1 Краткие теоретические сведения

1.1 Аналого-цифровые преобразователи

В большинстве современных систем управления используются ЭВМ, которые требуют представления информации в виде двоичных кодов. В то же время многие датчики, входящие в состав системы управления, имеют аналоговые выходные сигналы. Для преобразования исходной аналоговой величины в соответствующий ей цифровой эквивалент – двоичный код служат аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Они обеспечивают квантование входной аналоговой величины, как по уровню, так и по времени. Обязательность квантования по уровню вытекает из самой природы цифрового представления величин. Необходимость квантования по времени в АЦП связана с ненулевым временем преобразования входной аналоговой величины в выходной код.

В системах управления наиболее часто приходиться преобразовывать в цифровой код следующие аналоговые величины: напряжение и ток, угловое и линейное перемещение, временной интервал, частоту и фазу переменного тока. В качестве цифровой величины в подавляющем большинстве случаев позиционный двоичный код или двоично-десятичный код.

Основные параметры АЦП объединяются в группы временных и точностных параметров. К временным параметрам относятся:

1. период квантования – интервал между двумя последовательными преобразованиями. Величина, обратная периоду квантования – частота квантования ;

2. длительность цикла преобразования – задержка между моментом подачи входной величины АЦП и моментом выдачи кода;

3. время преобразования – временной интервал, в течении которого входной сигнал непосредственно взаимодействует с АЦП. В первом приближении можно считать, что вне интервала входная величина не оказывает влияния на результаты преобразования;

Временные параметры АЦП показаны на рисунке 1.

Рисунок 1.1 - временные параметры АЦП

К точностным параметрам АЦП относят следующие:

1. количество разрядов выходного двоичного кода n. Оно определяет максимальное значение выходного кода N_max=2ⁿ-1 (минимальное значение кода N_max равно нулю) и количество уровней квантования входного сигнала, равное N_max+1;

2. величина кванта входного сигнала, определяющая разрешающую способность преобразователя по уровню: , где X_max и X_min – максимальное и минимальное значение входного сигнала. Погрешность квантования входного сигнала по уровню не превышает этой величины.

1.2 Преобразователи частоты в код

При преобразовании частоты в код можно использовать в качестве измеряемой величины непосредственно частоту или период неизвестной частоты.

В первом случае, наиболее простым способом является подсчет числа периодов неизвестной частоты на фиксированном временном интервале Т_Ф. При этом временной интервал Т_Ф так, чтобы удовлетворялись требование я по точности преобразования частоты: максимальная погрешность будет получаться при преобразовании минимального значения частоты f_min. Если максимальная относительная погрешность преобразования не должна превышать величины δ_max, то временной интервал, на котором производится подсчет числа периодов частоты, должен иметь значение

.

Во втором случае при построении преобразователей частоты в код выполняется преобразованием периода, соответствующего данному значению частоты. При этом зависимость между частотой и кодом, соответствующем периоду, оказывается обратно пропорциональной. Собственно преобразование периода в код является частным случаем преобразования временного интервала в код.

Преобразование кода, пропорционального периоду, в код, пропорциональный частоте (т.е. реализации операции деления), является достаточно сложной задачей для автономного преобразователя. Обычно проблема решается либо включения в состав преобразователя микропроцессора, либо операция реализуется на внешней ЭВМ, получающей от преобразователя код, пропорционального периоду.