Глава 8

СТРУКТУРЫ И АЛГОРИТМЫ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ЧАСТИ ИИС

8.1. Основные структуры аналого-цифровой части

Аналого-цифровая часть (АЦЧ) ИИС состоит из аналоговых измерительных каналов и системных аналого-цифровых устройств {САЦУ). Аналоговые измерительные каналы предназначены для восприятия входных величин, их преобразования в измерительные сигналы и последующего преобразования аналоговых сигналов с помощью измерительных цепей, а системные аналого-цифровые устройства служат для выполнения заданного множества анало­го-цифровых преобразований в составе самих систем.

Выделим основные элементы систем, без которых невозможно получение измерительной информации, и на этой элементной ба­зе определим возможные структуры АЦЧ. К основным элементам любых АЦЧ относятся датчики и аналоговые измерительные це­пи, которые обозначим через Д, устройства М, формирующие значения образцовых мер, устройства сравнения аналоговых сиг­налов и образцовых мер УС.

Устройство автоматического управления работой элементов АЦЧ также является необходимым элементом, но в первом при­ближении можно его считать равноценным для всех вариантов структур и поэтому не включать в состав базиса элементов, опре­деляющего основные структуры.

Для выявления основных структур АЦЧ предположим, что необходимо измерить п величин. Максимальное количество дат­чиков в этом случае должно быть равно п, минимальное — одно­му. В последнем случае датчик должен последовательно воспри­нимать все п величин.

Примем в первом приближении, что максимальное количество устройств сравнения и образцовых мер равно и, а минимальное— единице. В то же время будем подразумевать, что в некоторых структурах при измерении отдельных величин могут быть исполь­зованы перечисленные выше способы выполнения операций срав­нения и выдачи информации.

В табл. 8.1 показаны предельные количества основных эле­ментов ИС и основные структуры для рассматриваемого случая. Необходимо еще раз подчеркнуть, что здесь не представлены, но могут быть синтезированы многочисленные промежуточные (ком­бинированные) варианты. Следует пояснить, что под элементами УС и М здесь подразумевается набор устройств сравнения и фор­мирования мер, необходимых для реализации принятого алгорит­ма аналого-цифрового преобразования [8.1]. Этот набор может быть в измерительных каналах различным. Формирование ре­зультата аналого-цифрового преобразования в табл. 8 1 и на рис. 8.1 не отражено, так как считается, что оно производится в устройстве управления.

Таблица 8.1. Основные структуры АЦЧ

А. Предельные количества основных элементов структур АЦЧ

Аналоговые цепи	Параллельная работа	Последовательная работа
Датчики (Д) Устройства сравнения (УС) Образцовые меры (магазины или на­боры) (М)	п п п	1 (со сканирующим уст­ройством) 1 1

Б. Основные структуры

№ струк-	Количество элементов			№ струк­туры	Количество элементов
туры	Д	УС	м		Д	УС | М
1	п	п	п	5	1	п	п
2			1	6			1
3		1	п	7		1	п
4			1	8			1

^xoi Хц _я^хг* yd

X

у

т

^х01 ^Х11 ^Х21 УС-]

_и-

\

Г)

'ГЛ

М₁

^х0п ^ХШ ^х2п УС_П

C^j

'Г\

\

^х0п ^х1п ^х2п

ГЛу

^/Г\

ус„

\

Мп

а)

м

б)

О

'П

лХ,

^х01 ^х11 Х21

^х0п . ^Х1П ^х2п

(г

^xzi

УС

\

^x0l ^x1l ^x2l

<~^y

r\

i

УС

\

м

0)

СкУ

M

г)

Рис. 8.1. Основные варианты структур аналого-цифровой части ИИС:

с — пД—«УС—пМ; б — пД—пУС—М; в — лД—УС—М; г — Д-УС-М

Еариант структуры		Тип структуры	1	Количество элементов 5
по рис. 8.1	по табл. 8.1		Д	УС	к	м	СкУ
а	1	Параллельного действия (мно­гоканальная)	п	п	—	п	—
б	2	Мультиплицированная	п	п	—	1	—
в	4	Параллельно-последовательно­го действия	п	—	п	1	—
г	8	Последовательного действия	1	1	—	1	1

На рис. 8.1 представлены структуры, нашедшие наибольшее распространение. К ним относятся структуры АЦЧ параллельно­го принципа действия (рис 8.1,а), параллельного принципа с об­щим набором образцовых мер (рис. 8.1,6), параллельно-последо­вательного (рис. 8.1,в) и последовательного (рис. 8.1,г) принци­пов действия. Перечисленные варианты структур на практике имеют более или менее установившиеся названия: а —многока­нальные, б — мультиплицированные, в — многоточечные, г — ска­нирующие или развертывающие структуры.

В последующем рассматриваются АЦЧ систем, имеющие именно эти структуры.

Сопоставим между собой структуры последовательного ( ),

параллельного (||), параллельно-последовательного (—|]—) дей­ствия, а также мультиплицированную структуру (^ ) по количе­ству элементов 5, времени измерения Т, пропускной способности С и вероятности безотказной работы Р (табл. 8.2). Через СкУ и К в табл. 8.2 обозначены соответственно сканирующие и коммута­ционные устройства.

При сопоставлении этих структур примем, что характеристики однотипных элементов в них одинаковы и структуры отличаются одна от другой количеством элементов и функциональными свя­зями между ними, что все АЦЧ предназначены для преобразова­ния п величин, размещенных в пространстве.

В табл. 8.2 приведены выражения для S, Т, С и Р с индекса­ми, относящимися к соответствующим типам структуру Под min С⁴ понимается наименьшая из пропускных способностей эле-

i

		Характеристики
	Быстродействие Г	Пропускная способность С	Вероятность безотказной работы Р
	^Д+^УС+^М	п min С£	-(l-Vyc^M)"
	■"Я+Тус+^М	п minQ	(^д^ус)^м<^< <[1-(1-РдРУС)]"Рм
	1д+"('сМ+тУС-Ьт:к)	minQ	<[1-(1-Рд)В]РусРМ
	П^д+тус+тм+хСкУ)	mi n С i \	^ = ^W^WckV

ментов системы (Д, М, УС, СкУ и К), под т — постоянная вре­мени элементов.

Необходимо отметить, что приведенные в табл. 8.2 данные могут быть использованы лишь для грубой оценки характеристик структур АЦЧ и должны уточняться в зависимости от типа и ре­жима работы систем. Так, при оценке вероятности безотказной работы системы можно считать, что выход из строя любого из элементов в системе последовательного действия приведет к вы­ходу из строя всей системы. В то же время в системе параллель­ного действия отказ одного элемента приведет только к неполно­ценной работе системы — отказу одного из п каналов измерения. Время работы отдельных элементов в АЦЧ различного типа не может выбираться произвольно, между их работой должна быть определенная взаимосвязь, которая будет ясна из дальнейшего.

Остановимся на типовых алгоритмах и особенностях функци­онирования основных структур аналого-цифровых частей ИИС.