ÊåöÜëáéï 6 ÁíáëïãéêÝò åßóïäïé Åðéäéùêüìåíïé óôü ïé: ¼ôáí ïëïêëçñþóåôå ôç ìåëýôç áõôïý ôïõ êåöáëáßïõ, èá åßóôå éêáíïß: é íá ðåñéãñüöåôå ôá áñáêôçñéóôéêü ôùí äéáôüîåùí ðïõ ìåôáôñýðïõí áíáëïãéêü ìåãýèç óå øçöéáêü é íá ðåñéãñüöåôå ôïí ôñüðï êáé ôéò åíôïëýò ñþóçò ôùí áíáëïãéêþí åéóüäùí.
êåöüëáéï 6 Óôï êåöüëáéï ðáñïõóéüæåôáé ç Ýííïéá ôùí áíáëïãéêþí óçìüôùí åéóüäïõ êáé ï ôñüðïò ìå ôïí ïðïßï ïé Ðñïãñáììáôéæüìåíïé Ëïãéêïß ÅëåãêôÝò ìåôáôñýðïõí êáé åéñßæïíôáé ôá áíáëïãéêü ìåãýèç. 6.1 ÁíáëïãéêÜ óþìáôá åéóüäïõ Ïé óçìåñéíýò óõóêåõýò åðåîåñãáóßáò äåäïìýíùí åßíáé øçöéáêýò ëüãù ôçò ôå íïëïãßáò êáôáóêåõþò ôïõò. ôóé ëåéôïõñãïýí ïé çëåêôñïíéêïß ìéêñï-åðåîåñãáóôýò êáé ïé ìíþìåò ðïõ âñßóêïíôáé óôçí êáñäéü ôùí óýã ñïíùí õðïëïãéóôéêþí óõóôçìüôùí. Ãéá áõôü ôï ëüãï, ôá øçöéáêü óþìáôá ðáñïõóéüæïõí éäéáßôåñï åíäéáöýñïí: åßíáé äåäïìýíá óå ìïñöþ ôçí ïðïßá ï åðåîåñãáóôþò åéñßæåôáé åýêïëá, ãñþãïñá êáé áðïôåëåóìáôéêü. ¼ìùò, ôá ðåñéóóüôåñá åíäéáöýñïíôá öõóéêü ìåãýèç ðáßñíïõí óõíå åßò ôéìýò, åßíáé äçëáäþ áðü ôç öýóç ôïõò áíáëïãéêü êáé ü é øçöéáêü. Ãéá ðáñüäåéãìá, åíäéáöåñüìáóôå íá åëýãîïõìå ôçí ôéìþ ôçò èåñìïêñáóßáò åíüò þñïõ, ôï âüñïò åíüò ðñïúüíôïò, ôç äéüñêåéá ìéáò êßíçóçò êëð. üëá áõôü åßíáé áíáëïãéêýò ðáñüìåôñïé ðïõ äåí åêöñüæïíôáé ìå ëïãéêýò ìåôáâëçôýò ôýðïõ TRUE/FALSE áëëü ïýôå êáé ìå øçöéáêýò ëýîåéò áðïôåëïýìåíåò áðü Ýíáí áñéèìü áðü bit. Ãéá áõôü ôï ëüãï ó åäüí üëá ôá óýã ñïíá óõóôþìáôá áõôïìáôéóìïý ñçóéìïðïéïýí Ýíá óõíäõáóìü áðü øçöéáêü êáé áíáëïãéêü óþìáôá. Ïé ÐËÅ åéäéêüôåñá äéáèýôïõí åéäéêýò ìïíüäåò (êüñôåò) åéóüäïõ ðïõ ìåôáôñýðïõí ôá áíáëïãéêü óþìáôá óå øçöéáêþ ìïñöþ êáôüëëçëç ãéá åðåîåñãáóßá áðü ôï ìéêñï-åðåîåñãáóôþ ôïõ ÐËÅ. Ôï ó Þìá 6.1 ðáñïõóéüæåé ôç ãåíéêþ äïìþ ìéá ìïíüäáò áíáëïãéêþò åéóüäïõ. Ï áíôéêåéìåíéêüò óêïðüò ôçò ìïíüäáò åßíáé íá óõëëüâåé Ýíá óõãêåêñéìýíï öõóéêü ìýãåèïò (ð.. ôç èåñìïêñáóßá) êáé íá áðïèçêåýóåé ùò øçöéáêü äåäïìýíï óôç ìíþìç ôïõ ÐËÅ. Ó Þìá 6.1: ÃåíéêÞ äïìþ ìïíüäáò áíáëïãéêþò åéóüäïõ Ç óõíïëéêþ áõôþ äéáäéêáóßá ïñãáíþíåôáé óå ôñßá óôüäéá. Ø Ôï áéóèçôþñéï (sensor) óõëëáìâüíåé êáé ìåôáôñýðåé ôï öõóéêü óþìá óå áíáëïãéêü çëåêôñéêü óþìá. ÊáôÜ êáíüíá, ôï ìåôñïýìåíï öõóéêü ìýãåèïò åßíáé ìéá áóèåíþò ìåôáâïëþ êüðïéáò ñïþò åíýñãåéáò êáé ìåôáôñýðåôáé óå åîßóïõ áóèåíþ çëåêôñéêþ ôüóç Þ çëåêôñéêü ñåýìá. Ø Ï åíéó õôþò (amplifier) ìåãåíèýíåé ôï áóèåíýò çëåêôñéêü óþìá ðïõ ðáñüãåôáé áðü ôï áéóèçôþñéï êáé ôï ìåôáöýñåé óå éó õñüôåñï ìýãåèïò, þóôå íá ìðïñåß íá ñçóéìïðïéçèåß ãéá ðåñáéôýñù åðåîåñãáóßá êáé ìåôáôñïðþ. Ôáõôü ñïíá ï åíéó õôþò ëåéôïõñãåß êáé ùò âáèìßäá áðïìüíùóçò, äéüôé áíôáðïêñßíåôáé ï ßäéïò (êáé ü é ôï áéóèçôþñéï) óôéò åíåñãåéáêýò áíüãêåò ôùí åðüìåíùí óôáäßùí åðåîåñãáóßáò ôïõ óþìáôïò. 68
ÁíáëïãéêÝò åßóïäïé Ø Ç äéüôáîç øçöéï-áíáëïãéêþò ìåôáôñïðþò (analog to digital converter) ìåôáó çìáôßæåé ôï áíáëïãéêü çëåêôñéêü ìýãåèïò óå øçöéáêþ ìïñöþ, êáôüëëçëç ãéá áðïèþêåõóç óå ìíþìç. ÐáñÜäåéãìá: ÌÝôñçóç öùôåéíüôçôáò ìå öùôïáíôßóôáóç Ç öùôïáíôßóôáóç (LDR, Light-Dependent Resistor) åßíáé Ýíá áðëüò çìé-áãùãüò êáôáóêåõáóìýíïò áðü ïîåßäéï óðüíéïõ ìåôüëëïõ (óõíþèùò óåëþíéï) ðïõ Ý åé ôçí éäéüôçôá íá ìåôáâüëëåé ôçí çëåêôñéêþ áíôßóôáóþ ôïõ üôáí öùôßæåôáé. ¼óï åíôïíüôåñï åßíáé ôï öùò ðïõ ðñïóâüëëåé ôïí çìéáãùãü, ôüóï ìåéþíåôáé ç áíôßóôáóç. Ôï ó Þìá 6.2 áðåéêïíßæåé ôç óõíþèç êáôáóêåõáóôéêþ ìïñöþ ôùí öùôïáíôéóôüóåùí. Ó Þìá 6.2: ÖùôïáíôéóôÜóåéò Ç öùôïáíôßóôáóç ìðïñåß íá ñçóéìïðïéçèåß ãéá ôçí êáôáóêåõþ åíüò áðëïý áéóèçôçñßïõ öùôåéíüôçôáò (ð.. ãéá ôçí êáôáãñáöþ ôçò çëéïöüíåéáò), üðùò óôï ó Þìá 6.3. Ó Þìá 6.3: Êýêëùìá áéóèçôþñéïõ öùôåéíüôçôáò êáé áðüêñéóç Ç öùôïáíôßóôáóç óõíäýåôáé óå Ýíá äéáéñýôç ôüóçò, üðùò óôï êýêëùìá ðïõ öáßíåôáé óôï áñéóôåñü ôìþìá ôïõ ó Þìáôïò. ¼ôáí ç öùôåéíüôçôá åßíáé áìçëþ, ç ôéìþ ôçò öùôïáíôßóôáóçò ðëçóéüæåé ôç ìýãéóôç (ðåñßðïõ 50ÊÙ) 69
êåöüëáéï 6 êáé ç ôüóç åîüäïõ ôïõ êõêëþìáôïò (óçìåßï Á ) ðñïóåããßæåé ôç ãåßùóç. ¼ôáí ç öùôåéíüôçôá åßíáé ìåãüëç, ç áíôßóôáóç ìéêñáßíåé êáé ç ôüóç åîüäïõ ðëçóéüæåé ôçí ôüóç áíáöïñüò ôùí 5 Volt. Ç äåîéü ðëåõñü ôïõ ó Þìáôïò áðåéêïíßæåé ãñáöéêü ôç óõó Ýôéóç ìåôáîý ôçò öùôåéíüôçôáò êáé ôçò ôüóçò åîüäïõ ôïõ áéóèçôçñßïõ. Ôï êýêëùìá ôïõ ó Þìáôïò 6.3 äåß íåé åðßóçò ôç ñçóéìüôçôá ôïõ åíéó õôþ ðïõ áíáöýñèçêå ðñïçãïõìýíùò. Ç ëþøç ôçò ôüóçò óôï óçìåßï Á ðñýðåé íá ãßíåé ìå Ýíá üñãáíï ðïõ ðáñïõóéüæåé ðïëý ìåãüëç áíôßóôáóç. Óå áíôßèåôç ðåñßðôùóç, ç ìýôñçóç ôçò ôüóçò óôï óçìåßï Á èá äçìéïõñãþóåé Ýíáí êëüäï ðáñüëëçëï ìå ôçí áíôßóôáóç ôùí 5ÊÙ. ÁõôÞ ç ðáñüëëçëç áíôßóôáóç ìåéþíåé ôç óõíïëéêþ ôéìþ ôçò áíôßóôáóçò óôï êüôù ìýñïò ôïõ äéáéñýôç ôüóçò åðïìýíùò, åðçñåüæåé êáé ôçí ôéìþ ôçò ôüóçò ðïõ ëáìâüíåôáé óôï óçìåßï Á. ÕðÜñ åé ìéá ìåãüëç ðïéêéëßá áðü áéóèçôþñéá êáôüëëçëá ãéá ôá äéáöïñåôéêü öõóéêü ìåãýèç. Ï ðßíáêáò ôïõ ó Þìáôïò 6.4 áíáöýñåé ïñéóìýíá áðü ôá êýñéá ìåôñïýìåíá ìåãýèç. Ïé êáôçãïñßåò ôïõ ðßíáêá áíôéóôïé ïýí óôéò âáóéêýò ïìüäåò öõóéêï- çìéêþí öáéíïìýíùí ðïõ óõíáíôþíôáé óôá áíôßóôïé á óõóôþìáôá: ìç áíéêü, çëåêôñïìáãíçôéêü, çìéêü, èåñìéêü êëð. Âåâáßùò, óôï åóùôåñéêü ôçò êüèå êáôçãïñßáò, ôá áéóèçôþñéá ðïõ ñçóéìïðïéïýíôáé ãéá êüèå öõóéêþ ðáñüìåôñï åßíáé ìåôáîý ôïõò äéáöïñåôéêü. Åðéðñüóèåôá, ôá áéóèçôþñéá ìðïñïýí íá äéáöýñïõí áíüëïãá ìå ôçí ðåñéï Þ ëåéôïõñãßáò ôïõò. ôóé, ãéá ðáñüäåéãìá ôï èåñìüìåôñï äéáóôïëþò åßíáé êáôüëëçëï ãéá ìýôñçóç áìçëþí êáé ìåóáßùí èåñìïêñáóéþí, åíþ ïé õøçëüôåñåò èåñìïêñáóßåò ðñïóäéïñßæïíôáé áðü ôï ñþìá (ôç óõ íüôçôá) ôçò åêðåìðüìåíçò èåñìéêþò áêôéíïâïëßáò ùñßò åðáöþ ìå ôï èåñìü óþìá. ÌÇ ÁÍÉÊÁ ÓÕÓÔÇÌÁÔÁ ÓÕÓÔÇÌÁÔÁ ÑÅÕÓÔÙÍ ÇËÅÊÔÑÉÊÁ ÓÕÓÔÇÌÁÔÁ ãñáììéêþ Þ ðåñéóôñïöéêþ ðõêíüôçôá ìüæáò [kg/m 3 ] çëåêôñéêþ ôüóç [V] áðüëõôç èýóç Þ ìåôáôüðéóç ðßåóç [Pa] çëåêôñéêü ñåýìá [A] Þ êëßóç [m, rad] ðáñï Þ [m 3 /s] çëåêôñéêþ áíôßóôáóç [Ù] ãñáììéêþ Þ ðåñéóôñïöéêþ ôá ýôçôá ñïþò [m/s] ùñçôéêüôçôá [F] ôá ýôçôá [m/s, rad/s] êéíçìáôéêü éîþäåò [cst] óõíôåëåóôþò óêýäáóçò ãñáììéêþ Þ ðåñéóôñïöéêþ åðéöáíåéáêþ ôüóç [N/m] (åðáãùãþ) [H] åðéôü õíóç[m/s 2, rad/s 2 ] Ýíôáóç çëåêôñïìáãíçôéêïý óõ íüôçôá êñáäáóìïý Þ ðåäßïõ [Á/m] ôáëüíôùóçò [Hz] Ýíôáóç ìáãíçôéêþò ñïþò [Wb] äýíáìç Þ ñïðþ [N, Nm] ÈÅÑÌÉÊÁ ÓÕÓÔÇÌÁÔÁ ÖÙÓ - ÇËÅÊÔÑÏÌÁÃÍÇÔÉÊÇ ÇÌÉÊÁ ÓÕÓÔÇÌÁÔÁ ÁÊÔÉÍÏÂÏËÉÁ èåñìïêñáóßá [ o C] öùôåéíüôçôá [Cd] óõãêýíôñùóç ìïñßùí èåñìéêþ éó ýò [W] óõíôåëåóôþò áíüêëáóçò Þ Þ éüíôùí [mole/m 3 ] êáôáíïìþ ôçò éó ýïò óôéò ìåôüäïóçò [rad] çìéêþ ïîýôçôá [PH] óõ íüôçôåò (öüóìá) [W] Ðïóüôçôá ñáäéåíýñãåéáò [Bq] äõíáìéêü ïîåéäïáíáãùãþò [V] ãùíßá ðüëùóçò [rad] êáôáíïìþ ôçò éó ýïò óôéò óõ íüôçôåò (öüóìá) [W] Ó Þìá 6.4: ÖõóéêÜ ìåãýèç [êáé áíôßóôïé åò ìïíüäåò ìýôñçóçò] 70
ÁíáëïãéêÝò åßóïäïé 6.2 Áíáëïãéêï-øçöéáêÞ ìåôáôñïðþ Ç åðåîåñãáóßá áíáëïãéêþí çëåêôñéêþí óçìüôùí óôçñßæåôáé óôç ñþóç äéáôüîåùí ðïëëáðëáóéáóìïý ôçò çëåêôñéêþò ôüóçò, ïé ïðïßïé ïíïìüæïíôáé ôåëåóôéêïß åíéó õôýò. íáò ôõðéêüò ôåëåóôéêüò åíéó õôþò (OpAmp, operational amplifier) Ý åé êýñäïò ôçò ôüîçò ôïõ 10 5 Þ êáé ìåãáëýôåñï. Ôï êýñäïò ïíïìüæåôáé êáé áðïëáâþ ôüóçò êáé åßíáé ï óõíôåëåóôþò áíáëïãßáò ìåôáîý ôçò ôüóçò åîüäïõ êáé ôçò ôüóçò åéóüäïõ. ôóé, Ýíáò ôåëåóôéêüò åíéó õôþò ìå êýñäïò 10 5 êáé ôüóç åéóüäïõ 1 V Ý åé èåùñçôéêþ ôüóç åîüäïõ 100 ÊV! Óôçí ðñüîç âåâáßùò ç ôüóç åîüäïõ ôïõ ôåëåóôéêïý åíéó õôþ ðåñéïñßæåôáé óå ðïëý áìçëüôåñåò ôéìýò êáé óõãêåêñéìýíá óôçí õøçëüôåñç ôüóç ôñïöïäïóßáò ðïõ ôïõ ðáñý ïõìå. Ï ôåëåóôéêüò åíéó õôþò Ý åé ìéá Ýîïäï êáé äýï åéóüäïõò ìå äéáöïñåôéêü ðñüóçìï. Ç ìßá ïíïìüæåôáé áíáóôñýöïõóá åßóïäïò êáé óõììåôý åé óôï ó çìáôéóìü ôçò åîüäïõ ìå áñíçôéêü ðñüóçìï êáé ç Üëëç ïíïìüæåôáé ìçáíáóôñýöïõóá åßóïäïò êáé óõììåôý åé ìå èåôéêü ðñüóçìï. Ïé çëåêôñéêýò ôüóåéò óôéò åéóüäïõò óõìâïëßæïíôáé óõíþèùò ùò V - êáé V + áíôßóôïé á. Ï ôåëåóôéêüò åíéó õôþò Ý åé åðßóçò äýï ôñïöïäïóßåò: èåôéêþ êáé áñíçôéêþ. Ç Ýîïäïò ôïõ åíéó õôþ ðåñéïñßæåôáé ìåôáîý áõôþí ôùí ôéìþí. ÄçëáäÞ ç èåôéêþ êáé áñíçôéêþ ôñïöïäïóßá êáèïñßæïõí áíôßóôïé á ôçí áíþôåñç êáé ç êáôþôåñç ôüóç ôçò åîüäïõ ôïõ åíéó õôþ. Ôï ó Þìá 6.5.á áðåéêïíßæåé Ýíá ðáñüäåéãìá ôåëåóôéêïý åíéó õôþ ìå êýñäïò ðåíþíôá éëéüäåò êáé ôñïöïäïóßá 3 Ýùò +5 Volt. Ëüãù ôïõ ìåãüëïõ êýñäïõò, ç ðáñáìéêñþ äéáöïñü ôüóçò óôçí åßóïäï Vin=V + -V - ïäçãåß ôçí Ýîïäï ôïõ åíéó õôþ óôï áíôßóôïé ï èåôéêü Þ áñíçôéêü üñéï ôçò. Ãéá ðáñüäåéãìá, ìéá äéáöïñü V in =-1 mv áíôéóôïé åß óå èåùñçôéêþ Ýîïäï 50 V êáé, åðåéäþ áõôü äåí åßíáé åöéêôü, ç ôüóç åîüäïõ âõèßæåôáé ùò ôï êáôþôåñï üñéï ôçò, äçëáäþ 3 V ðïõ åßíáé ç áñíçôéêþ ôüóç ôñïöïäïóßáò. Ç åîüñôçóç ôçò ôüóçò åîüäïõ áðü ôçí ôüóç åéóüäïõ ðáñïõóéüæåôáé äéáãñáììáôéêü óôï ó Þìá 6.5.â. Ó Þìá 6.5: Ôåëåóôéêüò åíéó õôþò Ôï ó Þìá 6.5.â äåß íåé üôé ðñáêôéêü ç Ýîïäïò ôïõ ôåëåóôéêïý åíéó õôþ åîáñôüôáé áðü ôï ðñüóçìï ôçò ôüóçò åéóüäïõ V in êáé ü é áðü ôï ìýãåèüò ôçò. ÄçëáäÞ, üôáí V + >V - ç Ýîïäïò åßíáé 5 V êáé üôáí V + <V - ç Ýîïäïò åßíáé 3 V. Ãéá ôï ëüãï áõôü ï ôåëåóôéêüò åíéó õôþò ïíïìüæåôáé êáé áíáëïãéêüò óõãêñéôþò äçëáäþ óõãêñßíåé äõï áíáëïãéêýò ôéìýò ôçò ôüóçò êáé äåß íåé ðïéá åßíáé ìåãáëýôåñç ìýóù ôïõ áíôßóôïé ïõ óþìáôïò ôçò åîüäïõ ôïõ. 71
êåöüëáéï 6 ÌÜëéóôá ìå êáôüëëçëç åðéëïãþ ôùí ôüóåùí ôñïöïäïóßáò ç Ýîïäïò ôïõ áíáëïãéêïý óõãêñéôþ ìðïñåß íá ðñïóáñìïóèåß óôá çëåêôñéêü áñáêôçñéóôéêü ôùí ëïãéêþí óçìüôùí. ÓõãêåêñéìÝíá ç Ýîïäïò ìðïñåß íá ëáìâüíåé ôéìýò 5 Þ 0 V, ïé ïðïßåò óå ðïëëïýò åðåîåñãáóôýò áíôéóôïé ïýí óôá ëïãéêü åðßðåäá True êáé False áíôßóôïé á. ÌåôáôñïðÞ åéìüññïõ Ç áðëïýóôåñç ìýèïäïò áíáëïãéêï-øçöéáêþò ìåôáôñïðþò ñçóéìïðïéåß áíáëïãéêïýò óõãêñéôýò, üðùò áõôüò ôïõ ðáñáäåßãìáôïò. Ç ìýèïäïò áõôþ ïíïìüæåôáé êáé ìåôáôñïðþ åéìüññïõ Þ êáôáññüêôç (flash conversion), ëüãù ôçò ôá ýôçôáò ìå ôçí ïðïßá ðñáãìáôïðïéåßôáé ç ìåôáôñïðþ ôïõ áíáëïãéêïý óþìáôïò óå øçöéáêü. Ç êåíôñéêþ éäýá ôçò ìåèüäïõ åßíáé ç ôáõôü ñïíç óýãêñéóç ôçò áíáëïãéêþò ôüóçò åéóüäïõ ìå ìéá óåéñü áðü ðñïêáèïñéóìýíåò óôüèìåò ôüóçò. Ôï ó Þìá 6.6 ðáñïõóéüæåé Ýíáí áíáëïãéêïøçöéáêü ìåôáôñïðýá åéìüññïõ ðïõ ìåôáôñýðåé ìéá áíáëïãéêþ ôüóç óôï äéüóôçìá 0 Ýùò V ref óå øçöéáêþ ëýîç, áðïôåëïýìåíç áðü äýï äõáäéêü øçößá (bit b1 êáé bit b0]. Ç ëýîç ôùí äýï bit ìðïñåß íá áðåéêïíßóåé 2 2 =4 äéáöïñåôéêýò ôéìýò (áõôþ åßíáé ç äéáêñéôéêþ éêáíüôçôá ôïõ óõãêåêñéìýíïõ Á/Ø ìåôáôñïðýá). ÅðïìÝíùò ôï åýñïò áíáëïãéêþí ôéìþí ôçò ôüóçò V ref êáôáíýìåôáé óå ôýóóåñá äéáóôþìáôá, ßóá ìåôáîý ôïõò. Áõôü åðéôõã Üíåôáé ìå Ýíá äéáéñýôç ôüóçò ðïõ áðïôåëåßôáé áðü ôéò ôýóóåñéò ßóåò áíôéóôüóåéò óôï áñéóôåñü ìýñïò ôïõ ó Þìáôïò. Ç ôüóç óå êüèå êüìâï ôïõ äéáéñýôç åßíáé êáôü V ref /4 õøçëüôåñç áðü åêåßíç ôïõ ðñïçãïýìåíïõ êüìâïõ. ôóé ï äéáéñýôçò äçìéïõñãåß ëþøåéò ôüóçò V ref /4, V ref /2 êáé 3V ref /4. Ó Þìá 6.6: Áíáëïãéêï-øçöéáêüò ìåôáôñïðýáò äýï bit 72
ÁíáëïãéêÝò åßóïäïé Ôï êýêëùìá ôïõ ìåôáôñïðýá ðåñéëáìâüíåé ôñåéò óõãêñéôýò. Ç ìç áíáóôñýöïõóá åßóïäïò êüèå óõãêñéôþ ôñïöïäïôåßôáé ìå ôçí ðñïò ìåôáôñïðþ áíáëïãéêþ ôüóç V e. Ç áíáóôñýöïõóá åßóïäïò êüèå óõãêñéôþ óõíäýåôáé ìå ìéá áðü ôéò ôüóåéò ðïõ ðáñüãåé ï äéáéñýôçò. ôóé, ç ëïãéêþ êáôüóôáóç óôçí Ýîïäï ôïõ óõãêñéôþ äåß íåé êáôü ðüóï ç áíáëïãéêþ ôüóç åßíáé ìåãáëýôåñç Þ ìéêñüôåñç áðü ôçí áíôßóôïé ç ëþøç áðü ôïõò êüìâïõò ôïõ äéáéñýôç. Ôï ó Þìá 6.7 áðåéêïíßæåé ôçí åîüñôçóç ôùí åîüäùí S0, S1, S2 ãéá äéáöïñåôéêýò ôéìýò ôçò ôüóçò åéóüäïõ. Óôï äéüãñáììá áõôü ç ôüóç åéóüäïõ åêöñüæåôáé óå áäéüóôáôåò ìïíüäåò ùò êëüóìá V e /V ref. Ó Þìá 6.7: ÔÜóç åéóüäïõ êáé áðïôýëåóìá ôùí óõãêñßóåùí Ôï ó Þìá 6.7 áíáöýñåé åðßóçò ôçí ôéìþ ôçò äõáäéêþò ëýîçò ðïõ áíôéóôïé åß óå êüèå äéáäï éêü äéüóôçìá ôüóçò (áðü äõáäéêü 00 Ýùò äõáäéêü 11). ôóé ïé óõíäõáóìïß ëïãéêþí êáôáóôüóåùí S0, S1 êáé S2 áíôéóôïé ïýí óå ôéìýò ôùí äõáäéêþí øçößùí b1 b0, óýìöùíá ìå ôïí ðßíáêá áëçèåßáò ôïõ ó Þìáôïò 6.8. Ç ìåôáôñïðþ áõôþ åðéôõã Üíåôáé ìå ëïãéêü êýêëùìá ðïõ âñßóêåôáé ôï äåîéü ìýñïò ôïõ ó Þìáôïò 6.6. ÄéÜóôçìá V e /V ref S2 S1 S0 b1 b0 0-1/4 0 0 0 0 0 1/4 1/2 0 0 1 0 1 1/2 3/4 0 1 1 1 0 3/4-1 1 1 1 1 1 Ó Þìá 6.8: Óõó Ýôéóç óõãêñéôþí êáé äõáäéêþí øçößùí Ïé äéáôüîåéò ìåôáôñïðþò åéìüññïõ åðéôõã Üíïõí ôï áìçëüôåñï ñüíï áíáëïãéêï-øçöéáêþò ìåôáôñïðþò óõíþèùò ëéãüôåñï áðü Ýíá åêáôïììõñéïóôü ôïõ äåõôåñïëýðôïõ (ìs). Ç ôá ýôçôü ôïõò ðåñéïñßæåôáé ìüíï áðü ôçí êáèõóôýñçóç ìåôáãùãþò ôùí çëåêôñïíéêþí óôïé åßùí áðü ôéò ïðïßåò åßíáé êáôáóêåõáóìýíåò. ÐáñÜ ôçí ôá ýôçôü ôïõò, ïé ìåôáôñïðåßò åéìüññïõ äå ñçóéìïðïéïýíôáé, üôáí áðáéôåßôáé ìåãüëç äéáêñéôéêþ éêáíüôçôá (äçëáäþ ìåãüëïò áñéèìüò bit ôçò ðáñáãüìåíçò øçöéáêþò ëýîçò), äéüôé áðáéôïýí ðïëý ìåãüëåò ðïóüôçôåò çëåêôñïíéêþí êõêëùìüôùí êáé óôïé åßùí õøçëþò áêñéâåßáò. íáò ìåôáôñïðýáò äéáêñéôéêþò éêáíüôçôáò Í bit áðáéôåß 2 Í -1 óõãêñéôýò êáé 2 Í ßóåò áíôéóôüóåéò. Üñç ðáñáäåßãìáôïò ãéá ôçí ðáñáãùãþ øçöéáêþí äåäïìýíùí åíüò Byte áðáéôïýíôáé 255 óõãêñéôýò êáé 256 áíôéóôüóåéò! 73
êåöüëáéï 6 6.3 Ç åöáñìïãþ ôùí áíáëïãéêþí åéóüäùí óôïõò Ðñïãñáììáôéæüìåíïõò Ëïãéêïýò ÅëåãêôÝò (ÐËÅ) Ïé ðåñéóóüôåñïé ÐËÅ êüèå êáôáóêåõáóôþ äéáèýôïõí ìéá ðïéêéëßá óõìâáôïý åîïðëéóìïý ãéá ôç óýíäåóç áíáëïãéêþí åéóüäùí. ÓõíÞèùò áõôüò ï åîïðëéóìüò Ý åé ôç ìïñöþ ìïíüäáò åðýêôáóçò (êüñôáò), ðïõ ðñïóáñìüæåôáé óôç âáóéêþ ìïíüäá ôïõ ÐËÅ. Ïé êüñôåò áíáëïãéêþí åéóüäùí óõíþèùò åîõðçñåôïýí ðïëëýò üìïéåò áíáëïãéêýò åéóüäïõò êáé êáôçãïñéïðïéïýíôáé ìå äýï âáóéêü êñéôþñéá. Ø Ôï åßäïò ôùí çëåêôñéêþí áíáëïãéêþí óçìüôùí ðïõ äý ïíôáé êáé åðïìýíùò ôï åßäïò ôùí áéóèçôçñßùí ðïõ ìðïñïýí íá óõíäåèïýí êáé íá óõíåñãáóèïýí ìå ôïí ÐËÅ. Ïé êýñéåò åðéìýñïõò ïìüäåò áõôþò ôçò êáôçãïñßáò åßíáé ïé áíáëïãéêýò êüñôåò ðïõ äý ïíôáé çëåêôñéêþ ôüóç êáé åêåßíåò ðïõ äý ïíôáé çëåêôñéêü ñåýìá. Åðéðñüóèåôá, ïé áðïäåêôýò ôéìýò áõôþí ôùí çëåêôñéêþí ìåãåèþí êéíïýíôáé óå ôõðïðïéçìýíá üñéá ðïõ ïíïìüæïíôáé ïíïìáóôéêýò ðåñéï Ýò, üðùò áíáöýñåé êáé ï ðßíáêáò ôïõ ó Þìáôïò 6.9. Ø Ôç äéáêñéôéêþ éêáíüôçôá, äçëáäþ ôïí áñéèìü áðü äéáöïñåôéêýò óôüèìåò óôéò ïðïßåò êáôáôüóóåôáé ôï áíáëïãéêü óþìá êáôü ôç ìåôáôñïðþ óå øçöéáêü äåäïìýíï. Ëüãù ôïõ äõáäéêïý ôñüðïõ áðåéêüíéóçò ôùí øçöéáêþí äåäïìýíùí, ç äéáêñéôéêþ éêáíüôçôá óõ íü åêöñüæåôáé óå äõíüìåéò ôïõ äýï Þ éóïäýíáìá- óå áñéèìü bit. Áíáëïãéêü ìýãåèïò ÇëåêôñéêÞ ÔÜóç Çëåêôñéêü Ñåýìá ÏíïìáóôéêÞ ðåñéï Þ ±50mV ±500mV ±1V ±5V ±10V ±20 ma 4-20mA Ó Þìá 6.9: ÓõíÞèåéò êüñôåò áíáëïãéêþí åéóüäùí Ôï ó Þìá 6.10 áðåéêïíßæåé ôç áñáêôçñéóôéêþ ôçò ìåôáôñïðþò, äçëáäþ ôçí áíôéóôïé ßá ìåôáîý áíáëïãéêþí êáé øçöéáêþí ôéìþí, óôç ãåíéêþ ðåñßðôùóç ôçò áíáëïãéêï-øçöéáêþò ìåôáôñïðþò ìå äéáêñéôéêþ éêáíüôçôá Í äõáäéêü øçößá (bit). 74
ÁíáëïãéêÝò åßóïäïé Ó Þìá 6.10: Áíôéóôïé ßá áíáëïãéêþí êáé øçöéáêþí ôéìþí Ïé áíáëïãéêýò êüñôåò ôùí ÐËÅ óõíïäåýïíôáé áðü áíôßóôïé ï åéäéêü ëïãéóìéêü. Ðñüêåéôáé ãéá Ýôïéìá õðï-ðñïãñüììáôá ëåéôïõñãéþí (function blocks) ðïõ åîõðçñåôïýí ôç óõíåñãáóßá ôïõ êýñéïõ ðñïãñüììáôïò ìå ôéò áíáëïãéêýò ìïíüäåò. Ïé êõñéüôåñåò âïçèçôéêýò ëåéôïõñãßåò ðïõ ðñïóöýñïõí åßíáé: Ø ç äõíáôüôçôá åíåñãïðïßçóçò Þ áðåíåñãïðïßçóçò ôçò áíáëïãéêþò ìïíüäáò (êüñôáò) Þ åíüò óõãêåêñéìýíïõ áñéèìïý áíáëïãéêþí åéóüäùí áðü áõôýò ðïõ õðïóôçñßæïíôáé áðü ôçí êüñôá, Ø ç åéóáãùãþ ðáñáìýôñùí ãéá ôç ëåéôïõñãßá ôçò áíáëïãéêï-øçöéáêþò ìåôáôñïðþò ð.. ãéá ôçí åðéëïãþ ôçò ïíïìáóôéêþò ðåñéï Þò, åüí ç êüñôá õðïóôçñßæåé ðåñéóóüôåñåò áðü ìéá. Ç óçìáíôéêüôåñç ëåéôïõñãßá ôïõò åßíáé ç åíåñãïðïßçóç ôçò áíáëïãéêï-øçöéáêþò ìåôáôñïðþò êáé ç áíüêôçóç ôïõ øçöéáêïý äåäïìýíïõ ðïõ áíôéóôïé åß óôçí óôéãìéáßá áíáëïãéêþ ôéìþ ôçò åéóüäïõ. Ç áíüêôçóç áõôþ ãßíåôáé óõíþèùò ìå ìéá áðëþ åíôïëþ öüñôùóçò, üðùò áõôýò ðïõ áíáöýñèçêáí óôçí åíüôçôá 1.3, ð.. LDA PW125 Óôï ðáñáðüíù ðáñüäåéãìá, ôï ëåéôïõñãéêü óýóôçìá ôïõ ÐËÅ áíáãíùñßæåé ïôé èá ðñýðåé íá ìåôáöýñåé óôïí êáôá ùñçôþ äåäïìýíá ìþêïõò ìéáò ëýîçò áðü ìéá èýóç ìíþìçò åéäéêïý ôýðïõ. Ï ÐËÅ åíåñãïðïéåß áõôüìáôá ôç ëåéôïõñãßá ôçò áíáëïãéêï-øçöéáêþò ìåôáôñïðþò êáé êáôá ùñåß ôï áðïôýëåóìá óôïí êáôá ùñçôþ. 75
êåöüëáéï 6 Ôï ó Þìá 6.11 áðåéêïíßæåé ôï ðåñéå üìåíï ôïõ êáôá ùñçôþ ìåôü ôçí åêôýëåóç ôçò åíôïëþò öüñôùóçò. Óôï ðáñüäåéãìá áõôü, ç êáèáõôü øçöéáêþ ôéìþ êáôáëáìâüíåé 13 bits: Ýíá bit ãéá ôï ðñüóçìï êáé 12 ãéá ôçí áðüëõôç ôéìþ. Ðñüêåéôáé åðïìýíùò ãéá Ýíá ìåôáôñïðýá ìå äéáêñéôéêþ éêáíüôçôá 8192 äéáóôçìüôùí Þ 13 bit. Ôá õðüëïéðá bit ôçò ëýîçò ñçóéìïðïéïýíôáé ãéá áíáöýñïõí ôõ üí óöüëìáôá ðïõ óõíýâçóáí êáôü ôç ìåôáôñïðþ, üðùò ð.. åüí ï ìåôáôñïðýáò õðåñ åßëéóå (üôáí ç áíáëïãéêþ ôéìþ ôçò åéóüäïõ îåöåýãåé áðü ôçí ïíïìáóôéêþ ðåñéï Þ) Þ åüí ç áíáëïãéêþ êüñôá ðáñïõóéüæåé âëüâç. Word PW125 - Accumulator Byte 2 Byte 1 Ðñüóçìï øçöéáêþ ôéìþ ðïõ áíôéóôïé åß óôï áíáëïãéêü ìýãåèïòýíäåéîç ( ùñßò ðñüóçìï) óöüëìáôïò Â15 Â14 Â13 Â12 Â11 Â10 Â9 Â8 Â7 Â6 Â5 Â4 Â3 Â2 Â1 Â0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0-260 2 Ó Þìá 6.11: Êùäéêïðïßçóç áíáëïãéêþò ôéìþò åéóüäïõ 76