Основы электронной техники (стр. 14 )

Рис. 12.1.

Микропроцессор также управляет работой всей системы: синхронизи­рует работу всех блоков, активизирует нужный блок и направляет поток данных в системе.

Входные данные, например отсчеты температуры, объемы продаж и другая информация, которую нужно обработать с помощью определенной программы, вводятся в микропроцессор через устройства ввода данных, например термодатчик или клавиатуру. Результаты обработки микропро­цессор выдает во внешний мир через устройства вывода данных, например принтер или блок визуального отображения (монитор),

Устройство сопряжения (интерфейс)

В большинстве случаев непосредственное соединение различных частей компьютерной системы невозможно. Причина может заключаться в несо­вместимости сигналов, необходимости их преобразования (например, ана­логовой величины в цифровую) или согласования (усиления или ослабле­ния). Для решения этой проблемы между блоками или между блоками и системой (рис. 12.2) устанавливают блоки сопряжения (интерфейс). Интерфейсом может быть аналого-цифровой преобразователь, датчик, аттенюатор или простой адаптер (переходное устройство).

На рис. 12.3 приведена полная блок-схема компьютера с микропро­цессором. Такой компьютер называют также микрокомпьютером. Как видим, в этой схеме присутствуют четыре устройства сопряжения.

Рис. 12.2.

Рис. 12.3.

Связь между микропроцессором и другими устройствами осуществляется по многочисленным параллельно уложенным проводящим дорожкам. По этим дорожкам (линиям) передается цифровая информация в виде двоич­ных чисел. Число линий может равняться 8, 16 или 32. Линии объединя­ются в шины. В большинстве микрокомпьютерных систем в дополнение к основной памяти имеется внешнее запоминающее устройство (ЗУ). Во внешнее ЗУ загружаются различные программы и данные, которые будут обрабатываться или уже обработаны микропроцессором. Таким образом, связь между микропроцессором и внешним ЗУ тоже двунаправленная. ЗУ записывает информацию на магнитные ленты (стриммер) или диски.

Схема фазовой автоматической подстройки частоты

Во многих применениях необходима фазовая автоматическая подстройка частоты (ФАПЧ) сигналов. ФАПЧ заключается в выработке сигнала, который имеет ту же фазу и, следовательно, ту же частоту, что и опорный сигнал. На рис. 12.4 изображена блок-схема устройства ФАПЧ.

Рис. 12.4.

Основными элементами схемы ФАПЧ являются фазовый дискрими­натор (ФД) и генератор, управляемый напряжением (ГУН). ФД имеет два входа и один выход напряжения постоянного тока. Величина этого напряжения определяется разностью фаз двух сигналов, поступающих на входы фазового дискриминатора. ГУН вырабатывает синусоидальный сигнал, частота которого зависит от уровня постоянного напряжения на его входе.

Обратимся к схеме на рис. 12.4. Выходной сигнал ГУН по цепи обрат­ной связи подается на вход В фазового дискриминатора. Величина посто­янного напряжения на выходе ФД зависит от того, насколько фаза сигна­ла В отличается от фазы опорного сигнала А. Выходной сигнал ФД уси­ливается усилителем постоянного тока, а затем поступает на вход ГУН и регулирует частоту его выходного сигнала.

Этот процесс продолжается до тех пор, пока сигнал В, подаваемый по цепи обратной связи, и опорный сигнал А не совпадут по фазе. Высокоча­стотные составляющие, присутствующие в выходном сигнале ФД, удаля­ются фильтром нижних частот (рис. 12.5). Буферный каскад, введенный в схему, предохраняет ГУН от перегрузки фазовым дискриминатором и нагрузкой, подключаемой к выходу схемы.

Рис. 12.5.

Схему ФАПЧ можно применять в качестве генератора колебаний с фиксированной частотой, например, в стереофонических декодерах и де­лителях частоты. Она может также работать в синтезаторах частоты и в измерителях частоты контролируемых процессов.

Система автоматического управления скоростью вращения двигателя

На рис. 12.6 изображена блок-схема системы управления скоростью вращения двигателя. Назначение этой системы — устанавливать и поддер­живать постоянной скорость вращения двигателя постоянного тока. Тре­буемая скорость вращения двигателя задается блоком установки скоро­сти. Двигатель управляется усилителем мощности постоянного тока. На валу двигателя насажен генератор постоянного тока, величина выходно­го напряжения которого зависит от скорости вращения двигателя. Вы­ходное напряжение генератора по цепи обратной связи подается на один из входов дифференциального усилителя. На второй вход подается на­пряжение от блока установки скорости. Дифференциальный усилитель сравнивает эти два напряжения, и на его выходе появляется сигнал, пропорциональный разности напряжений на входе. Предположим, что двигатель по какой-то причине начал вращаться быстрее, чем это было задано. В результате выходное напряжение генератора возрастает, а разность между этим напряжением и напряжением, подаваемым от блока установки скорости, на входе дифференциального усилителя уменьшается. При этом уменьшается выходное напряжение усилителя мощности, и, как следствие, скорость вращения двигателя возвращается к заданному значению. При снижении скорости вращения двигателя ниже заданного значения происходит обратный процесс.

Рис. 12.6.

Магнитофон

В магнитофоне звуковая (аудио) информация преобразуется в изменяю­щееся магнитное поле в узком зазоре головки записи. Это поле преобра­зуется в картину силовых линий на магнитной ленте, проходящей вдоль зазора с постоянной скоростью. При воспроизведении картина силовых линий магнитного поля на ленте снова преобразуется в изменяющееся магнитное поле и затем в аудиосигнал. Головка записи может быть ис­пользована и для воспроизведения.

Непосредственное намагничивание ленты вносит нелинейность. Что­бы избавиться от нее, аудиосигнал накладывается на высокочастотный сигнал, имеющий частоту 30-100 кГц и называемый высокочастотным (ВЧ) смещением. ВЧ-смещение используется также для стирания записи. Стирающая головка размещается перед головкой записи и включается только тогда, когда магнитофон работает в режиме записи.

Рис. 12.7.

На рис. 12.7 представлена блок-схема магнитофона. При переклю­чении в режим воспроизведения головка воспроизведения преобразует магнитную информацию на ленте в аудиосигнал. Этот сигнал последо­вательно проходит через предварительный усилитель, выходной каскад усилителя мощности и затем подается на громкоговоритель. В режиме записи работают обе головки — записи и стирающая. Аудиоинформация, поступающая от микрофона, усиливается и затем подается на преобразо­ватель (головка записи), который превращает ее в изменяющееся магнит­ное поле. Стирающая головка гарантирует, что лента очищена от всякой магнитной информации (прежде чем будут записаны новые сигналы).

13

Связь

Следующие четыре главы посвящены описанию различных методов свя­зи, или, другими словами, передачи информации. Передача информации между двумя субъектами (лицами или пунктами) может принимать са­мые различные формы. Самой распространённой из них является обыч­ная прямая речь, когда звуковые волны передаются непосредственно по воздуху. Флажки, лампы и дымовые сигналы — это визуальные мето­ды связи, которые имеют больший радиус действия, чем звуковые вол­ны. Во всех этих случаях информация передается только тогда, ко­гда имеет место изменение передаваемой количественной характеристи­ки сигнала. Так, например, свет электрической лампы, имеющей не изменяющуюся яркость свечения, не несет никакой информации. И толь­ко если свет прерывается согласно какому-то коду, информация переда­ется.

Описанные системы связи ограничены в своем радиусе действия и за­висят от состояния атмосферы. Звуковые волны могут распространяться на несколько сотен метров, но находятся в сильной зависимости от на­правления и силы ветра. Сигналы, передаваемые лампой, зависят от прозрачности воздуха.

Электрическая связь

Применение электричества как средства связи позволило преодолеть мно­гие из перечисленных трудностей. В электрической связи для передачи информации из одной точки пространства в другую используются различ­ные электрические колебания. Связь может осуществляться по проводам (проводная связь) или без проводов (радиосвязь).

Преобразователи

В любой системе электрической связи подлежащая передаче информация, например речь, музыка или данные, сначала должна быть преобразована в изменения тока или напряжения. На приемном конце электрический сигнал необходимо снова преобразовать в исходную информацию. Так, микрофон превращает звуковые волны в электрический сигнал, а на приемном конце электрический сигнал снова преобразуется в звуковые колебания с помощью громкоговорителя. Устройства типа микрофона громкоговорителя называются преобразователями.

Так же, как и в неэлектрических системах связи, поток информа­ции не может быть передан не изменяющимся током (или напряжением) или непрерывным тональным сигналом постоянной амплитуды или ча­стоты. Информация только тогда может быть передана из одной точки пространства в другую, когда на не изменяющийся ток или тональный сигнал оказывается какое-либо воздействие (модуляция). В настоящее время изобретено уже довольно много методов модуляции.

Ширина полосы пропускания

На рис. 13.1 изображена простейшая система электрической связи.

Она состоит из батареи и ключа или переключателя на передающем конце и электрической лампы на приемном. Передающая и приемная части системы соединены линией передачи. Вот простейший код этой системы: