Generalitati privind circuitele de conversie a datelor

Generalitati privind circuitele de conversie a datelor

Asa cum am prezentat in paragrafele anterioare informatiile provenite din lumea fizica reala trebuie convertite intr-o forma compatibila pentru prelucrarea lor cu ajutorul sistemelor numerice. De asemenea, semnalele provenite de la sistemele numerice ca urmare a prelucrarii semnalelor de intrare trebuie convertite in semnale electrice .

In figura 1 se observa ca dupa blocul corespunzator traductoarelor si circuitelor de conditionare a semnalelor urmeaza un bloc de conversie analog-numerica care are ca principal element convertorul analog-numeric.

De asemenea in figura 2 se prezinta schema bloc pentru conversia din semnal numeric in semnal electric avand ca element principal convertorul numeric-analogic.

Dupa cum se observa in ambele figuri apare semnalul electric reprezentat sub forma numerica. Pentru a intelege mai usor aceasta reprezentare se vor prezenta in continuare cateva din cele mai utilizate coduri numerice .

1 Coduri folosite in conversia datelor

Asa cum am aratat anterior un convertor analog numeric atribuie unei marimi analogice un numar (cod) corespunzator valorii ei, iar un convertor numeric analogic furnizeaza marimea analogica corespunzatoare numarului aplicat la intrare. Aparent modul in care se face asocierea codului cu marimea analogica ar trebui sa nu prezinte importanta atat timp cat se asigura o corespondenta unica intre cele 2 marimi. Totusi din punct de vedere practic, ca urmare a necesitatii executiei anumitor operatii numerice se utilizeaza coduri bine definite matematic.

Codurile folosite depind in primul rand de polaritatea semnalului pe care il reprezinta. Astfel exista 2 tipuri de coduri : unipolare si bipolare. In primul caz domeniul de variatie al marimii analogice nu include nici o schimbare de semn iar in al doilea caz acesta cuprinde o schimbare de semn de regula cu zero la mijloc.

Deasemenea un cod numeric este caracterizat de numarul de biti M pe care este reprezentat si de numarul efectiv de biti pe care ar putea fi reprezentat un anumit domeniu de variatie al semnalului. Astfel daca M > N avem coduri redundante. Daca M=N atunci avem coduri neredundante. In tabelul 2.1 se prezinta cateva coduri numerice. Codurile redundante, desi au dezavantajul folosirii unui numar mai mare de biti, au avantajul eliminarii unor erori ce apar in procesele de conversie analog-numerca si numeric-analogica.

Tabelul.1

2 Coduri unipolare

Cel mai cunoscut cod binar unipolar este codul binar natural. Acesta asociaza valoarea 0 nivelului coborat si valoarea 1 nivelului ridicat; astfel 00..0 corespunde capatului inferior al domeniului de variatie al marimii analogice iar 11.1 corespunde capatului superior al aceluiasi interval. Daca notam cu b_k valoarea bitului k din codificarea numerica a semnalului atunci valoarea semnalului prin codificare binara naturala este :

cu valori in intervalul 0.2^N-1.

Deasemenea daca este necesara reprezentarea numerelor fractionale unipolare cel mai folosit cod este codul fractional. Valoarea zecimala corespunzatoare unei anumite secvente de intrare in codificare fractionala este :

cu valori in domeniul 0.1-2^-N .Se poate observa ca :

Pentru reprezentarea unipolara a semnalelor se mai pot folosi :

-codul binar inversat care are logica negativa fata de codul binar natural

-codul binar zecimal (BCD) se foloseste pentru reprezentarea cifrele de la 0 la 9 codificate pe 4 biti. Acesta prezinta dezavantajul pierderii unor combinatii posibile astfel incat asigurarea unei rezolutii bune necesita un numar mai mare de biti decat codurile binare. Simplitatea circuitelor de decodificare care recomanda acest cod pentru aparatura cu afisare numerica.

3 Coduri bipolare

Pentru a permite reprezentarea semnalelor bipolare multe circuite de conversie a datelor folosesc coduri care sa permita exprimarea atat a valorii marimii analogice cat si a semnalului acesteia. Codul semn marime foloseste un bit pentru semn iar restul pentru reprezentarea marimii (modulului). Pentru marime se poate alege fie un cod binar, fie un cod zecimal. Deoarece valoarea 0 poate fi asociata cu orice valoare a semnului poate rezulta o ambiguitate de reprezentare

- 0 = 100.0

ce creeaza dificultati atat la proiectarea convertorului si circuitelor numerice auxiliare, cat si a echipamentelor de prelucrare.

Codul binar deplasat se bazeaza pe transformarea codului binar natural in cod bipolar. Se asociaza valorii celei mai negative (capat inferior de gama) codul 00.0 iar valorii celei mai pozitive (capat superior de gama) se asociaza codul 11.1. Codul binar deplasat se intalneste mai ales la convertoarele bipolare realizate din convertoare unipolare cu cod binar natural.

Valoarea zecimala corespunzatoare unei secvente binare in cod binar deplasat este :

cu valori in domeniul (-2^N-1.0.2^N-1- 1)

Se observa foarte usor ca  D_CBD = D_CBN - 2^N-1

Acest cod prezinta avantajul trecerii usoare la codul complement lui doi prin inversarea MSB si elimina ambiguitatea reprezentarii valorii 0. Dezavantajul codului binar deplasat consta in schimbarea majora de biti in jurul valorii 0 ( trecerea de la 011.1 la valoarea 100.0)

Codul complement lui doi are avantajul compatibilitatii direct cu circuitele aritmetice ale majoritatii sistemelor de calcul utilizate in mod curent. Valoarea zecimala a unei secvente in cod complement lui doi se obtine din valoarea corespunzatoare codului binar deplasat prin inversarea valorii bitului b₁ de semnificatie maxima corespunzator relatiei :

Rezulta de aici ca :

cu valori in domeniul (-2^N-1.0.2^N-1-1).

De asemenea se observa ca : D_CCD = D_CBN - b₁2^N

Principalul dezavantaj al acestui cod este schimbarea majora de biti in jurul valorii 0 (trecerea de la 111.1 la valoarea 000.0)

Codul unu mobil este un cod neredundant in care fiecare secventa binara contine un singur bit cu valoarea 1 restul avand valoarea 0 si ii corespunde doar unei singure valori analogice. Acest cod presupune folosirea unui numar mult mai mare de biti pentru reprezentarea numerica decat in cazurile folosirii unor coduri binare. Astfel daca in cod binar natural o anumita valoare se reprezinta pe N biti in cod unu mobil pentru a avea aceleasi valori este nevoie de o secventa de M = 2^N-1 biti.

Acest cod este similar cu codul termometric si este utilizat la realizarea unor convertoare numeric analogice.

Codul termometric

Tipic un cod termometric are un numar de biti cu valoarea 1 egal cu valoarea zecimala pe care o reprezinta. Este un cod redundant si are cateva coduri de intrare numerice diferite la care corespunde aceeasi valoare de iesire. Pentru implementarea unui cod termometric este nevoie de un numar de biti dat de relatia : M = 2^N-1

Pentru rezolutii mari avem 2^N>>N si atunci foarte multe coduri corespund aceleiasi valori zecimale. De exemplu 10000, 01000, .00001 corespund valorii 1

11000, 01100, .00011 corespund valorii 2, etc.

Aceasta proprietate redundanta este foarte avantajoasa in unele aplicatii de realizare a circuitelor de conversie numeric analogice de mare performanta.