7. Исследование датчика частоты вращения двигателя внутреннего сгорания
Разработанный преобразователь (рисунок 3.16) частоты вращения содержит датчик 1 частоты вращения вала, формирователь 2 импульсов, фильтр 3 нижних частот, измерительный прибор 4, диск 5 с прорезями и выступами, установленный на валу, катушка индуктивности 6 с магнитным сердечником, жестко закрепленная вблизи прорезей и выступов диска. Формирователь 2 импульсов изготовлен в виде последовательно соединенных триггера 7 с одним входом, выполненного на двух 8 и 9 биполярных транзисторах с коллекторно-базовыми связями, и эмиттерного повторителя 10. Устройство имеет дифференцирующую цепь 11, входом подключенную к катушке индуктивности 6, последовательно соединенные вторую дифференцирующую цепь 12 и выпрямитель 13, при этом выпрямитель 13 соединен с фильтром 3 нижних частот, база 14 первого биполярного транзистора 8 триггера 7 подключена к дифференцирующей цепи 11, а выход эмиттерного повторителя 10 – ко входу второй дифференцирующей цепи 12. Первая дифференцирующая цепь 11 содержит резисторы 15,16, конденсатор 17. Триггер 7 имеет резисторы 18, 19, 20, 21. Вторая дифференцирующая цепь 12 содержит резисторы 22, 23, конденсатор 24. При вращении вала с металлическим диском 5 с прорезями и выступами на выходах катушки 6 индуктивности формируются разнополярные импульсы, которые дифференцируются с помощью первой дифференцирующей цепи 11. На рисунке 3.17, а представлена осциллограмма остроконечных импульсов, пригодных для запуска триггера 7. В исходном положении триггера считается, что первый транзистор 8 закрыт, а второй 0 открыт. При поступлении на базу 14 транзистора 8 положительного остроконечного импульсаА в момент времени 1 t (см. рисунок 3.17, а) транзистор 8 открывается, а транзистор 9 закрывается (рисунок 3.17, б, в). При последующем поступлении в момент времени 2 t отрицательного остроконечного импульса Б (см. рисунок 3.17, а) на базу 14 транзистора 8 этот транзистор закрывается, а транзистор 9 открывается. В результате этого на выходе триггера 7 формируется прямоугольный импульсД (см. рисунок 3.15, в).
При поступлении от первой дифференцирующей цепи 11 остроконечных импульсов В и Г (см. рисунок 3.15, а) на базу 14 транзистора 8 происходит формирование прямоугольного импульса Е (см. рисунок 3.15, в). Далее импульсы образуются с помощью триггера 7 аналогично описанному выше. При изменении частоты вращения вала формируются прямоугольные импульсы, которые отличаются своей длительностью, но имеют одинаковую высоту, а следовательно, и различную площадь, но нет возможности их интегрирования. Для получения одинаковой площади они дифференцируются второй дифференцирующей цепью, при этом формируется разнополярная последовательность экспоненциальных импульсов. С помощью операции выпрямления они преобразуются в последовательность экспоненциальных импульсов положительной полярности, после чего сглаживаются фильтром 3 и измеряются прибором 4.
8. Исследование аналого-цифрового преобразователя микропроцессорных систем
Основные преимущества цифровых приборов перед аналоговыми
Цифровой сигнал, по своим электрическим свойствам (также как и в примере с тональным сигналом), имеет большую пропускную способность передачи информации, нежели аналоговый сигнал. Также, цифровой сигнал, можно передавать на большее расстояние, чем аналоговый, причем без снижения качества передаваемого сигнала. Например, непрерывный звуковой сигнал, передающийся в виде последовательности 1 и 0, может быть восстановлен без ошибок при условии, что шума при передаче было не достаточно, чтобы предотвратить идентификацию 1 и 0. Час музыки может быть сохранен на компакт-диске с использованием около 6 млрд. двоичных разрядов. Это особенно актуально в последнее время, с учетом огромного роста передаваемой информации (увеличение количества теле-, радиоканалов, увеличение количества телефонных абонентов, увеличение числа пользователей интернета и скорости интернет линий).
Хранение информации в цифровых системах проще, чем в аналоговых. Помехоустойчивость цифровых систем позволяет хранить и извлекать данные без повреждения. В аналоговой системе старение и износ может ухудшить записанную информацию. В цифровой же, до тех пор, пока общие помехи не превышают определенного уровня, информация может быть восстановлена совершенно точно.
Цифровыми системами с компьютерным управлением можно управлять с помощью программного обеспечения, добавляя новые функции без замены аппаратных средств. Часто это может быть сделано без участия завода-изготовителя путем простого обновления программного продукта. Подобная функция позволяет быстро адаптироваться к изменяющимся требованиям. Кроме того, возможно применение сложных алгоритмов, которые в аналоговых системах невозможны или же осуществимы, но только с очень высокими расходами.
При передаче цифрового телевизионного сигнала, телезритель уже не увидит такого дефекта как «изображение снежит», как было в аналоговом сигнале при плохом приеме. В цифровой передаче телеканалов, качество картинки может быть только хорошим, или изображения совсем не будет если прием плохой (то есть, или да, или нет).
Что касается цифровой передачи телефонных разговоров, то здесь, с хорошим качеством может передаваться как шепот, так и крик, как нижние тона, так и высокие, и тут уже неважно на каком расстоянии находятся телефонные абоненты.
Цифровая техника всегда превосходила аналоговую по точности. Например, сравним аналоговый и цифровой диктофоны. При необходимости записать голосовую информацию, цифровой прибор справится с задачей лучше аналогового. Это будет заметно в качестве записи. Дело в том, что аналоговый диктофон не так точно воспроизводит информацию, в запись будут намешаны шумы, а цифровой будет отсеивать ненужные шумы, соответственно звучание будет правдоподобнее.
Цифровая техника миниатюрнее. Приборы построены на микросхемах, способных проводить операции сложения и вычитания над числами, отсюда и малые размеры. Данные современных приборов могут в отличие от аналоговых быстро обрабатываться компьютерами. Конечно, данные аналоговых тоже могут быть помещены в компьютер, но ему предварительно потребуется их переводить на «свой» цифровой язык.
Цифровая техника экономичнее и дольше служит. Микросхемы потребляют меньше энергии и могут долгое время исправно работать, в то время как механическая техника будет быстро выходить из строя.
Также цифровые приборы могут похвастаться:
· Малая погрешность. Точность аналоговых приборов ограничивается погрешностями измерительных преобразователей, самого измерительного механизма, погрешностями шкалы и т.д.
· Высокое быстродействие (число измерений в единицу времени); При измерении изменяющихся во времени величин быстродействие играет важную роль. Если для показывающих приоров не требуется высокого быстродействия, так как возможности работающего с ними оператора ограничены, то напротив, требование быстродействия становится важным при обработке информации с помощью ЭВМ, к которым часто подключаются цифровые приборы.
· Отсутствие субъективной ошибки отсчетов результата измерения - субъективных погрешностей, связанных с особенностями зрения человека, из-за параллакса, из-за разрешающей способности глаза.