



Квантування (перетворення)

  • Необхідно задати референтну напругу Uref

  • Неперервні (миттєві)

    • Малі часи накопичення ->0
    • Малі часи квантування ->0
    • Мала кількість рівнів (до 8 біт)
    • Дорога схема
    • Швидкі процеси – відео, осцилографи.. Ns
  • SAR – successive approximation

  • Дельта-сигма

    • Перетворення напруга-частота
    • Тривалі часи перетворення ms
    • Велика кількцість рівнів (8-12 біт)
    • Високоякісна обробка звуку,


Компаратор

  • Однобітний АЦП

  • Напруга на вході порівнюється з референтною

    • Uвх < Uреф – на виході 1
    • Uвх > Uреф – на виході 0


Миттєві перетворювачі

  • Матриця резисторів ділить референтну напругу на рівні квантування

  • Компаратори порівнюють вхідний сигнал із всіма рівнями

  • Цифровий код відповідає найменшому рівню, на виході якого компаратор видає 1



SAR – successive approximation register

  • ЦАП видає сигнал від 0 до Uреф на основі значення в регістрі SAR

  • Сигнал на виході ЦАП порівнюється з вхідним компаратором

    • Uвх>Usar 1
    • Uвх
  • Цей біт записується у відповідну позицію в регістр SAR

  • Для n розрядів треба n порівнянь і n тактів генератора



Дельта-сигма

  • Вхідний сигнал складається з коротким від’ємним імпульсом ∆ амплітуди Uреф

  • На виході інтегратора збільшується напруга поки не спрацює тригер

  • Коли спрацьовує тригер генерується новий імпульс ∆

  • Чим вища напруга на вході, тим швидше наростає напруга на виході інтегратора і частіше слідують імпульси

  • Лічильник  рахує імпульси за певний проміжок часу – ця кількість – код на виході

  • За час ∆t треба зробити 1 підрахунок

  • Частота імпульсів повинна бути дуже великою



Представлення цілих чисел в процесорних системах

  • Додатні та від’ємні числа

    • Додатні – старший біт -0
    • Від’ємні старший біт – 1
  • Короткі short 16 біт

  • Довгі long 32 біт

  • long long 64 bit

  • Порядок байтів

    • LSB first перший найменш значущий байт
    • MSB first перший найбільш значущий байт


Числа з плаваючою точкою

  • Експоненціальне представлення

    • A*e^B
    • Abs(A)<10
  • Float

  • double

  • Extended



Текст

  • Масив, що закінчується нулем

    • Кожен байт – символ
    • Кожне слово симво
    • Останній символ 0



База даних захищена авторським правом ©pres.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка