Классификация цифровых средств измерений по назначению.
измерительный прибор - средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне;
измерительный преобразователь - техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи;
измерительная установка (измерительная машина) - совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенная для измерений одной или нескольких физических величин и расположенная в одном месте;
измерительная система - совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта и т.п. с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях;
измерительно-вычислительный комплекс - функционально объединенная совокупность средств измерений, ЭВМ и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения в составе измерительной системы конкретной измерительной задачи.
Блок-схемы цифровых измерительных преобразователей и приборов.
Рис.VI.1. Обобщенная блок-схема цифрового измерительного устройства.
Здесь: ВУ – блок входных устройств, к которым относятся устройства выбора предела измерения, устройства определения и выбора полярности измеряемой величины, устройства, повышающие входное сопротивление цифрового прибора и его помехозащищенность и т.п.
АП – блок аналогового преобразования, в котором происходит преобразование аналогового сигнала одного вида в аналоговый сигнал другого вида, наиболее удобный для процесса получения численного значения измеряемой величины. Как уже упоминалось, у практически используемых АП, в большинстве случаев, входной сигнал преобразовывается в напряжение постоянного тока, временной интервал, а также частоту или число электрических импульсов.
АЦП – блок аналого-цифрового преобразования, в котором выполняются основные измерительные операции – дискретизация во времени, квантование по уровню и кодирование измеряемой аналоговой величины в той или другой системе счисления.
УО –устройство обработки, в котором может происходить простейшая предварительная обработка результатов измерения, например:
· Вычисление частоты по измеренному периоду в частотомерах низких и инфранизких частот;
· Вычисление среднего значения сдвига фаз в цифровых фазометрах;
· Вычисление среднего значения результатов серии измерений, что дает возможность уменьшить случайную составляющую погрешности измерения;
· Осуществление цифрового метода коррекции дрейфа параметров измерительного устройства, с целью уменьшения систематической погрешности измерения.
ЦОУ - блок цифрового отсчетного устройства, как правило, включающего в себя жидкокристаллические, газоразрядные или светодиодные индикаторы, схемы управления этими индикаторами, а также преобразователи кодов чисел из системы счисления, в которой непосредственно получается числовой эквивалент измеряемой величины в код числа, необходимый для правильной работы используемого индикатора.
Системы счисления и коды, применяемые в цифровых измерительных устройствах.
Регистры и счетчики импульсов.
Устройства, содержащие несколько триггеров, состояние которых определяется числом поступивших на вход устройства импульсов, называют счетчиком. Различают суммирующий, вычитающий и реверсивный счетчики.
У суммирующего счетчика (рис. 4.25) выходное число, хранимое в счетчике, увеличивается при поступлении на его вход первого импульса. Если первый входной импульс уменьшает выходное число, то счетчик – вычитающий.
Реверсивный
счетчик может
переключаться из режима суммирования
в режим вычитания и наоборот. Максимальное
число состояний счетчика называют
его модулем (М),
причем М £
2n,
где n –
число двоичных разрядов (триггеров)
счетчика.
Таблица 4.2 Зависимость полученной информации на выходы триггера от количества поступивших на вход сигналов |
|||
N |
Q0 |
Q1 |
Q2 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
2 |
0 |
1 |
0 |
3 |
1 |
1 |
0 |
4 |
0 |
0 |
1 |
5 |
1 |
0 |
1 |
6 |
0 |
1 |
1 |
7 |
1 |
1 |
1 |
8 |
0 |
0 |
0 |
Наиболее часто используются последовательные двоичные счетчики. Схема такого трехразрядного счетчика на JK-триггерах приведена на рис. 4.25. На входы J и K триггеров подается логическая единица. В этом случае с приходом очередного синхроимпульса триггер будет каждый раз изменять свое состояние на противоположное. Выходные двоичные числа счетчика и число N поступивших на его вход импульсов приведены в таблице 4.2. Предполагается, что в исходном состоянии показания счетчика равны нулю. Таким образом, М-й импульс возвращает показания трехразрядного счетчика в исходное нулевое состояние.
Из анализа значений Q2 (табл. 4.2) следует, что счетчик можно использовать в качестве делителя частоты в М раз.
Обычно в счетчиках используют JK-триггеры с дополнительными R- и S-входами. Используя эти дополнительные входы и комбинационные схемы, можно осуществить начальную установку некоторого исходного заданного кода, а также осуществить сброс показаний счетчика при достижении другого заданного двоичного кода.
Счетчики широко используются в компьютерах для получения последовательности адресов команд, для деления частоты задающего кварцевого генератора, а вместе с дешифраторами – для генерации заданной последовательности логических сигналов и т.п.
Регистром называется совокупность триггеров, предназначенных для хранения двоичного слова. Обычно в регистрах дополнительно предусмотрены операции записи двоичного числа, его чтения, поразрядного сдвига и т.п. Схема простейшего регистра на трех D-триггерах приведена на рис. 4.26. Входы D-триггеров используются для подачи записываемого двоичного слова. Запись осуществляется при появлении синхронизирующего импульса. Информацию из регистра можно прочитать с выходовQ0, Q1, Q2. Так как ввод и вывод кода в этом регистре происходят параллельно, то такой регистр называют параллельным.
В последовательном регистре, называемом также сдвиговым регистром, вводимый код подается поразрядно, начиная со старшего разряда, на первый триггер регист
ра (рис. 4.27). Синхронизирующий импульс поступает на все триггеры регистра одновременно. При этом в каждом последующем триггере запоминается выходной сигнал от предыдущего триггера.
Если
регистр содержит N триггеров,
то для его заполнения нужно
подать N синхроимпульсов.
Вывод
хранимого кода можно производить или
параллельно, или последовательно с
выходного триггера регистра при подаче
дополнительных синхроимпульсов. Регистры
широко используются в компьютерах в
качестве элементов памяти и при построении
арифметико-логических устройств
микропроцессоров.