книги из ГПНТБ / Теория и техника передачи данных и телеграфия учебник

Величины сопротивлений резисторов в лестничной схеме вы­ браны так, что для каждого генератора нагрузка одинакова и равна 2 /з#-

При включении генератора Л вырабатываемый им ток / в узле / разветвляется в две параллельные ветви. Одна из них

Кустройт&у

сравнения

г, г,

у/ у/./ у/.,-у ; у;

у . . л ^ у ; у ;

Рис. 2.43.

из последовательно соединенных резисторов R и #н, вторая об­ разована резисторами остальной части лестничной схемы и имеет эквивалентное сопротивление R. Поскольку сопротивление ветви, куда включен резистор RB, вдвое больше сопротивления другой ветви, то іЯ2 — ^ІгІ и

Сравнивая выражения (2.10), (2.11) и (2.12), можно устано­ вить закономерность образования эталонных напряжений. Оче­ видно, что при включении /-го источника тока эталонное напря­ жение будет таким:

Выбрав абсолютные величины эталонов так, чтобы их сум­ марное значение равнялось диапазону изменения входного на­ пряжения, получим

( 1 + 2 ^ т ) -

откуда на основании выражения (2.10) запишем

2 , „ 2 ' - 1

Это равенство позволяет выбирать R или /, задаваясь значением одного из них.

е) Формирование эталонных напряжений с помощью пропор­ ционального делителя, подключенного к источникам тока. Схема формирования эталонных напряжений (рис. 2.436) имеет / источ­ ников (генераторов), генерирующих одинаковые токи /.

Весовые напряжения получаются с помощью совокупности резисторов, образующих пропорциональный делитель. Генера­ торы поочередно, начиная с Л , включаются ключами Ки При этом одновременно замыкается и ключ К/, через который в і-й разряд двоичного числа поступает единица. Номиналы сопротив­ лений резисторов выбраны так, чтобы нагрузки соседних генера­ торов отличались в два раза. Будем считать, что входное сопро­ тивление устройства, подключенного к выходу схемы, достаточно

велико. Тогда при замыкании Д'і ток генератора Л пройдет через все резисторы и на выходе появится эталонное напряжение

Выбирая величины эталонов так, чтобы их суммарное зна­ чение равнялось диапазону изменения входного напряжения, получим

Это равенство позволяет выбирать R или /, задаваясь значением одного из них.

Рассмотренные схемы формирования составляют лишь часть известных и используемых в настоящее время схем формирова­ телей эталонных напряжений. Более подробно они описаны в ра­

Для реализации данного метода достаточно иметь лишь один эталон Хэ, значение которого равно выбранной единице измере­ ния аналоговой величины (шагу квантования). Цель измерения заключается в определении того, сколько раз выбранный эталон содержится в данном значении входной аналоговой величины Х в х (рис. 2 . 44в) .

Очевидно, что с точностью до значения эталона измеряемая входная величина равна

Для представления результатов измерения в цифровой форме необходимо записать в двоичной системе число Qo'

Qo = а . 2 ' " 1 + а 2 2 г ~ 2 + . . . + а,_! 21 + аг 2°,

тогда

^вхизм = ( * i 2 ' - 1 + a2 2'~2 + . . . + a,_,2' + ^2°) А",.

Двоичное число, характеризующее измеренное значение вход­ ной аналоговой величины, представляется /«разрядной двоичной кодовой комбинацией:

РИС. 2.44.

асоответствующая кодовая комбинация имеет вид:

О0 . . . О 1 0 1

/разрядов

Наиболее легко рассматриваемым методом производится из­ мерение временных интервалов. Процесс измерения в данном случае сводится к подсчету количества импульсов с эталонным периодом следования, генерируемых в течение измеряемого про­ межутка времени.

Измерительное устройство, т. е. преобразователь аналоговой величины (временного интервала) в код, в котором реализуется

—двоичный счетчик импульсов,

—схему И на два входа,

—устройство управления.

Генератор непрерывно вырабатывает импульсы с периодом следования Та, поступающие на один из входов схемы И. Коли­ чество импульсов (Qo), проходящих через схему И, зависит от продолжительности подачи на ее второй вход напряжения с вы­ хода устройства управления. Последнее обеспечивает подачу этого напряжения в течение времени, равного длительности из­ меряемого интервала т. Эталоном измеряемой величины в дан­ ном случае является период следования импульсов Та генератора.

Подсчет количества импульсов, прошедших через схему И, производится счетчиком, представляющим результаты счета в двоичной системе счисления. С окончанием счета по сигналу уст­ ройства управления производится списывание двоичного числа, после чего схема счетчика возвращается в исходное состояние. Измеренное значение временного интервала (рис. 2.446) равно

- = ( Q o - l ) 7 " 8 .

На практике часто встречаются случаи, когда аналоговой ве­ личиной (носителем информации) является период следования серии импульсов Тп. В подобных условиях преобразование вре­ менного интервала (периода следования) в числовую форму про­ изводится в устройстве, подобном описанному выше, путем под­ счета количества импульсов данной серии, прошедших через схему И за фиксированный промежуток времени тэ .

В таком устройстве отсутствует генератор эталонных импуль­ сов. Вместо эталонных импульсоїв на соответствующий вход схемы И поступает серия исследуемых импульсов, а на второй вход схемы Я от устройства управления подается сигнал фикси­ рованной (эталонной) длительности тэ - Очевидно, как и прежде,.

T 3 = ' ( Q O — 1) Тп, откуда

и ~ Q o - r

Как следует из рис. 2.446, измерение временного интервала сопровождается ошибкой, вызванной тем, что моменты появле­ ния начала и конца временного интервала т являются случай­ ными и не совпадают с эталонными импульсами. Каждая из по­ являющихся в силу этого погрешностей Мв и Д/к представляет собой случайную величину, распределенную с равномерной плот­ ностью в интервале 0 + Тэ.

Функция распределения плотности вероятности общей ошиб­ ки, обусловленной погрешностями Д^н и Д^к, вычисленная на ос­ нове принципа композиции законов распределения, который поз­ воляет определить плотность распределения суммы двух случай­ ных величин с известными плотностями распределения, имеет вид равнобедренного треугольника (рис. 2.44г). Из приведенного-" графика видно, что наиболее вероятно появление ошибок, вели­

ки

рима с погрешностью дискретности и практически является не­ допустимо большой. Обычно стараются уменьшить эту ошибку путем исключения или по крайней мере уменьшения величины составляющих Д/н и AtK.

Составляющая Д^н может быть существенно уменьшена вплоть до се практического исключения путем синхронизации начала временного интервала с эталонными импульсами. Одним из простейших путей достижения этого является применение ге­ нераторов ударного возбуждения для получения эталонных им­ пульсов.

В противоположность погрешности At., погрешность AtK яв­ ляется принципиально неустранимой. С целью уменьшения ее влияния на точность измерения разработан ряд методов [28]„ позволяющих определить ее величину с тем, чтобы ввести соот­ ветствующие поправки в результаты измерения. В сущности при реализации данных методов дело сводится к построению допол­

Этот метод широко используется, например, при измерении ли­ нейных размеров — линейкой, углов — транспортиром, объемов жидкостей — мензуркой, температуры — градусником и т. п.

Номиналы градаций эталона наносятся в двоичной системе счислении и образуют так называемую кодовую маску. Напри­ мер, для измерения линейных перемещений пользуются прямо­ угольной кодовой маской (рис. 2.45а), для измерения углов — •маской в форме круга (рис. 2.456).

В зависимости от способа считывания двоичного числа циф­ рами кода могут быть темные и светлые прямоугольники (сег­ менты), токопроводящие или токонепроводящие прямоугольники (сегменты) и др.

Линейный (угловой) размер двоичной цифры (St или Рг ) определяет цену наименьшей градации эталона, т. е. Е Є С млад­ шего разряда двоичного числа:

Цифры, образующие двоичное число, расположены по линии отсчета С —С, совпадающей с вертикалью или радиусом. На ко­ довых масках (ірис. 2.45а, б) нанесены последовательно числа от О до 63, изображенные в виде пятиразрядных двоичных кодовых

находится под линией отсчета. Если условиться, что темному участку соответствует «1», а светлому «О», то

Рис. 2.45.

В преобразователях кодовая маска соединяется с элемен­ тами, величину перемещения которых требуется измерить. Так, диск закрепляется на валу, а плоскость скрепляется с движком, перемещающимся в направлении, перпендикулярном линии от­ счета.

Возможен и такой вариант соединения измерительного уст­ ройства с подвижным элементом, когда с ним скрепляется не кодовая маска, а линия отсчета (визир).

После того как подвижный элемент изменит свое положение относительно исходного состояния, вдоль линии отсчета произво­ дится считывание числа, характеризующего величину данного перемещения.

Например, при повороте вала (рис. 2.456) на угол р = 40° под линией отсчета С С будет расположено число

Q0 = 0 - 2 * + 0 - 2 3 + 0 - 2 2 + Ь 2 1 + Ь 2 ° = 3.

Считывание кода с кодовых масок, осуществляемое чувстви­ тельными элементами, расположенными по линии отсчета С —С, сопровождается ошибками, достигающими часто недопустимых значений. Ошибки возникают из-за ограниченности разрешаю­ щей способности чувствительных элементов и неточной уста­ новки их вдоль линии отсчета. Это в особенности характерно для масок, где числа нанесены в обычной двоичной системе счис­ ления, при которой структура кодовых комбинаций двух сосед­ них чисел может отличаться более чем в одном разряде.

Так, вблизи границы между числами 7(0111) и 8(1000) могут быть считаны различные числа, в частности 15(1111) или 0(0000) при неточной установке на линии отсчета только одного чувстви­ тельного элемента, считывающего цифру старшего разряда.

Для повышения точности считывания двоичного числа с ко­ довой маски применяют специальные методы.

Например, при считывании двоичных чисел количество чувст­ вительных элементов на каждый разряд, кроме младшего, уве­ личивается до двух. В этом случае чувствительные элементы располагаются уже не вдоль прямой, а сдвигаются относительно линии отсчета вправо или влево.

На рис. 2.45в показан вариант возможного расположения чувствительных элементов в виде буквы V , образованный за счет того, что интервал между парой чувствительных элементов для каждого разряда, кроме младшего, равен линейному размеру единицы предшествующего младшего разряда и, следовательно, увеличивается по мере увеличения веса разряда.

Считывание цифр во всех разрядах двоичного числа, за исклю­ чением младшего, производится одним из чувствительных эле­ ментов в соответствии со значением цифры предыдущего раз­ ряда.

Правило считывания таково:

— если в предыдущем (младшем) разряде считана «1», то в данном разряде считывание производит левый чувствительный элемент;

— если в предыдущем разряде считан «0», то в данном раз­ ряде включается правый чувствительный элемент.

Другим эффективным способом уменьшения ошибок считы­ вания является построение кодовых масок с применением специ­ альных кодов, у которых при переходе от любого числа к сосед­ нему изменяется цифра только в одном разряде. Такие коды на­ зываются рефлексными или отраженными. "В табл. 2.9 приве­ дены комбинации рефлексного и двоичного кодов для чисел от 0 до 15.

Из таблицы видно, что при переходе от одного числа к сосед­ нему, представленным в вите комбинаций рефлексного кода, и при расположении чувствительных элементов по прямой воз­ можно считывание только одного из двух соседних чисел, т. е. ошибка считывания не может превысить цену единицы младшего разряда. Так, вблизи границы, разделяющей числа 7(0100) и 8(1100), может быть получено или число 7, или 8.

В устройствах обработки информации рефлексный код не ис­

в преобразовании рефлексного кода после его считывания, на­ пример, в двоичный. Подобное преобразование производится в соответствии с правилом, выраженным соотношением

к

где а/ — значение цифры /-го разряда рефлексного кода; а * — значение цифры к-ro разряда двоичного кода, а суммиро­ вание осуществляется по модулю 2. Таким образом, указанное преобразование производится сумматором по модулю 2 (мапри-

мер, триггером со счетным входом), куда последовательно по­ ступают элементы комбинации рефлексного кода, начиная со старшего разряда.

В принципе возможно преобразование двоичного числа (дво­ ичной кодовой комбинации) в аналоговую величину любой физи­ ческой природы. Наиболее часто в технике АСУ применяется преобразование двоичных чисел в напряжение, поэтому ниже рассматривается только принцип преобразования кода в напря­ жение.

Такое преобразование обычно производится путем суммиро­ вания значений напряжения, пропорциональных весам разрядов кодовой комбинации. Дл я преобразования /-разрядной кодовой комбинации сіісіо . . . а, необходимо иметь / значений напряжения (/ эталонов), соответствующих весам разрядов этой кодовой ком­

Значение выходной аналоговой величины определяется как сумма:

/

/ - 1

где а, — цифра в і-м разряде кодовой комбинации (может при­ нимать значения «О» или «1») .

Это равенство напоминает соотношение (2.1). Общее между ними то, что они устанавливают связь между значениями анало­ говой величины, значениями эталонов и структурой кодовой ком­

в ы е узлы. В частности, устройство формирования эталонных на­ пряжений преобразователя «Аналог — код» является основным узлом преобразователя «Код — аналог» и используется в нем для генерирования и суммирования эталонных напряжений. Так,