8.3.4. Використання пзп для реалізації складних способів модуляції
Все більш широке використання ПЗП знаходять у задачах забезпечення складних способів модуляції (модеми, CD-ROM), у компресорах та експандерах кодових послідовностей.
У попередньому розділі
наводився приклад типової цифрової
телефонної системи, в яких використовується
восьмибітне шифрування аналогового
сигналу з частотою 8 кГц з послідуючим
перетворенням у послідовний формат і
компресією при передачі. Спосіб кодування,
в якому фіксується амплітуда і знак
сигналу, називається лінійним
кодуванням. Такий
спосіб кодування має динамічний діапазон
,
що відповідає динамічному ряду
20 log 256 ≈ 48 дБ (для порівняння,
в аудіо-компакт-дисках використовується
16-бітне лінійне кодування з динамічним
рядом 20 log 216 ≈ 96 дБ;
зрозуміло, наскільки якість звуку
телефонних ліній буде гіршою, ніж звук
з компакт-дисків).
Щоб забезпечити більш широкий динамічний діапазон без збільшення розрядності і, відповідно, значних матеріальних витрат, використовується 8-бітні розширюючі кодери, які називаються μ-ІКМ (μ-імпульсно-кодова модуляція), а в англомовних джерелах – PCM (Pulse-Code Modulation).
На рис. 8.52 зображено формат 8-бітного кодового слова по типу зображення чисел з “плаваючою крапкою”, де S – знак числа, E – область експоненти, М – область мантиси.
Рис. 8.52
Аналогова величина U, представлена байтом такого формату, обчислюється за формулою:
U = ( 1 – 2 S ) [2E (2 M – 33) – 33].
Аналоговий сигнал, зображений у такому форматі, має ряд з – 8159 k до 8159 k, де k – довільний масштабний коефіцієнт. Дискретний ряд сигналів 2 ∙ 8159 і найменша різниця між членами ряду дорівнює 2 (коли E = 0), так що маємо динамічний ряд 20 log 8159, або близько 78 дБ, що значно більше, ніж у лінійному кодуванні.
Тепер подивимось на деякі особливості використання μ-ІКМ при кодуванні звукового сигналу.
У багатьох типах телефонного зв’язку голос навмисно послаблюють на декілька децибел з метою покращення роботи апаратури. В аналогових телефонних мережах послаблення забезпечується пасивними аналоговими колами, що неможливо зробити у світі цифр. Тому створений за допомогою μ-ІКМ байт необхідно перетворити в інший, послаблений цифровим атенюатором. Така операція досягається шляхом перемноження μ-ІКМ-байту на визначений коефіцієнт послаблення. Приклад подібного множення приводиться на початку розділу.
Всі описані задачі повинні розв’язуватись у реальному масштабі часу, тому їх реалізація виконується з використанням ПЗП, оскільки така реалізація має практично найбільшу швидкодію.
8.3.5. Використання пзп у генераторах періодичних послідовностей
Використання ПЗП у генераторах періодичних послідовностей є одним з важливих напрямків їх використання. ПЗП дають можливість генерувати складні послідовності імпульсів, які широко використовуються у різноманітних вимірювальних системах, у пристроях автоматики, телевізійних системах тощо. Особливість таких генераторів полягає в тому, що за їх допомогою можна створювати взаємозв’язані послідовності, сигнали, які можуть мати постійну амплітуду в широкому частотному діапазоні, постійні кутові співвідношення і т. п.
Одна з найбільш розповсюджених структур генераторів послідовностей імпульсів приводиться на рис. 8.53.
Рис. 8.53
Генератор і двійковий лічильних виконують функцію генератора двійкового коду і задають кількість тактів на періоді та тривалість такту. ПЗП забезпечує характер вихідної послідовності або декількох послідовностей вихідних імпульсів. Вихідний регістр призначений для того, щоб відвернути можливість появи в вихідних сигналах паразитних імпульсів, обумовлених перемиканням виходів ПЗП, а також для забезпечення одночасного перемикання всіх вихідних сигналів.
Головна задача при проектуванні генераторів – це розробка карти прошивки ПЗП. У той же час, методологія її розробки багато в чому схожа із задачею реалізації системи логічних функцій, описаною вище.
Приклад 8.5. Розробити таблицю прошивок генератора для генерації шести імпульсних послідовностей, часові діаграми яких приведені на рис. 8.54.
Рис. 8.54
Розв’язання. Оскільки маємо шість сигналів, то ПЗП повинен мати не менше шістьох виходів. Він може бути створений або шляхом нарощування по виходах, або використовується ПЗП на 8 виходів.
Періодичність повторення сигналів дорівнює 13 тактам. Це дає можливість використати ПЗП з кількістю адресних входів, що дорівнює 4. При більшій кількості входів старші розряди необхідно заземлити. Створимо таблицю для потактного кодування вихідних послідовностей (див. Табл. 8.14).
Табл. 8.14
N такту |
D7 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
Шістнадцятковий код |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
09 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
23 |
2 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
12 |
3 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
2E |
4 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
2E |
5 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
03 |
6 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
3D |
7 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
09 |
8 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
07 |
9 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
3E |
10 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0E |
11 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
26 |
12 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
28 |
Приймаємо, що сигнали S0 … S5 знімаються з виходів ПЗП D0 … D5 , а старші розряди залишаються незадіяними. Створена таблиця і відповідний їй шістнадцятковий код дають можливість створити таблицю прошивок вибраного ПЗП (див. Табл. 8.15).
Табл. 8.15
Адреса |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
A |
B |
C |
00 |
09 |
23 |
12 |
2E |
2E |
03 |
3D |
09 |
07 |
3E |
0E |
26 |
28 |
Вибір лічильника, його коефіцієнту перерахунку, частоти тактового генератора, а також тривалості тактового імпульсу – це задачі, які розв’язуються на основі попередніх прикладів.
ПЗП часто використовують для генерації сигналів аналогового типу –наприклад, періодичних тригонометричних функцій (sin x, cos x), імпульсів спеціальної форми, функціональних залежностей періодичного типу, які неможливо реалізувати на аналогових схемах. Для цього після регістра або ПЗП встановлюються цифро-аналогові перетворювачі, які забезпечують на виході сигнал, близький до аналогового. Подібні генератори мають і свої переваги. Наприклад, синусоїда, створена подібним шляхом, матиме незмінну амплітуду в широкому діапазоні частот, які задаватимуться тактовим генератором.
Приклад 8.6. Розробити таблицю прошивок ПЗП для генератора синусоїдальної функції y = 15 sin φ на інтервалі [ 0; π ], базуючись на ПЗП, що має 4 адресні входи і 4 вихідні розряди.
Розв’язання. За умовою задачі, півперіод можемо розбити на 16 дискретних кутових інтервалів, а амплітуду – на 16 дискретних рівнів. Функцією зобразимо у вигляді:
(0 ≤ i ≤ 15
– ціле число).
Таблиця істинності генератора функції матиме вигляд Табл. 8.15, де A3 … A0 – адресні входи ПЗП; D3 … D0 – виходи ПЗП.
Значення і та N таблиці істинності відповідатимуть таблиці прошивок ПЗП.
Табл. 8.15
i |
A3 |
A2 |
A1 |
A0 |
y |
N |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,000 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
2,926 |
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
5,740 |
6 |
0 |
1 |
1 |
0 |
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
8,334 |
8 |
1 |
0 |
0 |
0 |
4 |
0 |
1 |
0 |
0 |
10,610 |
11 |
1 |
0 |
1 |
1 |
5 |
0 |
1 |
0 |
1 |
12,472 |
13 |
1 |
1 |
0 |
1 |
6 |
0 |
1 |
1 |
0 |
13,860 |
14 |
1 |
1 |
1 |
0 |
7 |
0 |
1 |
1 |
1 |
14,712 |
15 |
1 |
1 |
1 |
1 |
8 |
1 |
0 |
0 |
0 |
15,000 |
15 |
1 |
1 |
1 |
1 |
9 |
1 |
0 |
0 |
1 |
14,712 |
15 |
1 |
1 |
1 |
1 |
10 |
1 |
0 |
1 |
0 |
13,860 |
14 |
1 |
1 |
1 |
0 |
11 |
1 |
0 |
1 |
1 |
12,472 |
13 |
1 |
1 |
0 |
1 |
12 |
1 |
1 |
0 |
0 |
10,610 |
11 |
1 |
0 |
1 |
1 |
13 |
1 |
1 |
0 |
1 |
8,334 |
8 |
1 |
0 |
0 |
0 |
14 |
1 |
1 |
1 |
0 |
5,740 |
6 |
0 |
1 |
1 |
0 |
15 |
1 |
1 |
1 |
1 |
2,926 |
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
Форма сигналу, який буде отриманий на виході цифро-аналогово перетворювача, має вигляд, приведений на рис. 8.55.
Рис. 8.55