Принциппобудови лінійних кодерів і декодерів
Принцип побудовилінійних кодерів і декодерів
За принципом діїрозрізнюють такі методи перетворення аналогових величин у цифрові:
– методпослідовного лічення (часово-імпульсний метод);
– методбезпосереднього лічення (матричний метод);
– методзваження (порозрядного врівноваження).
Методпослідовного лічення заснований на врівноваженні вхідної величини, щоперетворюється, сумою квантів (еталонів) мінімальної ваги />. Кількість цихеталонів, що використовуються для врівноваження, підраховується, моментурівноваження фіксується і видається результат.
Методбезпосереднього лічення передбачає наявність />еталонів, сусідні яких за вагоювідрізняються на 1 квант. Порівняння вхідної величини з кожним еталономвідбувається одночасно за допомогою /> схем порівняння.
Методпорозрядного зваження передбачає використання деякої кількості (суми) еталонів,вага яких пропорційна за двійковою системою лічення числу />.
Врівноваженнявхідної величини починається еталоном максимальної ваги. У залежності відрезультату порівняння визначається значення („0” або „1”) старшого розрядукоду.
Якщо величинавхідного сигналу менша за еталон (/>), то значення старшого розрядудорівнює „0”, і далі робиться спроба врівноважити вхідний сигнал еталономнаступної ваги.
Якщо ж />, то на позиціїстаршого розряду кодової комбінації фіксується „1” і далі здійснюєтьсяврівноваження різниці між величиною вхідного сигналу еталоном />.
Отримана різницяпорівнюється (врівноважується) з наступним за вагою еталоном. Процеспродовжується до врівноваження останньої із різниць мінімальним за вагою квантом,що дозволяє визначити значення („1” або „0”) молодшого розряду кодовоїкомбінації, яка формується.
Можливим є дещоінший варіант реалізації методу, що розглядається.
Порівняннявеличини, що перетворюється за першим варіантом, починається з еталона максимальноїваги. За результатами порівняння формується значення („1” або „0”) старшогорозряду кодової комбінації. А надалі виконується порівняння не різниці зчерговим еталоном, а усієї величини вхідного сигналу з сумою еталонів, тобто /> з
/>,
де /> – коефіцієнти, щовизначають наявність „1” або „0” у відповідному розряді кодової комбінації.
Відповідно дорозглянутих методів аналого-цифрового перетворення кодери розподіляються накодери послідовного лічення, матричні кодери та кодери порозрядного зважування.
Принцип діїкодера послідовного лічення, структурна схема якого і часова діаграма йогороботи наведена на рис. 1, досить простий.
Дискрети АІМсигналу (рис. 1, б) перетворюються в імпульси з широтно-імпульсною модуляцією(рис. 1, в), тобто здійснюється перетворення АІМ у ШІМ. У такому випадку ширина кожногоз імпульсів /> пропорційнаамплітуді відповідної дискрети АІМ сигналу.
Імпульси з ШІМподаються на один вхід схеми збігу (рис. 1, а), а на другий – послідовністькоротких тактових імпульсів (рис. 1, г) з більш високою частотою надходження,внаслідок чого на виході схеми збігу отримуємо пачки імпульсів (/>, рис 1, д). Кількістьімпульсів у кожній з пачок /> пропорційна ширині імпульсу,отже, пропорційна амплітуді відповідних дискрет АІМ сигналу.
Післяпідрахування кількості імпульсів у пачці на виході лічильника формуєтьсяm-розрядна кодова комбінація паралельного коду, зміст якої відображує удвійковому коді величину дискрети АІМ сигналу, тобто здійснюється перетворенняАІМ сигналів в ІКМ сигнал (рис. 1, е). Перед надходженням чергової пачкиімпульсів лічильник скидається імпульсом />(рис. 1, ж). Перетворенняпаралельного коду у послідовний досить просто здійснюється за допомогою схемзбігу і регістра зсуву (рис. 1, а).
Імпульсиопитування відчиняють схеми збігу по одному з входів, на другому з них діютьвихідні імпульси лічильника, зміст яких передається у чарунки регістра зсуву.Імпульсами зсуву зміст регістра видається у послідовному коді.
Переваги кодерапослідовного рахування – простота, а отже, надійність. До недоліків слідвіднести необхідність суттєвого збільшення тактової частоти, яка полягає в />-канальній ЦСПз m-розрядними канальними ІКМ сигналами значення
/>.
Водночас під часвикористання кодера зваження
/>,
тобто суттєвонижча. Наприклад, якщо />, />, />кГц, то величина тактової частотидорівнює 65536 і 2048 кГц відповідно, тобто для реалізації кодера послідовноголічення необхідна більш швидкодіюча елементна база.
аналоговий цифровий кодердекодер
/>
Рисунок 1
Побудова кодерабезпосереднього зчитування (матричного кодера) основана на використаннікодового поля, на якому відображені усі /> можливі кодові групи для заданоїрозрядності коду (m). Реалізація матричного кодера можлива з використаннямспеціалізованої електронно-променевої трубки, або набору /> компараторів.
Схема матричногокодера на електронно-променевій трубці зображена на рис 2.
/>
Рисунок 2
Пилоподібнанапруга розгортає тонкий електронний промінь по горизонталі, а по вертикаліпромінь переміщається АІМ сигналом, що кодується.
Кодування АІМсигналу відповідного рівня виконується завдяки тому, що відхилений цим сигналомпромінь „пробігає” по тому чи іншому рядку маски, попадає через отвори наколектор і відділяється на резисторі навантаження.
Наявність отворіввідповідає кодовій таблиці, кожний рядок якої відображує рівень сигналу удвійковій системі лічення. Перевагою такого кодера є швидкодія, недоліком –необхідність використовувати для роботи високі напруги, невисока стабільність,висока вартість.
Схема кодера накомпараторах для m=3 наведена на рис. 3.
АІМ />
Рисунок 3
Напруга /> є рівнемобмеження, яка подається на подільник з /> однакових резисторів, тому навходах компараторів діє відповідна опорна напруга. Значення /> відображують і-й рівеньсигналу (/>)причому різниця між /> та /> дорівнює кроку квантування />, значення /> і відповіднезначення розрядів сформованого паралельного коду Грея (P1,P2,P3) наведені втабл. 1
Таблиця1Рівні АІМ сигналу
Значення коефіцієнтів /> Вихідний код Грея
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/> Р1 Р2 Р3
/> 1 1 1 1 1 1 1 1
/> 1 1 1 1 1 1 1 1
/> 1 1 1 1 1 1 1 1
/> 1 1 1 1 1 1
/> 1 1 1 1
/> 1 1 1 1
/> 1 1
Досить легковизначити, що структура дешифратора визначається з використанням булевихфункцій:
/>;
/>;
/>.
У сучасних ЦСПвикористовують переважно кодери порозрядного зваження.
Структурна схемакодера порозрядного зваження наведена на рис. 4.
Аналоговий сигналдискретизується і перетворюється в АІМ сигнал. На вхід компаратора (схемипорівняння) подається дискретний АІМ-сигнал, рівень якого за допомогоюперетворювача АІМ-1 в АІМ-2 запам’ятовується на час кодування.
На другий вхідкомпаратора подається сума еталонних сигналів з блоку еталонів. Еталоннісигнали підключаються почергово, починаючи з максимального />, управляючими сигналами з блокупідключення еталонів.
Якщо />, то на виході компаратораформується сигнал, що призводить у свою чергу формування „1” на виходіформувача коду (ФК). Підключений /> не скидається, бо вихідний сигналкомпаратора „Заборона скиду” забороняє скид.
На черговомутакті кодування підключений /> сумується з еталонним сигналом />, після чогопроцес порівняння і формування значення чергового розряду кодової комбінаціїповторюється аналогічно розглянутому.
/>
Рисунок 4
Якщо ж />, то на виходікомпаратора сигнал відсутній, тому на виході ФК значення відповідного розрядудорівнює „0”. Сигналом „Скид” з генераторного обладнання еталон /> відключається.
Таким чином,сутність роботи кодеру полягає у тому, що:
– підбір сумиеталонних сигналів, що приблизно дорівнює рівню вхідного сигналу, виконуєтьсяза m кроків;
– еталонипідключаються по черзі послідовно, починаючи із старшого />;
– на кожному і-мутакті підключається черговий і-й еталон, а компаратор здійснює порівняннявеличини сигналу /> з сумою еталонів />.
Якщо />, то вихіднийсигнал компаратора />, еталон /> залишається підключеним, увідповідному розряді кодової групи на виході ФК формується „1”. Якщо ж />, то вихіднийсигнал компаратора />, еталон /> відключається, на виходіформувача коду (ФК) у відповідному розряді кодової групи формується пауза(„0”).
Розглянемо процескодування на конкретному прикладі. Припустимо,
/>, mі = 7
У такому випадку
/>, />,… />
На першому етапікодування підключається />. Оскільки
/>, />,
у результаті навиході ФК старший розряд /> має значення „0”, /> скидається. На другомутакті підключається />.
Оскільки
/>, />,
ФК формує учерговому розряді кодової комбінації />, скид /> заборонений. На третьому тактіпідключається
/>,
він складається з/>, томусигнал порівнюється з сумою еталонів />, результати порівняння
/>.
За результатамипорівняння />,розряд кодової комбінації />, еталонний сигнал /> залишаєтьсяпідключеним. В результаті сформована кодова комбінація 0110101. Аналогічновиконуються послідовні операції кодування. На рис.5 наведені часова діаграмапроцесу кодування і структура кодової комбінації (Uk), що сформована на виході ФК.
/>
Рисунок 5
Слід зазначити,що для кодування двополярних сигналів у складі кодера необхідно мати дві схемиформування еталонів для кодування позитивних та негативних відліків АІМ сигналувідповідно.
Функцією лінійнихдекодерів є перетворення кодових комбінацій цифрового (ІКМ) сигналу упослідовність дискрет АІМ сигналу. Найчастіше використовуються декодеризваження. Структурна схема 8-розрядного лінійного декодера порозрядногозваження наведена на рис. 1.17.
/>
Рисунок 6
ІКМ сигнал, щопідлягає декодуванню, порозрядно записується у чарунки регістра зсуву. Сигнализсуву надходять з генераторного обладнання (ГО). Після заповнення регістрачерговою 8-розрядною кодовою групою сигналами зчитування (із ГО) відмикаютьсяті ключі (Кл1, Кл2,..., Кл8), що відповідають розрядам, які мають значення 1. Врезультаті на суматор надходять відповідні еталонні сигнали і на виходісуматора формуються дискрети АІМ сигналу відповідної амплітуди.
/>