Figure 8‑10 Составляющие сигнала до подмены частот

Частоты меньшие частоты Найквиста (f_S/2=50 Гц) дискретизируются корректно, как показано на Figure 8 -11. Частоты большие частоты Найквиста оказываются подмененными. Например, F₁ (25 Гц) представляется корректно, однако F₂ (70 Гц), F₃ (160 Гц) и F₄ (510 Гц) окажутся подмененными на частоты 30 Гц, 40 Гц и 10 Гц, соответственно.

Figure 8‑11. Пример подмены частот

Для расчета подмененных частот используется равенство:

Подмененная частота = ABS(Ближайшее целое кратное частоты дискретизации – Входная частота),

где ABS - абсолютная величина.

Подмененная частота F₂ = |100-70| = 30 Гц.

Подмененная частота F₃ = |(2)100-160| = 40 Гц.

Подмененная частота F₄ = |(5)100-510| = 10 Гц.

8.5.2. Определение нужной частоты дискретизации

Figure 8‑12. Влияние различной скорости дискретизации

В примере A синусоидальный сигнал с частотой f дискретизируется с равной ей частотой. В результате происходит подмена частоты в постоянный ток (нулевая частота). Однако, если Вы увеличите частоту дискретизации до 2 f_S, цифровой сигнал будет иметь правильную частоту или то же количество периодов, поскольку исходный сигнал будет иметь вид треугольного сигнала, показанного в примере B. Делая частоту дискретизации значительно выше f_S можно воспроизвести сигнал более точно. В примере C частота дискретизации равна 4 f_S / 3. Поскольку в этом случае частота Найквиста ниже f_S, (4 f_S / 3×1)/2 = 2 f_S / 3, дискретизация порождает подмену частот и искажение формы сигнала.

8.6. Цифрой ввод-вывод

Аналоговый сигнал непрерывно изменяется во времени. Цифровой, или бинарный, сигнал имеет только два возможных дискретных уровня – высокий уровень (ON) или низкий уровень (OFF).

Figure 8‑13. Типы сигналов

Одним из примеров цифрового сигнала может служить сигнал транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ). ТТЛ-сигнал обладает следующими характеристиками, как показано на Figure 8 -14:

0 V – 0.8 V = низкий логический уровень (Low)

2 V – 5.0 V = высокий логический уровень (High)

Максимальная длительность положительного/отрицательного фронта = 50 ns

Figure 8‑14. Ттл-сигнал

8.6.1. Цифровые линии и порты

Важными частями цифровой системы ввода/вывода являются цифровые линии и порты.

Линия (line)– это индивидуальный сигнал, который соотносится с физическим терминалом. Данные, которые проходят через линию, называются битами, которые принимают двоичные значения 1 или 0. Термины «линия» и «бит» взаимозаменяемы.

Порт (port)– это набор цифровых линий. Обычно линии группируются в 8-битный порт, другими словами в порт с восемью линиями. Большинство устройств серии E имеют один 8-битный порт. Ширина порта соответствует количеству линий в порте. Например, если порт имеет восемь линий, значит ширина порта равна восьми.

8.6.2. Квитирование

Квитирование (Handshaking – рукопожатие) используется в процессе связи с внешними устройствами на основе обмена сигналами запроса и подтверждения при передаче каждой порции данных.

Например, использование квитирования для ввода изображения от сканера в измерительное устройство включает следующие шаги.

1. Сканер посылает импульс в измерительное устройство после того, как он завершит сканирование изображения и будет готов передавать данные.

2. Измерительное устройство считывает 8-, 16- или 32-битные цифровые выборки.

3. Затем измерительное устройство посылает в сканер импульс, который позволяет сканеру узнать, что эта цифровая выборка прочитана.

4. Сканер выдает другой импульс, когда он готов послать следующую цифровую выборку.

5. После получения этого цифрового импульса измерительное устройство считывает очередную цифровую выборку.

Этот процесс повторяется, пока не будут переданы все выборки.

Примечание. Не все устройства поддерживают квитирование. Для выяснения сведений о поддержке квитирования воспользуйтесь технической документацией на устройство. Из устройств серии E квитирование поддерживают только те, которые имеют более восьми цифровых линий, т.е. те, которые содержат на плате встроенный чип 8255.