Цифровые измерительные устройства

(конспект лекций)

Составитель: Громков Н.В.

Пенза. 2012

Введение

Предмет дисциплины и её задачи.

Под цифровыми измерительными устройствами (ЦИУ) в книге В.Ю. Кончаловского «Цифровые измерительные устройства» понимаются измерительные приборы с циф­ровыми отсчетными устройствами и весьма близкие к ним преобразователи «аналог — код».

Первые обычно называют цифровыми измерительными приборами (ЦИП), а вторые — аналого-цифровыми пре­образователями (АЦП).

АЦП первоначально понадобились для того, что­бы связать управляемый объект с ЭВМ. Однако когда они были созданы, их применение этим не ограничилось; вы­сокое быстродействие открыло для них ряд новых, не предполагавшихся ранее областей. Например, при испы­таниях сложных конструкций в автоматическом экспери­менте могут участвовать АЦП и ЭВМ, а управления объ­ектом здесь не требуется. Результаты обработки информа­ции в кодовой форме регистрируются на магнитных лентах, или других носителях информации, а по окончании эксперимента расшифровываются и изу­чаются. В другом варианте может регистрироваться изме­рительная информация на выходе АЦП, а ее математиче­ская обработка или просто расшифровка и изучение про­изводится впоследствии.

Вместе с тем создание АЦП дало и еще один исключи­тельно важный результат: вместе с ними появились циф­ровые измерительные приборы (ЦИП). Принципиально они очень близки к АЦП, но предназначены для самостоя­тельного применения: измерения напряжения, частоты, фа­зового сдвига, сопротивления и других, физических вели­чин. Цифровые измерительные приборы в отличие от АЦП представляют результат измерения в форме, пригодной для восприятия человеком. Для этого потребовались но­вые отсчетные устройства, не имеющие механических эле­ментов и пространственных перемещений. Цифровые отсчетные устройст­ва (ЦОУ) представляют результат измерения в гораздо более удобной и наглядной форме по сравнению со стрелочны­ми. Кроме того, здесь исключается субъективная погреш­ность, обусловленная округлением результата при отсчете по положению стрелки на шкале. Обычно ЦИП обеспечи­вают возможность не только наблюдения, но и регистра­ции результата измерений в цифровой форме, например с помощью электрифицированной цифропечатающей машин­ки. Для этого предусматривается еще и «кодовый выход» в виде электрического сигнала.

Появление и интенсивное развитие ЦИП, обладающих целым рядом безусловных преимуществ по сравнению с «не цифровыми» приборами (их стали называть аналого­выми), поставили вопрос о дальнейшем пути электроиз­мерительной техники вообще. Именно, не следует ли счи­тать, что аналоговые приборы доживают свой век и будут полностью вытеснены цифровыми? Первый довод против такого предположения — это технико-экономическая не­целесообразность. Действительно, ЦИП гораздо слож­нее и дороже большинства аналоговых приборов, во всяком случае таких, как простейшие стрелочные ампер­метры, вольтметры и пр. В последнее время, однако, убе­дительность этого довода уже не представляется столь очевидной. Технология производства простейших аналого­вых приборов в значительной мере стабилизировалась, а цифровых приборов непрерывно улучшается, что свойст­венно всякой молодой развивающейся отрасли. Важно так­же и то, что непрерывно снижается стоимость элементов ЦИП, в частности ИМС, что во многом связано с возра­стающей массовостью их производства для ЭВМ четвер­того поколения. Уже сейчас ЦИП внедрились в такие об­ласти электроизмерительной техники, где раньше трудно было ожидать их конкуренции с аналоговыми приборами.

В пользу аналоговых приборов есть более существен­ный довод. Не всегда цифровая форма представления ре­зультатов измерения является наилучшей. Колонка напе­чатанных цифр менее наглядна, чем непрерывная кривая, записанная на диаграмме. Более того, данные инженерной психологии говорят о том, что не только цифровая регист­рация, но и цифровой отсчет отнюдь не всегда дают выиг­рыш. Например, пилоту гораздо проще координировать свои действия по показаниям аналоговых индикаторов, чем цифровых.

В некоторых случаях наибольший эффект дает ком­промиссное решение — приборы и системы с сочетанием аналоговой и цифровой форм представления результатов измерения.

Целью изучения дисциплины является усвоение вопросов теории и практики дискретных преобразований, принципов построения цифровых устройств, анализа их метрологических характеристик, формирование логического мышления по использованию вопросов теории в практической деятельности, получение практических навыков для решения задач проектирования современных цифровых измерительных приборов и устройств.

В результате изучения дисциплины «Цифровые измерительные устройства» студент должен понимать:

- научно-техническую лексику (терминологию) в области дискретной техники;

- системы счисления, как основу кодирования измерительной информации;

- единство методов измерения в области аналоговой и цифровой техники;

студент должен знать:

- основы квантования и кодирования, классификацию цифровых устройств;

- методы аналого-цифрового преобразования, структурные схемы приборов;

- особенности цифровых методов измерения и их погрешностей;

студент должен уметь

- математически описывать функции преобразования, по заданному алгоритму;

- составлять структурные схемы;

- находить по функции преобразования мультипликативные погрешности преобразователей и приборов;

студент должен иметь представление:

- о справочных данных зарубежных и отечественных интегральных микросхем;

- о перспективах развития современной цифровой техники.

Цифровые измерительные устройства являются частью из общего класса

измерительных средств, и их изучение базируется на знании таких дисциплин как: математические и теоретические основы ИИТ, основы дискретной логики, основ электротехники, электроники, теории цепей и сигналов, теории информации, теории вероятностей и математической статистики и др.

Виды проводимых занятий: лекции – 51час, лабораторные занятия – 34 часа, курсовое проектирование, самостоятельная работа – 85 часов.

Зачёт, экзамен.

Структура и содержание дисциплины: