25

Системи та пристрої ,які мають імпульси аналогового синалу

Структурна схема системи , яка включає кожний засіб і об’єкти з аналоговим сигналом , має наступний вигляд.

{A _i}

f(t)

Error: Reference source not found {B_i} φ(t)

АЦП -аналогово-цифровий перетворювач ;

ЦАП - цифрово- аналоговий-перетворювач ;

F(t), φ(t) –вхідні і вихидні аналогові сигнали ;

{A _i},{B_i} – вхідні і вихідні цифрові дані ядра КС .

УП1і УП2 –узгоджуючий пристрій

ІВВ,ІВИВ –інтенсивність вводу-виводу даних ;

Як правило така система працює за наступним принципом : давачі об’єкта формують аналоговий сигнал f(1) про його стан ; АЦП перетворює аналоговий сигнал у цифрові коди {A _i}, які через УП1 та ІВВ поступають в ядро КС . Цифрові дані {A _i} опрацьовуються за функціональним програмним забезпеченням , яке є оригінальним для кожного типу системи . Формує вихідні результати , множину цифрових даних {B_i}, яка через інтерфейс виведення ІВИВ через УП2 поступає на ЦАП . ЦАП перетворює цифрові дані в аналоговий сигнал φ(t) , який керує виконавчими механізмами об’єкту ,які змінють у необхідній залежності до його стану.Таку систему називають замкнутою цифровою системою керування . В такій системі може бути велика кількість АЦП та ЦАП. Однак принцип функціонування такий самий .Може бути варіант побудови системи, коли виконується лише одна верхня ланка системи. Тобто системою розімкнутою –називають інормаційно -вимірювальною технікою. У таких системах аналогово-цифрові та цифро-аналогові перетворення повинні виконуватися за певними правилами.

АЦ –перетворення використовуються на основі дискретизації та квантування аналогового сигналу . Завдання цих процесів є перетворити аналоговий сигнал у множину цифрових кодів таким чином , щоб ця множина цифрових кодів із заданою точністю представляла характеристики аналогового сигнала. Відповідно ЦА –перетворення повинні забезпечувати перетворення множини цифрових кодів в аналоговий сигнал , характеристики якого повинні лежати в межах заданої точності . Особливості процесу АЦП в процесі дискретизації і квантування . Наприклад:

U

a)

б)

с)

Error: Reference source not found РИС2

На рисунку 2 (а) поданий сигнал f(t) , який необхідно перетворити в множину цифрових даних {A _i}.Цей процес умовно розбивається на 2 етапи :дискретизацію і квантування. Дискретизацію показано на рис2 (б). Цей стан передбачає заміну неперервного аналогового сигналу F(t) в множину мит’євих значень цього сигналу

{A _i*} у відповідність моменту часу t _I .Час між двома сусідніми виборками δt називається кроком дискретизації.

Δt = t _i-1 – t _i

_Якщо Δt =const тоді це рівномірна дискретизація, інакше нерівномірна(адаптивна).

Переважна більшість перетворень використовують рівномірну дискретизацію , бо ті легше реалізовуються .Крок дискретизації визначає кількість даних за певний відрізок часу .Чим більший крок дискретизації , тим менший потік даних через ІВВ та ІВИВ , відповідно простий і АЦП .Однак чим більший крок дискретизації ,тим менша точність подання аналогового сигналу в цифровій формі , тобто менша інформативність цифрових даних .Тому крок дискретизації потрібно вибирати виходячи з компромісу між кількістю даних і точністю відтворення аналогового сигналу в цифровій формі. На основі цього перетворення

Δt = t _i-1 – t _{I ,} а крок дискретизації для аналогового сигналу довільної форми

Δt < 1 / 2Fb

де Fb –це врахована частота частотного спектру сигналу , яка забезпечує представлення сигналу із заданою точністю . Використовується поняття ”частота дискретизації ”.

Fд= 1/ Δt >= 2Fb

Якщо Δt зробити більшим ,тоді ми не зможемо за виборками мати інформацію про характеристику аналогового сигналу. На практиці Fд=(3 - 10) F_b.

Процес квантування полягає у заміні миттєвого значення вибірки сигналу найближчим квантованим рівнем , який використовується при перетворенні .Для кожного перетворення встановлюється значення між двома квантованими рівнями.

ΔU і значення А_і повинні відповідати одному із цих значень, воно повинно бути найближчим до {A _i*} .величина ΔU також впливає на на точність представлення аналогового сигналу у цифровій формі за рівнем. ΔU бажано мінімізувати.

Значення між сусідніми значеннями (ΔU) наз. квантом перетворення .Якщо у системі задана похибка перетворення δ ,тоді ΔU<= 2δ, хоча на практиці ΔU<= δ;

В сучасних АЦП та ЦАП використовується подання множин {A _i} і {B_i} у двійковій системі числення . Для того , щоб вибрати кількість розрядів n , яка необхідна для подання множин {A _i},{B_i} використовується співвідношення :

Виходячи з цих етапів перетворення вибирають основні характеристики перетворювачів , на основі процесу дискретизації вибирається час перетворення , швидкість перетворення , а на основі процесу кантування , заданих походових перетворень вибирається кількість розрядів перетворювачів . Для реалізації процесів перетворення застосовують спеціальні ВІС АЦП та ЦАП. Основними характеристиками цих мікросхем є швидкодія чи час однакових перетворень , а також співвідношення між мах . і min значеннями аналогового сигналу для АЦП і кількістю вихідних цифрових розрядів цифрового коду ; А для ЦАП зворотні співвідношення –кількістю двійкових розрядів на вхід і діапазон зміни вихідного аналогового сигналу.

Ці мікросхеми реалізовуються за різними технологіями і різними схематичними перетвореннями . Характеристики сучасних АЦП лежать в межах від 8 до 16 вихідних двійкових розрядів , а вхідний сигнал може змінюватися до 10 В .Одні з кращих перетворень мають розрядність до 25 двійкових розрядів . Це складні перетворювачі. Характеристики перетворювачів можуть змінюватися , можуть вноситися нові похибки.

Похибки перетворення залежать:

• від нестабільності джерела живлення ;

• від зміни температури навколишнього середовища;

• від часової зміни внутрішніх елементів перетворювачів;

Ці фактори можливо впливають на Δ . Щоб усунути вплив розрядність перетворень беруть більшу на кількість розрядів.

УП як правило забезпечують не тільки вв/вив інформації , але визначають додатково час перетворень , є синхронізація даного пристрою у даній системі.

Щоб забезпечити мит’єві значення аналогового сигналу , або склад в АЦП , або як окремий елементом включають схему виборки і зберігання . Ця схема влючає в момент t_i на дуже короткий час і зберігання постійним значенням {A _i*} на протязі усього часу Δt .