ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ
Цифровая обработка аналоговых сигналов базируется на применении нескольких цифровых устройств, которые в качестве периферийных блоков используются в схемах контроллеров или процессоров. Такие устройства обеспечивают довольно широкие возможности по обработке сигналов. К ним относятся широтно-импульсный модулятор (ШИМ), компаратор, один или два таймера и порты ввода/вывода. Хотя по названию все эти устройства можно отнести к цифровым, мы будем их использовать в качестве аналоговых расширений наших схем.
ШИМ может быть интегрирован в процессор или контроллер. Интегрированный на кристалле ШИМ применяется для создания прецизионных источников опорного напряжения. Если интегрированный ШИМ отсутствует, то его функцию можно реализовать аппаратно-программными средствами. Точность источника опорного напряжения на базе ШИМ зависит от точности встроенного таймера и напряжения источника питания. Схемотехнически для реализации источника опорного напряжения понадобится ШИМ-генератор и аналоговый фильтр.
Возможно, в кристалле вашего контроллера или процессора есть встроенный компаратор. Если такового не имеется, то его функцию в некоторых приложениях, где нужно фиксировать перепад или уровень аналогового сигнала, может взять на себя порт ввода/вывода. Я предпочитаю иметь дело с компаратором, поскольку порог срабатывания этого устройства более предсказуем, чем у обычных портов ввода/вывода. С помощью данного устройства можно реализовать двухпороговый или стандартный компаратор.
Для реализации функций, которые мы собираемся обсуждать в этой главе, нам наверняка понадобится внутренний таймер (или два). Работа таймера в контроллере или процессоре тесно связана с функционированием тактового генератора устройства, точность которого может быть такой, какую вы пожелаете. В некоторых контроллерах или процессорах частота тактового генератора определяется внутренней ЛС-цепью, что не обеспечивает достаточной точности. Другие генераторы тактовой частоты на кристалле контроллера или процессора намного точнее, чем их ДС-аналоги: их точность может достигать 1 ...2% в диапазоне температур. Если необходима более высокая точность тактового генератора, то следует использовать кварцевый резонатор или внешний кварцевый генератор.
Высокоточные генераторы нужны при создании цифровых фильтров на контроллере или процессоре, когда требуется подавить помеху определённой частоты, наложенную на полезный сигнал. Чаще всего в цифровых фильтрах необходимо подавлять шум на частоте электросети 50 или 60 Гц. Но если вы разрабатываете цифро-аналоговый преобразователь, то точность генератора не является очень важным параметром — здесь более существенно, чтобы в сигнале тактовой частоты отсутствовали флуктуации.
Наконец, при выполнении преобразования аналог—цифра, которое мы рассмотрим в этой главе, применяются и пассивные компоненты, а именно резисторы и конденсаторы. Методы и идеи, о которых я расскажу, отнюдь не новы — вы изучали их ещё на первом курсе колледжа. Немного забавно, когда приходится использовать какие-либо простые алгоритмы и решения тех времен.
