книги из ГПНТБ / Филимонов Г.А. Основы цифровых устройств систем управления учебное пособие

кой схемы, которая бы осуществляла считывание разрядов со­ гласно рассмотренному правилу.

Двоично-сдвинутые коды

Иногда по конструктивным соображениям возникает необ- X' - focrb расположения всех чувствительных элементов как двойной щетки, так и V - развертки по одной линии. В этом случае необходимо соответствующим образом изменить рисунок кода для правильного считывания его. Так как для считыва­ ния кода указанными способами со всех разрядов, кроме млад­ шего, используются два чувствительных элемента, то в новой маске кода при последовательном расположении чувствитель­ ных элементов вдоль одной линии каждый разряд, кроме млад­ шего, будет представлен двумя подразрядами А и В. На рис. 139,а представлена маска кода, которая получилась из способа двойной щетки, а на рис.139,б показана маска кода, полученная из способа V - развертки. Такие маски извест­ ны под названием двоично-сдвинутых кодов. Наиболее широкое распространение в преобразователях нашла маска, полученная из V - развертки, в результате чего она еще носит назва­ ние V - кода, или кода Баркера.

Правило считывания двоично-сдвинутого кода следует формулировать на основании следующих соображений. Если в процессе движения кодовой маски происходит перемещение чув­ ствительных элементов I -го разряда от "О" к "I" , то насту­ пит момент, когда один элемент будет еще на нуле, а другой на единице /например, 2-ой разряд , рис.138/. Вследствие этого возникнет неоднозначность выбора / 1 + 1/-го чувстви­ тельного элемента. Для исключения неоднозначности в этом случае следует выбрать левый / I + 1/-ый чувствительный эле­ мент, т .е . сдвинутый вперед от линии считывания /опережаю­ щий I -ю щетку/. При переходе чувствительного элемента I -го разряда от "I" к "О" следует выбрать правый / L+ 1/-ый чув­ ствительный элемент, т .е . отстающий от L -ой щетки.

240

Короче говоря, если в L -ом разряде "О", то з Л'+1/-ом

В преобразователях эта формула реализуется специаль­ ной логической схемой, которая последовательно выдает обыч­ ный двоичный код, начиная с младшего разряда.

Г Л А В А УП

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО СЧЕТА С ПРОМЕ­ ЖУТОЧНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯМИ НЕПРЕРЫВНОЙ ВЕЛИЧИНЫ

Преобразователи последовательного счета или преобра­ зователи, измеряющие число единичных приращений аналоговой величины, работают следующим образом,,

Входная аналоговая величина разбивается на большое число элементарных приращений и преобразование состоит в подсчете числа этих приращений. Существуют две основные разновидности преобразователей последовательного счета: накопительные преобразователи, или суммирующие приращения} циклические преобразователи.

Для накопительных преобразователей характерно, что из­ менение преобразуемой величины, соответствующее единице, немедленно вызывает такое же изменение в значении числово­ го эквивалента. Этой особенностью обусловливается высокое быстродействие при непрерывном изменении преобразуемой ве­ личины.

Вторая разновидность преобразователей обладает той особенностью, что в кахдом цикле преобразования происхо­ дит измерение всей величины. Так как накопительный преоб­ разователь должен быть непрерывно подсоединен к датчику, с которого снимается преобразуемое напряжение, то многоканаль­ ная работа этого преобразователя невозможна. Циклические же преобразователи весьма просто и эффективно могут использо­ ваться для многоканальной работы.

В дальнейшем для облегчения понимания излагаемого ма­ териала будем группировать преобразователи по типу аналого­ вой величины на преобразователи временных интервалов, напря­ жений и угловых величин.

242

старт- и стоп-импульсов и последовательностью импульсов

График плотности распределения показывает, что макси­ мальные погрешности будут достигать величины + Z .

Погрешность д Ьj может быть ликвидирована за счет синхронизации старт-импульса с импульсами ГИ. Если погреш­ ность Д Ьi уничтожена, то остается только погрешность вызванная рассеянием момента прихода стоп-импульса и име­ ющая прямоугольный график распределения плотности вероят­ ности. При этом среднеквадратическая погрешность временно­

244

Пусть, например, необходимо измерить временной интер­ вал длительностью до I мсек с ошибкой, не превышающей 1,0 $ . Это означает, что необходимо улавливать изменения интер­ вала в 0,01 от его максимального значения, т .е . в макси­ мальном временном интервале должно уместиться 100 импуль­ сов.

должна быть увеличена до I Мгц, а количество разрядов счет­ чика до 10,

Такой путь увеличения точности ограничен величиной бы­

счет введения дополнительных элементов создается сетка им­ пульсов, имеющих сдвиг относительно импульсов ГИ на доли элементарного временного интервала. Тогда, фиксируя мо­ мент появления стоп-импульса относительно этой дополни­ тельной сетки, можно значительно снизить величину ошибки

245

временной интервал.

На рис.142 представлена блок-схема и временные диаграм­ мы такого преобразователя. Принцип работы его состоит в сравнении с помощью компаратора /нуль-органа/ двух напря­ жений - входного и стандартного пилообразного с последую­ щим преобразованием в цифровой код полученного временного интервала между началом цикла преобразования и моментом равенства напряжений. При этом последнее преобразование вы­ полняется рассмотренными ранее методами.

Может быть два метода выработки временного интервала,

ны, моментом запуска генератора пилообразного напряжения и, с другой стороны, моментом равенства напряжений!

б / временной интервал ограничивается моментом, когда пилообразное напряжение достигает некоторого достаточно малого /отличного от нуля/ значения и моментом равенства напряжений.

Рассмотрим основные соотношения, характеризующие пре­ образование напряжения во временной интервал. Если счи­ тать, что пилообразное напряжение генерируется абсолютно точно, то текущее значение пилообразного напряжения будет равно

где t/noначальный уровень пилообразного напряжения|

ос - скорость изменения пилообразного напряжения.

Если производить преобразование по первому способу, то величина временного интервала, соответствующего вход­ ному напряжению Ux будет

ki оС

Для второго способа преобразования временной интер­ вал получится

247

ного уровня пилообразного напряжения не будет сказываться на величине временного интервала. Зато погрешность в опре­

ющее преимущество: если погрешности обоих случаев сравне­ ния напряжений имеют одинаковый знак и равны по величине, то их суммарное влияние на величину временного интервала будет равно нулю. Это означает, что погрешности создания временного интервала, пропорционального входному напряже­ нию, будут вызываться только нестабильностью скорости из­ менения пилообразного напряжения и нелинейностью этого на­ пряжения.

Установим теперь зависимость между преобразуемым на­ пряжением и числовым эквивалентом /цифровым кодом/. Пусть

чению напряжения U будет соответствовать интервал Т , рав­ ный

248

При частоте f следования импульсов, заполняющих счет­ чик, число N , зафиксированное счетчиком в результате вы­ полнения одного цикла преобразования, равно

или, принимая равенство /2 3 7 /,

/2 4 0 /

'IIU^

Из этого выражения следует, что при таком способе пре­ образования числовой эквивалент пропорционален мгновенно­ му значению преобразуемого напряжения, которое оно имело в конце интервала. Заметим еще раз, что точность преобра­ зователей этого типа определяется линейностью пилообразно­ го напряжения, стабильностью его наклона, при продолжитель­ ной работе, погрешностями устройств сравнения. В практи­ чески выполненных преобразователях часто применяются два по возможности одинаковых сравнивающих устройства / ком­ паратора / . Одно служит для фиксации конца интервала,т.е. момента осуществления равенства мгновенных значений пи­ лообразного и преобразуемого напряжений, а второе для фик­ сации начала интервала при достижении пилообразным напря­

жением некоторого достаточно малого /но отличного от нуля/ значения. Последнее определяется путем сравнения со ста­ билизированным эталонным напряжением. Применение двух ком­ параторов приводит к уменьшению ошибок вследствие исключе­ ния зоны нелинейности пилообразного напряжения, имеющей место вблизи нуля. Ввиду того, что ошибки обоих компара­ торов при изменении окружающей температуры будут примерно равны и одинаковы по знаку, существенно уменьшается вли­ яние температуры на величину временного интервала. Этим создается автоматическая температурная компенсация.

249