~cd интегратор: цифровой и аналоговый элемент схемы
Интегратор – это электронный узел, выполняющий математическую операцию интегрирования. В цифровой технике интегратор реализуется с помощью специальных цифровых элементов, обладающих способностью накапливать сумму поданных на вход значений сигнала за определенный промежуток времени.
Виды интеграторов:
Интегратор на операционном усилителе: чаще всего применяется в аналоговых схемах для выполнения операции интегрирования непрерывного сигнала.
Цифровой интегратор: используется в цифровых устройствах для интегрирования ряда дискретных значений сигнала.
Особенности построения
Основой интегратора является элемент, способный складывать значения сигнала и выдавать их с учетом временных параметров. Для цифрового интегратора характерны использование цифровых элементов типа регистров, счетчиков, а также алгоритмов обработки данных.
Важным элементом в построении аналогового интегратора является операционный усилитель. На рисунке 1 показан сумматор-интегратор, также представлена формула расчета выходного напряжения. Если поменять местами резистор и конденсатор, получим дифференциатор.
"aligncenter size-full">
Рисунок 1. Аналоговый интегратор с формулой расчета
В цифровом интеграторе важным элементом является запаздывающий регистр z^(-1), который накапливает значение. Данный тип интегратора представляет собой рекурсивный фильтр первого порядка с коэффициентом 1(b) и коэф a.
"aligncenter size-full">
Рисунок 2. RTL Цифрового интегратора
Различие аналогового от цифрового
Основное различие между аналоговым и цифровым интегратором заключается в способе обработки сигнала. Аналоговый интегратор работает с непрерывными значениями входного сигнала, в то время как цифровой интегратор оперирует дискретными значениями, представленными в цифровой форме. Цифровой интегратор обладает более высокой точностью благодаря использованию цифровых методов обработки данных.
Применение интегратора
Интеграторы широко применяются в различных областях, включая системы управления, цифровую обработку сигналов, измерительные устройства, электронику медицинских приборов и многое другое. Они позволяют проводить анализ сигналов, вычислять интегралы сигналов и выполнять другие полезные функции.
Реализация Цифрового Интегратора на языке Verilog
В интегратор реализованы следующие параметры:
KOEF_ENA — Учитывает коэффициент перед фильтром. Данный коэффициент представляет 1/период дискретизации.
PERIOD — Период дискретизации. Схема расчета описана ниже и в комментариях кода.
DATA_WIDTH — Битовая длина информационной линии.
Точечная нотация фиксированной точки равна 1.15. На такой нотации работают большинство сигнальных процессоров. Код создавался и тестировался Quartus9.1, поэтому была необходимость прописывать умножение отдельным модулем. Однако, программа также можно использовать в своих проекта на Xilinx. Реализация параметров PERIOD не возможна на системных функциях в Quartus9.1, но проектах Vivado можно задействовать функции. Иным образом программа искажала generate RTL(см generate).
Для создания интегратора на микроконтроллере STM32F401, принимающего данные по SPI на частоте 1 МГц, вам потребуется настроить периферию SPI и реализовать алгоритм интегрирования данных. Ниже приведен пример кода на языке программирования C/C++ для STM32CubeIDE, который настраивает SPI на частоту 1 МГц и реализует простой интегратор для принятия данных по SPI:
Данный код настраивает SPI1 в режиме SLAVE, принимает данные и суммирует их в переменной ‘sum’. Не забудьте дополнить код обработчиками прерываний, если они необходимы в вашем приложении.
Заключение
Интегратор цифровой элемент – важный компонент современной электроники, находящий применение в различных областях науки и техники. Понимание его принципов работы и особенностей построения позволяет создавать более эффективные устройства и системы. Данная статья поможет широкому аудиторию получить информацию о данном уникальном узле электроники.