46.Структура микропроцессора и основные параметры.

Структура типичного микропроцессора включает:

1. арифметико-логическое устройство (АЛУ), реализующее операции с двоичными числами;

2. регистры для временного хранения данных, команд и адресов;

3. управляющее устройство (УУ), вырабатывающее команды для синхронной работы отдельных устройств.

К параметрам МП как вычислительного устройства относят:

• разрядность, т.е. длина обрабатываемого информационного слова;

• емкость адресуемой памяти;

• быстродействие, характеризуемое временем выполнения простых команд (набора типовых команд, микрокоманд) или тактовой частотой;

• архитектуру, т.е. состав входных устройств, принципы адресации, число команд;

• способ управления;

• тип и числом шин;

• наличие и вид программного обеспечения;

• тип и размер корпуса, число и назначение выводов.

Как БИС микропроцессоры характеризуют:

• степень интеграции (число транзисторов на чипе, разрешающая способность);

• технология, дающая представление о среднем быстродействии, потреблении и других параметрах (уровни единичных и нулевых значений напряжений и токов, нагрузочная способность и т.п.)

Имеется также большая группа эксплуатационных параметров:

• питающее напряжение (номиналы, допуски);

• потребляемая мощность (или ток);

• условия эксплуатации (интервал рабочих температур, вибраций, влажности и т.п.);

• надежность (время безотказной работы);

• стоимость.

Полная техническая документация содержит также схемы различных систем, использующих МП, состав команд, временные диаграммы работы.

47. Регистровая структура микропроцессора.

48.Алу, назначение, выполняемые операции.

Основным элементом МП является АЛУ, реализующее операции с двоичными числами. Конкретный вид операции определяет входной код, например при использовании 5-ти разрядного кода можно запрограммировать 32 операции, тип которой задает старший разряд. Если М=1 АЛУ выполняет логическую операцию,если М=0 АЛУ выполняет арифм операцию.

49.Операционный усилитель. Идеальный операционный усилитель. Преобразователи на операционных усилителях.

Операционным усилителем (ОУ) называют усилитель постоянного тока, работающий в широкой полосе частот от нуля до десятков мегагерц, имеющий весьма большой коэффициент усиления от десятков тысяч до сотен миллионов и высокое входное сопротивление, которое обеспечивает малые входные токи. Электропитание стандартных ОУ осуществляется от двух источников +V_п и – V_п с общей точкой корпуса, что дает нулевые потенциалы входных и выходного зажимов при отсутствии входного сигнала (рис.4.3,а). Это позволило путем непосредственного соединения ОУ достаточно просто создавать сложные устройства и способствовало их широкому использованию в аналоговых преобразователях сигналов.

+U_М

–U_М

K^U

f

K⁰

0.7 K⁰

1

f_c

f₁

–20дб/дек

Рис.4.3. Схемное обозначение ОУ (а), его проходная (б) и частотная (в) характеристики

Основные классификационные параметры ОУ связывают с преимущественно с проходной и амплитудно-частотной характеристиками. Проходные характеристики ОУ по неинвертирующему и инвертирующему входам имеют вид кривых, отраженных относительно вертикальной оси (рис.4.3,б). Характеристику с достаточной степенью точности аппроксимируют прямолинейными участками: средним с наклоном , определяющим коэффициент усиления по одному входу, и областями ограничения, которые зависят от напряжения источников электропитания . С проходной характеристикой связан важнейший точностной параметр ОУ, проявляющийся в наличии постоянного напряжения на выходе при нулевом входном сигнала и называемый смещением нулевого уровня U_см.

Частотная характеристика устойчивого ОУ, т. е. зависимость от частоты комплексного коэффициента передачи напряжения (АФЧХ) должна иметь первый порядок и вплоть до частоты единичного усиления f₁ описываться соотношением

,

где – частота среза, на которой K^u уменьшается в раз или на –3дб.

Такой вид характеристики сложного многокаскадного усилителя получают применением преимущественно внутренней коррекции.

Соответствующую АЧХ (рис.4.3,в) аппроксимируют двумя отрезками:

• при параллельным оси ;

• при с наклоном –20дб/дек .

В качестве одного из основных параметров ОУ наряду с частотами среза f_с и единичного усиления f₁ пользуются площадью усиления , которая при принятой аппроксимации АЧХ с учетом удовлетворяет соотношению .

Для выявления основных принципов функционирования и при проектировании устройств на базе ОУ с учетом специфики их параметров (большое значение , высокое , малое ) пользуются упрощенными моделями, которые дают хорошую наглядность полученных результатов. Вводят понятие идеального операционного усилителя (ИОУ), макромоделью которого служит управляемый источник ИНУН с , и неизменным во всем частотном диапазоне большим значением .

Схемы с ИОУ анализируют с помощью узловых уравнений, причем большое значение коэффициента усиления приводит к соотношению , которое записывают вместо уравнения для потенциала выходного узла 3. При потенциал выходного зажима ИОУ не зависит от подключенных к нему внешних элементов, что приводит к разделению полной системы уравнений на подсистемы, которым можно поставить в соответствие отдельные функциональные модули. В устройствах с ОУ приведенные допущения выполняются, как правило, с достаточной для расчета точностью. Например, при значениях токов и напряжений для ОУ с , имеем и , что дает снование положить .

Пример расчета схемы преобразователя с одним ОУ (рис.4.5,а). Использование модели идеального ОУ приводит к простой эквивалентной схеме устройства (рис.4.5,б).

V₂

Y₁

Y₂

1

V₁

Y₃

Y₄

2

3

Рис.4.5. Устройство (а), его эквивалентная схема (б) и функциональный блок (в)

Узловые уравнения эквивалентной схемы

, ,

дополненные соотношением для ИОУ ₁=₂, позволяют записать соотношение для выходного напряжения в виде

,

причем коэффициенты передачи описываются выражениями:

, .

Сопротивление нагрузки не вошло в передаточные функции, что дает возможность в рамках принятых допущений преобразователь представить в виде завершенного функционального блока (рис.4.5,в).

Свойства функциональных блоков определяются параметрами входящих элементов и внутренней структурой, содержащей цепи прямой передачи сигналов и обратные связи, обеспечивающие распространение сигналов с выходов отдельных элементов на вход устройства.