КВП / Тема 6

Після закінчення процесу порівняння для вимірювальної величини Х зазначається, тобто приписується або нижній рівень (квантування «з недостачею»), або верхній рівень (квантування «з надлишком»).

Число N (або ) необхідно подати у певній системі числення. Цей процес має назву кодування квантового сигналу. Цифрові прилади здійснюють обробку чисел у двійковій системі числення, у якій довільне число подається комбінацією тільки двох цифр 0 та 1.

Для візуального відображення інформації користуються звичною для оператора десятковою системою числення, у якій кожне число подається комбінацією десяти арабських цифр 0, 1…9.

Аналого-цифровий перетворювач – це вимірювальний перетворювач у складі цифрового приладу, який здійснює дискретизацію аналогового сигналу, квантування та кодування сигналу. Мікроелектронна промисловість випускає аналого - цифрові перетворювачі у вигляді однієї мікросхеми.

Розглянемо методи аналого – цифрового перетворення:

- метод зіставлення: аналого – цифрове перетворення здійснюються за один прийом або такт, тобто з максимальною швидкістю;

- метод врівноважування: аналого – цифрове перетворення здійснюються за кілька тактів. Цей метод поділяється на метод розгортального та слідкуючого врівноважування.

Цифро - аналоговий перетворювач – це перетворювач, який здійснює зворотне перетворення коду в аналоговий сигнал.

Цифрові пристрої відліку (ЦПВ) призначені для подання результатів вимірювань у вигляді звичайних, зручних для оператора десяткових цифр. В ЦПВ застосовуються декілька типів цифрових індикаторів, а саме, газорозрядних, світлодіодних та рідкокристалічних. Конструктивні особливості цифрових індикаторів наведені в таблиці 3.

Таблиця 3 – Конструктивні особливості цифрових індикаторів

Вид цифрового індикатора	Характеристика
Газорозрядний індикатор	Індикатор має набір провідникових катодів, які виконані у формі десяти арабських цифр та загальний анод. Катоди зібрані в пакет та розташовані один за одним у балоні, який заповнений газом. Якщо напруга подається на анод та на будь – який катод, між ними виникає розряд, який тліє, у вигляді цифри, яка світиться. Робоча напруга індикаторів дорівнює 170 … 200 В. Така напруга є недоліком, так як вона не сумісна з інтегральними мікросхемами.
Світлодіодний індикатор	В такому індикаторі використовуються напівпровідникові світло випромінюючі діоди. Вони випромінюють у видимій частині спектра. Колір випромінювання може бути від червоного до зеленого. Структура таких індикаторів – сегментна. Цифра формується світінням певних сегментів.

Продовження таблиці 3

Вид цифрового індикатора	Характеристика
	До переваг індикаторів належать: висока яскравість, велика довговічність, низька робоча напруга, але такі індикатори мають невеликі розміри.
Рідкокристалічний індикатор	В таких індикаторах використовуються властивості деяких органічних речовин – рідких кристалів, змінювати коефіцієнти заломлення під впливом напруги. Конструктивно – це конденсатор, обкладинками якого є електроди, які проводять струм. Тонкий шар рідкого кристалу знаходяться між цими пластинками. Індикатори не випромінюють власної енергії, працюють у відбитому світлі за рахунок контрасту між ділянками з напругою та фоном.

Основними елементами цифрових приладів є:

- тригери;

- дешифратори;

- знакові індикатори;

- мультиплексори;

- лічильники імпульсів.

Ці елементи, як спеціальні вузли цифрових приладів, виконані на елементах радіоелектроніки, а саме, на інтегральних мікросхемах, як найбільш компактних та надійних.

Дешифратори (декодери) – це комбінаційні пристрої для перетворення кодованих двійкових вхідних сигналів у сигнали керування пристроями відображення інформації. У загальному випадку дешифратор має декілька входів (за кількістю розрядів двійкових чисел, які необхідно декодувати) та декілька виходів. Кожній комбінації вхідних сигналів відповідає певна комбінація вихідних.

На рисунку 10 наведене умовне графічне позначення двійкового дешифратора, який має чотири входи з ваговими коефіцієнтами 1, 2, 4, 8, що відповідає чотирьом розрядам послідовного двійкового коду (2⁰, 2¹, 2², 2³) та шістнадцять виходів: від 0 до 15. Кожній комбінації нулів та одиниць на входах відповідає одиниця на відповідному виході.

Рисунок 10 – Умовне позначення двійкового

дешифратора

У двійково – десяткового дешифратора з інверсними виходами, умовне графічне позначення якого наведене на рисунку 11, кожній з перших десяти двійкових комбінацій (двійково- десятковий код) відповідає нуль на відповідному виході. Такі дешифратори у вигляді інтегральних мікросхем застосовуються для керування десятковими неоновими індикаторами, у яких десяткові знаки – це фігурні катоди неонової лампи.

Рисунок 11 – Умовне позначення двійково - десяткового дешифратора

Двійково – семи сегментний дешифратор, який зображений на рисунку 12, перетворює двійкову комбінацію вхідних сигналів у комбінацію вихідних, які необхідні для вмикання сегментів семи сегментгоо індикатора.

Рисунок 12 – Двійково – семи сегментний дешифратор та схема

розміщення сегментів індикатора

Мультиплексори (комутатори) – це комбінаційні пристрої, що підключають до виходу вхід (передають на вихід інформацію з входу), номер якого задає комбінація нулів та одиниць на адресних входах. На рисунку 13 наведене умовне графічне позначення чотиривходового мультплексора та його таблиця істинності.

X	Y	F
0	0	A
0	1	B
1	0	C
1	1	D

Рисунок 13 – Чотиривходовий мультиплексом та таблиця істинності

Особливістю мультиплексорів є забезпечення комутації не тільки цифрових, а й аналогових сигналів.

Лічильники імпульсів.

Однією з операцій в цифрових вимірювальних приладах є фіксування кількості імпульсів – підрахунок їх кількості. Для реалізації таких операцій призначені лічильники імпульсів. Лічильники бувають:

- прості підсумовуючі, в яких код збільшується на одиницю після надходження на вхід кожного імпульсу;

- прості віднімаючі, у яких, код відповідно зменшується після надходження на вхід кожного імпульсу;

- реверсивні, у яких відбувається сумісництво властивостей підсумовуючих та віднімаючих лічильників.

Лічильники, як правило, побудовані на тригерах. На рисунку 14 наведено умовне графічне позначення чотири розрядного послідовного двійкового лічильника.

Лічильник є послідовним, тому що вихід тригера кожного попереднього розряду з’єднано з лічильним виходом тригера наступного розряду, в результаті чого передача інформації – перемикання тригерів розрядів лічильника – відбувається послідовно одного за одним. Це характеризує низьку швидкодію лічильника.

Рисунок 14 – Умовне позначення

чотири розрядного послідовного

двійкового лічильника

У паралельних лічильників інформація з розряду в розряд передається за допомогою спеціальної комбінаційної схеми, а входи синхронізації тригерів з’єднано разом і перемикання всіх тригерів відбувається одночасно.

Послідовну роботу лічильника можна порушити, якщо здійснити обмеження кількості його станів. Це можна зробити за допомогою зворотного зв’язку.

На рисунку 15 наведено умовне графічне позначення такого лічильника, у якого при досягненні десятого стану лічильник одразу переходить в нульовий стан – лічильник стає двійково – десятковим, який має не 16, 10 станів та формує на виходах двійково – десятковий код.

Рисунок 15 – Умовне позначення

двійково – десяткового

лічильника

Застосування таких лічильників разом з двійково – десятковими або двіково – семи сегментними дешифраторами дозволяє на основі стандартних інтегральних мікросхем будувати схеми керування багаторозрядними десятковими індикаторами.

У вигляді інтегральних мікросхем випускається досить широка номенклатура лічильників.

На рисунку 16 наведено умовне позначення чотири розрядного реверсивного лічильника. Він має входи:

• запису інформації з входів паралельного вводу інформації D₁, D₂, D₄, D₈ – WR;

• паралельного вводу інформації - D₁, D₂, D₄, D₈;

• синхронізації (тактовий) – С;

• напрямку лічення (підсумовування чи віднімання) - ;

Рисунок 16 – Умовне позначення реверсивного лічильника

- завдання роботи в двійковому чи двійково – десятковому коді – 2/10.

Виходи:

- інформаційні - Q₁, Q₂, Q₄, Q₈;

- переносу (займу) в старший (із старшого) розряду - .