Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
арифметические действия и может поэтому взяться за обработку сигналов,
как только эти сигналы окажутся преобразованными в последовательность
двоичных чисел подобно музыке на компакт-диске.
И в самом деле, в будущем обработка сигналов, их передача и регистрация
будут в большинстве случаев осуществляться цифровыми методами.
Достоинством цифровой обработки сигналов (Digital Signal Processing, DSP)
являются абсолютная повторяемость, свободная от влияния случайных
изменений параметров (их разброса), легкость цифрового дистанционного
управления и запоминания всех функций. Возможность свободно
манипулировать сигналами во времени обеспечивает реализацию такой
обработки, которая слишком дорога или невозможна в аналоговом исполнении:
например, гребенчатые фильтры.
Что касается передачи и регистрации, то пример компакт-дисков показывает,
что цифровая система является мощным средством обнаружения и исправления
искажений или ошибок в сигнале, обусловленных повреждениями (из-за
отпечатков пальцев и царапин). Когда цифровые методы объединяются с
изощренностью обработки, появляются совершенно замечательные возможности;
иллюстрацией может служить способность факса распознавать пустые участки
на листе бумаги и не тратить на них лишние биты. Другой пример - это
видеотелефон, у которого телевизионная картинка передается в пределах
части полосы обычной телефонной линии, рассчитанной на передачу голоса.
Именно благодаря цифровой обработке сигналов 1250 линий телевизионного
изображения высокой четкости вместе с телетекстом и многоканальным
звуковым сопровождением спокойно умести-
474 МикроЭВМ и их применения
лись в равную 6 МГц полосу частот, которая, как считалось прежде, была
необходима для аналогового изображения с 625 строками и звукового
сопровождения в режиме "моно".
Поэтому эта книга была бы неполной без мимолетного упоминания о цифровой
обработке сигналов и краткого рассмотрения методов преобразования
сигналов из аналоговой формы в цифровую.
Цифровая обработка сигналов является одной из областей цифрового
проектирования и исчерпывающим образом излагается во многих других
книгах, а здесь глубоко рассматривать эти вопросы и невозможно, и
неуместно. Принцип действия специализированных ИС для цифровой обработки
сигналов, число которых постоянно растет, опирается на те основные идеи,
касающиеся схемной реализации и программного обеспечения, которые
рассматривались в последних двух главах. Однако их внутренняя
конфигурация отличается от того, о чем ранее шла речь, поскольку она
оптимизирована в расчете на быстрое выполнение последовательности
операций, насыщенных арифметикой и часто сопровождаемых другими
процессами, идущими параллельно.
В качестве иллюстрации цифровой обработки сигналов в следующем параграфе
разобран один из самых любопытных и важных примеров: цифровой фильтр.
14.13 Цифровые фильтры
В параграфе 11.22 мы видели, как из усилителей и интеграторов можно
собрать фильтры нижних частот, верхних частот и полосовой в форме фильтра
с варьируемой характеристикой (биквадратного фильтра). Затем в параграфе
11.23 мы увидели, что в фильтрах с переключаемыми конденсаторами сам
процесс интегрирования осуществляется по тактам путем накопления заряда в
конденсаторе. Отсюда нетрудно заключить, что в цифровой области
интегрирование можно реализовать путем синхронизированного с тактовой
последовательностью увеличения содержимого накапливающего регистра.
Фактически, еще в параграфе 11.21 мы рассмотрели аналоговый компьютер, а
в параграфе 11.22 стало ясно, что он может служить фильтром для
аналоговых сигналов. Аналогично мы можем взять цифровой компьютер и
запрограммировать его так, чтобы он действовал как фильтр по отношению к
дискретным сигналам.
Когда необходимо осуществить фильтрацию цифрового сигнала, считываемого,
например, с компакт-диска, можно поток чисел пропустить через "схему",
реализованную быстродействующими программными средствами. Рис. 14.19
служит иллюстрацией того, как можно воплотить идею фильтра с варьируемой
характеристикой в форме последовательности событий, происходящих в
программе. Конечно, для этого необходимо, чтобы нужные числа в нужный
момент времени уже были готовы к обработке и имелись внутренние регистры
для их хранения, пока арифметический процессор не будет готов к действиям
с ними.
Цифро-аналоговое преобразование 475
Рис. 14.19. Фильтр нижних частот второго порядка с варьируемой
характеристикой (а) и его схематическое изображение в форме цифрового
процесса (b).
Полный анализ работы цифровых фильтров быстро переходит на язык
математики, который неуместен в этой книге, но даже наш элементарный
качественный подход позволяет увидеть изящность этого процесса. В
результате последовательного повторения процедуры обработки типа той,
которая только что была рассмотрена, можно получить цифровые фильтры
высокой точности с быстрым спадом частотной характеристики при
минимальных фазовых искажениях. Сегодняшние скорости цифровой обработки
