Дослідження ефективності використанні ДІКМ при передачі сигналів звукомовлення

1. Спеціальні мікроконтролерні функції:

 
    

• скидання по подачі живлення і програмований детектор короткочасного

 зниження  напруги живлення;

• вбудований RC-генератор, що калібрується;
• внутрішні і зовнішні джерела переривань;
• п'ять режимів зниженого споживання: Idle, Power-save, Power-down, Standby і зниження шумів ADC.

2. Виводи I/О і корпуси:

• 23 програмованих лінії введення/виводу;
• 28-вивідний корпус PDIP, 32-вивідний корпус TQFP і 32-вивідний корпус MLF.

    7) Робоча напруга 4,5 - 5,5 В.

    8) Робоча частота 0 - 16 МГц. 
 

    4.8 Вибір цифрового компресора  

    Цифровий  компресор буде реалізовано за допомогою  швидкодіючого мікроконтролера (МК). Він повинен в основному задовольняти частотні показники системи та мати внутрішню парезаписувану пам'ять. Враховуючи необхідну максимальну  робочу частоту, яка дорівнює 120 кГц, необхідно обрати МК ATmega8, який також дешевше аналогів та є більш функціональним для подальшого розширення системи передавання . Цей елемент вибирається з зарубіжної елементної бази, тому що вітчизняні виробники не виготовляють сучасних універсальних МК.

     Даний МК дозволяє забезпечити µ-закон компресії. Для зменшення відношення сигнал-шум квантування використовують нерівномірне квантування, коли менші рівні сигналу квантуються з меншим кроком, а більші - з більшим.

     Нелінійне кодування здійснюється у відповідності  з нелінійною амплітудною характеристикою, яка є апроксимацією квазілогарифмічної функції. Амплітудна характеристика складається  з 8-ти відрізків по 4 у кожній половині біполярної характеристики (L₀ - L₇). Сегменти -L₀, L₀, мають однаковий кут нахилу, тому їх вважають єдиним сегментом, а характеристику компресії 7-ти сегментною. У межах кожного сегмента розміщено рівномірно по 8 кроків квантування K=0..8 [5].

     У 8-ти розрядному нелінійному коді 1 біт кодового слова d₁ вказує на полярність сигналу; d₂ ,d₃ ,d₄ – двійкове подання номера сегмента, останні чотири розряди d₅ - d₈ – двійкове подання номера кроку квантування у межах сегмента K=0..7. Крок квантування q змінюється при переході від сегмента до сегмента і в залежності від номера сегмента визначається: 

      ,                                              (4.6)

       

      .                                      (4.7) 

     Напруга квантування обирається згідно до обраного АЦП і становить  В. Тоді крок квантування розраховується за формулою (4.6): 

     

(мВ). 

     Амплітудна  характеристика даного компресора показана на рисунку 4.4. На графіку представляє нормоване значення напруги обмеження.

     

     Рисунок 4.4 – Амплітудна характеристика компресора 

     Даний принцип експандування є цифровий. Принцип роботи: кодова послідовність що утворилася з виходу АЦП надходить на шину адрес в внутрішньої пам’яті МК, де за допомогою µ-закону компресії кодова послідовність надходить на шину даних і розширюється, формуючи вихідний код. Розрядність при цьому збільшується з 8 до 9 розрядів. 
 

    4.9 Вибір регістра 

    Регістр у даній системі виконує роль перетворення парального коду з виходу ЦК у послідовний код для подачі в об’єднувач сигналів.

    Початкові дані:

• кількість розрядів – 8;
• тип логіки – ТТЛ;
• паралельне введеня інформації.

          Основні параметри  регістрів різних типів подано в  таблиці 4.5. 
 
 
 

          Таблиця 4.5 – Основні параметри регістрів різних типів

 

    Регістром, що задовольняє необхідні вимоги, є регістр типу К555ИР10.

 Це 8-розрядний зсувний регістр з  послідовним виводом, паралельним вводом[14]. 
 

    4.10 Розрахунок потужності пристрою 

    Розрахунок  потужності пристрою визначається як сума потужності кожної мікросхеми даного пристрою.

    Потужність  пристрою можна визначити за формулою: 

          .                                        (4.7) 

    Визначається  потужність, що споживається мікросхемою  КР140УД6: 

    

 

    Визначається  потужність, що споживається мікросхемою  К555ИР10: 

    

 

    Потужність, що споживається мікросхемами АЦП, ЦАП  та МК, становить 875, 480 та 2000 мВт відповідно.

    Загальна  потужність системи розраховується за формулою: 

                                                    (4.8) 

    Підставивши отримані раніше значення, розраховується загальна потужність системи: 

    

 

    Отже, у даному розділі визначено загальні параметри та характеристики системи на базі АДІКМ, загальна потужність кодера становить 5,73 Вт. Схема електрична принципова кодера АДІКМ знаходиться в графічній частині креслень у додатку В.  

     
 4.11 Розрахунок часового балансу 

    Розраховується  баланс часу кодера АДІКМ. При цьому  розрахований сумарний час затримки сигналу в АДІКМ повинен бути меншим періоду 

 дискретизації  сигналів звукомовлення на передавальній частині АЦО.

    Період  дискретизації розраховується за формулою: 

     .                                                      (4.9) 

    Підставивши значення частоти дискретизації, отримаємо: 

    

 

    Баланс  часу кодера АДІКМ розраховується як сума часу затримок всіх його компонентів: 

     ,                                (4.10) 

    де  – час затримки суматора;

          – час затримки інтегратора;

          – час перетворення АЦП;

         – час встановлення ЦАП;

         – час встановлення ЦАП;

         – час встановлення вихідної напруги регістра.

    Підставивши значення, отримаємо: 

    

. 

    Отже, баланс часу кодера дорівнює 3,363 мкс, який є меншим періоду дискретизації вхідних сигналів, а це означає що всі елементи підібрано вірно та відповідно заданим параметрам. 
 
 
 
 
 
 
 

         3.2 Електричний розрахунок декодера 

     3.2.1 Вибір перетворювача коду 

     Пропонується  реалізувати перетворювач коду на мікросхемі, а саме, на мікропроцесорі, який повинен  мати високу чутливість та працювати  на частоті, яка перевищує 127 МГц.

     В таблиці 4.1 наведено приклади мікросхем, які можна використати як перетворювач коду: 

     Таблиця 3.6 – Основні параметри перетворювачів коду

 

     З вищеперерахованих обирається мікросхема ADSP-2195, яка найбільше задовольняє поставленим вимогам. Повний перелік її характеристик подано в додатку. 
 

     3.2.2 Формувач імпульсів 

     Формувач  імпульсів пропонується організувати у вигляді мікросхеми, основною вимогою  ставиться те, щоб робоча частота  перевищувала 127 МГц та щоб ця мікросхема була сумісна з ТТЛ логікою.

     В таблиці 3.7 наведено приклади мікросхем, які можна використати як формувач імпульсів:   
 
 
 
 
 
 
 

     Таблиця 3.7 -  Основні параметри формувачів імпульсів

 

     З вищеперерахованих мікросхем обрано CE8950A-LZ-155.520-T-C-EL так як вона найбільше задовольняє поставленим умовам. Детальний опис мікросхеми наведено в додатку. 
 

     3.2.3 Вибір регістра зсуву 

     Регістр зсуву застосовується для перетворення послідовного коду, з лінії зв’язку  на паралельний з подальшим його розширенням. Регістр повинен обиратись  з наступних умов: його розрядність  повинна становити к мінімум 8 та допустима частота роботи повинна перевищувати розраховану тактову частоту.  Також час встановлення регістру повинен бути мешим тактового періоду, який становить 3,95 нс. 

     Таблиця 3.8 – Параметри різних регістрів