7. Разработайте функциональную схему устройства ввода аналоговой информации. Используйте схему выборки-хранения для устранения динамической ошибки.

Современные объекты управления и контроля (технологические или исследовательские) характеризуются разнообразием и обилием контролиру­емых и управляемых параметров. Поэтому устройства, обеспечивающие взаимодействие аналогового объекта с цифровым управляющим процессо­ром, могут быть разделены на индивидуальные и коллективные. К индивидуальным устройствам следует отнести усилительно-нормализующие , в том числе и фильтрующие, усилительные, обеспечиваю­щие управление, а также передающие устройства для аналоговых сигналов. Коллективными являются подсистемы аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования, на которые и возлагается большая часть нагрузки по согласованию аналоговой и цифровой частей системы. Именно эти подсистемы, представляющие достаточно сложную совокупность аналоговых и цифровых функциональных элементов, относят к устройствам ввода-вывода аналоговой информации, называемым также интерфейсами ввода-вывода аналоговой информации. Традиционные структуры рассматривае­мых устройств могут быть представлены рис. 1,2.

Как следует из рис. 1, устройство ввода аналоговых сигналов представля­ет в общем случае многоканальную подсистему сбора аналоговых данных с временным разделением измерительных каналов, реализуемым мульти­плексором аналоговых сигналов MAC. За счет такого решения снижается стоимость аппаратных средств, приходящаяся на один измерительный канал. Поскольку входная информация поступает от источников, сигналы которых могут заметно различаться как по скорости измерения, так и по динамическому диапазону, необходимы устройства, согласующие возможно­сти АЦП с характеристиками сигналов. Эту роль выполняют устройства выборки и хранения СВХ, а также измерительные усилители с программиру­емым коэффициентом усиления ИУ. Все эти устройства в отдельности и в совокупности будут рассмотрены ниже.

Основным элементом устройств вывода аналоговых данных являются цифроаналоговые преобразователи (рис. 2), в которых информация, по­ступающая от цифрового процессора, преобразуется в форму аналоговых управляющих сигналов.

Часто встречаются совмещенные интерфейсы ввода-вывода аналоговой информации.

Конструктивно интерфейсы ввода-вывода аналоговой информации выпускают в настоящее время в виде отдельных плат или модулей и ин­тегральных схем, механически и электрически совместимых с определенны­ми типами вычислительных машин, на которые ориентируется изготовитель. Здесь уместно отметить, что практически все зарубежные фирмы, производя­щие вычислительную технику, особенно микропроцессорную, выпускают аналоговые интерфейсы ввода-вывода.

В настоящее время выпускается три типа аналоговых интерфейсов интерфейсы ввода, интерфейсы вывода, комбинированные интерфейсы ввода-вывода. Каждая из этих разновидностей имеет свою специфику и поэ­тому в дальнейшем они будут рассматриваться отдельно.

Устройство ввода аналоговых сигналов представля­ет в общем случае многоканальную подсистему сбора аналоговых данных с временным разделением измерительных каналов, реализуемым мульти­плексором аналоговых сигналов MAC. За счет такого решения снижается стоимость аппаратных средств, приходящаяся на один измерительный канал. Поскольку входная информация поступает от источников, сигналы которых могут заметно различаться как по скорости измерения, так и по динамическому диапазону, необходимы устройства, согласующие возможно­сти АЦП с характеристиками сигналов. Эту роль выполняют устройства выборки и хранения СВХ, а также измерительные усилители с программиру­емым коэффициентом усиления ИУ.

Схема выборки хранения:

Для запоми­нания изменяющихся аналоговых сигналов на время преобразования, коммутации и других операций в системах сбора информации ис­пользуют схемы выбор­ки — хранения (рис. 6, а), на которомКл — ключ. Элементом памяти схемы выбор­ки -хранения являет­ся конденсатор С (0,1мкФ обычно), подключаемый на время выборки к ис­точнику сигнала. Основные параметры этого устройства: время выборки, апертурное время (интервал времени между подачей сигнала на хранение и момента завершения аналогово-цифрового преобразования) и максимальное время хранения

Использовать вариант а)

Характер разряда С (конденсатора):

Схемы выборки-хранения.

Для запоми­нания изменяющихся аналоговых сигналов на время преобразования, коммутации и других операций в системах сбора информации ис­пользуют схемы выбор­ки — хранения (рис. 6, а), на котором Кл — ключ. Элементом памяти схемы выбор­ки -хранения являет­ся конденсатор С, подключаемый на время выборки к ис­точнику сигнала. Основные параметры этого устройства: время выборки, апертурное время и максимальное время хранения.

К важнейшим характеристикам устройства выборки- хранения относятся: время выборки - время от момента подачи сигнала на выборку до момента установления выходного сигнала; апертурное время — интервал вре­мени между моментом подачи сигнала на хранение и мо­ментом завершения аналого-цифрового преобразования, скорость разрушения информации - изменение выход­ного напряжения вследствие разряда запоминающей емкости; сквозная передача — часть входного сигнала вследствие конечного сопротивления и разомкнутого ключа передается на выход.

Динамическая ошибка-

        динамическая погрешность, динамическое отклонение, разность между требуемым и действительным значениями регулируемой величины, возникающая и измеряющаяся в процессе регулирования