Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - Информационно-измерительная техника и электроника - файл Лекция №5 - Сигналы и АЦП.doc


Лекции - Информационно-измерительная техника и электроника
скачать (4195 kb.)

Доступные файлы (13):

Лекция №11 - Силовая электроника, прерыватели.doc640kb.06.11.2008 12:55скачать
Лекция №12 - Выпрямители, инверторы.doc632kb.08.11.2008 23:22скачать
Лекция №13 - ИИС.doc15031kb.20.12.2008 14:01скачать
Лекция №14 - АСКУЭ.doc100kb.19.12.2008 10:09скачать
Лекция №1 элементы индикации.doc553kb.14.12.2008 21:00скачать
Лекция №2 - средства измерений+КАРТИНКИ.doc190kb.22.09.2008 12:24скачать
Лекция №3 - Электронные вольтметры.doc468kb.18.12.2008 15:53скачать
Лекция №4 - измерение частоты, осциллограф, цифр вольт.doc682kb.10.10.2008 00:12скачать
Лекция №5 - Сигналы и АЦП.doc503kb.08.10.2008 16:44скачать
Лекция №6 - ЦАП и параметры ЦАП.doc470kb.18.12.2008 15:59скачать
Лекция №7 - Цифровая индикация.doc1088kb.21.12.2008 14:15скачать
Лекция №8 - Таймеры, Сбор инфо,напр-част.doc904kb.21.10.2008 12:14скачать
Лекция №9-10 - Запоминающие устройства, ЗУМП.doc1382kb.14.12.2008 22:08скачать

Лекция №5 - Сигналы и АЦП.doc



ЛЕКЦИЯ №4
СИГНАЛЫ ИМПУЛЬСНЫХ И ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ

Сигналом называют физический процесс, несущий информацию. Сигналы могут быть звуковыми, световыми, электрическими.

Информация сосредоточена в изменениях параметров физического процесса.

Различают аналоговые и цифровые сигналы. Обычно аналоговые сигналы являются непрерывными. Устройства, в которых действуют такие сигналы, называют аналоговыми. Цифровым сигналом представляются двоичные числа, поэтому он состоит из элементов только двух различных значений. Одним из них представляется 1, а другим – 0.

Устройства, в которых действуют цифровые сигналы, называют цифровыми. Цифровые сигналы используются в устройствах различного назначения. В цифровой автоматике входная информация представляется цифровыми сигналами, над которыми эти устройства осуществляют необходимые действия.

В системах радиосвязи цифровыми сигналами передаются сообщения, имеющие разную форму: звуковую, печатную, форму изображения и т.д. Такая связь отличается скрытностью и помехоустойчивостью.

Последнее обусловлено тем, что такой сигнал имеет только два различимых уровня. Поэтому, когда значение сигнала попадает между ними, то это фиксируется как помеха.

Непрерывный сигнал очистить от помехи значительно сложнее. Мгновенные значения непрерывного сигнала, разделенные бесконечно малым временным интервалом, отличаются на бесконечно малую величину, т.е. непрерывный сигнал имеет несчетное (бесконечное) количество значений. Поэтому, искаженный помехой, он может быть принят за полезный.

Цифровой сигнал может быть потенциальным или импульсным.

Элементами потенциального цифрового сигнала являются потенциалы двух уровней. Каждый уровень остается неизменным в течение так называемого тактового интервала; на его границе уровень потенциала изменяется, если следующая цифра двоичного числа отличается от предыдущей. На рис. 4.1, а изображен потенциальный цифровой сигнал, представляющий написанное сверху число; высоким потенциалом отображается 1, а низким – 0.

Элементами импульсного цифрового сигнала являются импульсы неизменной амплитуды и их отсутствие. На рис. 4.1, б положительный импульс представляет 1, а отсутствие импульса представляет 0 написанного сверху двоичного числа.


Рис. 4.1. Представление цифрового сигнала
Обоими цифровыми сигналами (рис. 4.1) двоичное число 10011010 выражено в последовательной форме (последовательным кодом): разряды числа представляются последовательно, друг за другом. При этом потенциалы (импульсы), соответствующие разрядам числа, передаются по одной линии и обрабатываются устройством последовательно.

При представлении двоичного числа в параллельной форме (параллельным кодом) его разряды представляются одновременно. При этом количество линий передачи, а также однотипных элементов устройства, обрабатывающих цифровой сигнал, должно быть равно количеству разрядов числа, т.е. существенно увеличивается. Такой цифровой сигнал значительно обрабатывается устройством.

Цифровой сигнал может быть сформирован из непрерывного сигнала аналого-цифровым преобразователем (АЦП), который нередко называют преобразователем аналог-код или аналог-цифра. Такое преобразование сводится к тому, что из непрерывного сигнала периодически производятся выборки мгновенных значений; каждая выборка округляется до ближайшего разрешенного уровня, а код этого уровня (двоичное число) представляется элементами цифрового сигнала. Совокупность таких двоичных чисел, выраженных элементами цифрового сигнала, – цифровой сигнал, соответствующий преобразуемому непрерывному сигналу.

Рассмотрим переход от дискретного сигнала к цифровому. Вес диапазон возможных изменений непрерывного сигнала разбивается на конечное число равноотстоящих уровней (называемых уровнями квантования), которым дискретный сигнал только и может принимать. Каждая выборка сигнала округляется до ближайшего разрешенного уровня (рис. 4.2). Эта операция называется квантованием сигнала по уровню и по времени.


Рис. 4.2. Переход от дискретного сигнала к цифровому
Квантованный дискретный сигнал имеет конечное (счетное) количество значений. Благодаря этому каждому из них может быть присвоен какой-то код (число). Эту операцию называют кодированием.

Обратное преобразование цифрового сигнала в непрерывный осуществляется цифроаналоговым преобразователем (ЦАП). На входы такого преобразователя одновременно поступают потенциалы, представляющие разряды каждой выборки. Потенциалы, соответствующие единицам, открывают ключи, через которые на выход поступают напряжения, пропорциональные весам единиц разрядов. Так на выходе формируется напряжение, пропорциональное весу каждой выборки.
^ ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ И АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Преобразование аналоговой величины в цифровой код применяется довольно часто: в цифровых приборах с индикацией результатов измерения в десятичном счислении, для ввода в цифровой форме параметров технологического процесса в ЭВМ, которая не допускает их выхода за установленные пределы, при передаче информации по линии с целью повышения ее помехозащищенности и т.д.

Обратное – цифроаналоговое – преобразование в ряде случаев сопровождает аналого-цифровое. Кроме того, их сочетание позволяет осуществить цифровую обработку аналоговой величины, предварительно преобразованной в цифровую форму, и последующее преобразование к исходному аналоговому виду.

^ Аналого-цифровые преобразователи. АЦП преобразует аналоговый сигнал в цифровой.

АЦП времяимпульсного типа. Принцип преобразования такого типа заключается в том, что входному напряжению Uвх ставится в соответствие временной интервал, длительность которого пропорциональна Uвх. Этот интервал заполняется импульсами стабильной частоты. Число их и представляет цифровой эквивалент преобразуемого напряжения.

Схема, реализующая указанный принцип, изображена на рис. 4.3, а. Импульс с выхода генератора тактовых импульсов (ГТИ) обнуляет счетчик, запускает генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) и переключает триггер в состояние Q=1. Сигналом Q=1 генератор счетных импульсов (ГСИ) через элемент И подключается к счетчику. Когда нарастающее напряжение ГЛИН станет равным преобразуемому напряжению Uвх, на выходе компаратора появится логическая 1, которая переключит триггер в состояние Q=0 и прервет связь ГСИ с счетчиком. Код, устанавливающийся на выходе счетчика, – цифровой эквивалент аналоговой величины (входного напряжения). С изменением Uвх изменяется и код на выходе счетчика.

Временные диаграммы на рис. 4.3, б иллюстрируют описанные процессы. На выходе триггера формируются "временные ворота". Начало их соответствует тактовому импульсу, а конец – появлению 1 на выходе компаратора, когда наступает равенство uГЛИН=Uвх. Таким образом, длительность "временных ворот" пропорциональна значению входного напряжения. "Временные ворота" заполняются счетными импульсами стабильной частоты, поэтому их число пропорционально значению Uвх.


Рис. 4.3. АЦП времяимпульсного типа
АЦП последовательного счета. Работа такого преобразователя сводится к следующему. Счетные импульсы заполняют счетчик, на выходе которого формируется код с нарастающим весом. Этот код поступает на ЦАП, напряжение на выходе которого увеличивается. Когда оно сравняется с входным напряжением, доступ импульсов к счетчику прекращается. Код, устанавливающийся при этом на счетчике, является цифровым эквивалентом напряжения на выходе ЦАП, а следовательно, и напряжения Uвх.


Рис. 4.4. АЦП последовательного счета
Схема, реализующая описанный принцип, изображена на рис. 4.4. Преобразование начинается с обнуления счетчика импульсом генератора тактовых импульсов (ГТИ). После этого напряжение на входе ЦАП становится равным нулю – на выходе компаратора логическая 1, обеспечивающая поступление счетных импульсов (ГСИ) через элемент И на счетчик. Когда напряжение на выходе ЦАП станет практически равным Uвх, компаратор переключится и логическим 0 на выходе разъединит ГСИ и счетчик.


Скачать файл (4195 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации