Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Аналого-цифровые преобразователи (АЦП)





 

В задачах преобразования сигналов измерительной информации часто возникает необходимость представления непрерывных сигналов дискретными и восстановления непрерывного сигнала по его дискретным значениям. При этом непрерывный сигнал y(t) представляется совокупностью дискретных значений y(t1), y(t2), y(t3), …, по которым с помощью некоторого способа восстановления может быть получена оценка y*(t) исходного сигнала y(t).

Процесс преобразования y(t) в y(t1), y(t2), y(t3), …, y(tn) называется дискретизацией непрерывного сигнала. Наиболее часто применяется так называемая равномерная дискретизация, при которой интервал между соседними отсчётами – шаг дискретизации h = ti+1 - ti остаётся постоянным.

Процесс дискретизации сигнала сегодня проводится с помощью АЦП – аналого-цифровых преобразователей:

АЦП


А Д (Ц)

Непрерывная Дискретная (цифровая)

В основу преобразования непрерывной величины в дискретную положено квантование по уровню.

 

 

A функция

4 Уровни

3 квантования

h = const - шаг 2

квантования 1

t

 

Эти уровни нумеруются с нуля, причём уровень с номером нуль – это уровень оси абсцисс. На каждом уровне все значения равны (т.к. уровни - это параллельные линии). Значит, если мы хотим узнать, что происходит на уровне N, используем формулу

где h – шаг квантования, N – номер уровня.

Далее, строим так называемую квантованную функцию, то есть непрерывную функцию заменяем квантованной. Вот так:

A

Квантованная функция

Аналоговая функция


 

 

т.н. точки неотличия

 


t

0 t1 t2 t3

Ошибка, то есть разность между аналоговой и квантованной функцией существует и равна шагу квантования.

Для красных чернил



Для синих чернил

Обратите внимание на минус в погрешности для красночернильного графика и на плюс в погрешности для синего графика.

 

Погрешность можно уменьшить аж до полушага квантования, если провести квантованную функцию по центру тяжести аналоговой функции.

Красные чернила 1h 2h 3h X

-h Уменьшаем погрешность

ΔXДИСКР ΔXДИСКР

Синие чернила ΔXДИСКР h/2 X

h X

1h 2h 3h

Чтобы уменьшить погрешность надо уменьшать шаг квантования или увеличивать число уровней квантования (а лучше и то и другое вместе).

Пример:

UВХ = 0 ÷ 99,9 В. Каков оптимальный шаг квантования h и каково число уровней квантования N для данного случая.

Оптимально выбираем Шаг h в 0,1 В и Число уровней N в 1000 штук.

Техническая реализация АЦП заключается в следующем. АЦП строится на методе сравнения, где сравнивается непрерывная величина с образцовой величиной, построенной определённым образом, так чтобы образцовая величина менялась дискретно.

Существуют три метода построения АЦП:

1. Метод последовательного счёта

2. Метод сравнения – вычитания

3. Метод считывания U

Метод считывания X4

X3 UX

X2

h = 1В X1

tИ t

 

При этом методе происходит одновременное сравнение измеряемой величины X с известными величинами X1, X2, X3, …, значения которых равны уровням квантования. Известная величина, равная измеряемой Xi = X(tИ), даёт номер отождествляемого уровня квантования, в соответствии с которым образуется код, то есть значение измеряемой величины.

Получаем, что напряжение UX = 3В

 

Метод последовательного счёта

UX = ?

X3

X2

Шаг = const X1

t

tИ

При этом методе происходит последовательное во времени сравнение измеряемой величины X с известной величиной Xi, изменяющейся (возрастающей или убывающей) во времени скачками, причём каждый скачок соответствует шагу (ступени) квантования h по уровню. Число ступеней, при котором наступает равенство X = Xi(tИ) (c некоторой погрешностью), равно номеру отождествляемого уровня квантования. В процессе сравнения образуется код, соответствующий номеру отождествляемого уровня квантования. Возможно инверсное преобразование, при котором известная постоянная величина сравнивается с равномерно квантуемой величиной, функционально связанной с измеряемой величиной.

 

Метод сравнения - вычитания

(последовательного приближения, последовательного уравновешивания)

Xi

5 В

 

Функция, построенная по

t определённому алгоритму

tИ

При этом методе происходит последовательное во времени сравнение измеряемой величины X c известной квантованной величиной Xi , изменяющейся во времени скачками по определённому правилу (исключая единичную систему счисления). Значение известной величины при которой наступает равенство X = Xi(tИ), соответствует номеру отождествляемого уровня квантования. Код, образуемый в процессе этой операции, соответствует отождествляемому уровню.

 

 

Лекция 11

Пример:

Пускай значение напряжения лежит в пределах от нуля до 99 вольт.

+
+
Используем следующую схему:

СУ

-
-
К20
К40
К20
К1
К2
К10
К4
К2
UX = ?

К40*
К20*
К1*
К2*
К4*
К2*
К10*
К20*

-
Выход

+
УУ
R20 R40 R20 R10 I R2 R4 R2 R1

R20* R40* R20* R10* R2* R4* R2* R1*

 

 

 


КО ВСЕМ КЛЮЧАМ ИДЁТ УПРАВЛЯЮЩИЙ СИГНАЛ

-
+
+
-
Пояснения

I

ЕСЛИ R20 ТО R20*

I

K20 K20*

20 В 0 В

И НАОБОРОТ

ИОН (источник образцового напряжения) работает на нагрузку, коей являются сопротивления R и R*, выбранные таким образом, что при протекании тока I, на них наводится напряжение в соответствии со входом 2-4-2-1 (см. лекцию 9)

20-40-20-10; 2-4-2-1

Сопротивления зашунтированы ключами К и К*. Когда ключ верхнего сопротивления замкнут, то тот же ключ нижнего сопротивления разомкнут и наоборот. Это необходимо для поддержания

I = CONST

СУ (сравнивающее устройство) управляет ключами через УУ (устройство управления).

 

 

Работа схемы:

Пускай на вход пустили UX = 73 В

Исходно U0 = 0 вольт; все ключи Ki замкнуты (эквивалентны КЗ), все ключи Ki* эквивалентны ХХ (договоримся, что слова «ключ замкнут», «ключ открыт», «ключ эквивалентен КЗ» и «ключ пропускает сигнал» являются эквивалентными). СУ, подачей сигнала, сообщает устройству управления о недостаточности напряжения. Строго по одному начинают замыкаться/размыкаться ключи.

1. Разомкнули ключ К20 и замкнули К20* → U0 = 20 В 20<73

2. Ещё (не изменяя ничего из того, что сделали до этого) разомкнули ключ К40 и замкнули К40* → U0 = 20+40 = 60 В 60<73

3. Ещё разомкнули К20 и замкнули К20* → U0 = 20+40+20 = 80 В 80>73 (ПЕРЕБОР!) Последний резистор замыкаем ключом.

К20 К40 К20

4. U0 = 20+40+0+10 = 70 70<73

5. U0 = 20+40+0+10+2 = 72 72<73

6. U0 = 20+40+0+10+2+4 = 76 76>73

7. U0 = 20+40+0+10+2+0+2 = 74 74>73

8. U0 = 20+40+0+10+2+0+0+1 = 73 73=73

УРА!!!

Вот такой у него принцип работы. Последовательно размыкаем ключи по одному. Если результат получается больше чем надо, замыкаем последний разомкнутый ключ Кi (одновременно размыкая ключ Ki*) и размыкаем следующий после него, Ki+1 (одновременно замыкая ключ Ki+1*). Система 2-4-2-1, позволяет получить любое интересующее число.

 

 

U

 


T

ПОЛОЖЕНИЯ КЛЮЧЕЙ

K20 К40 К20 К10 К2 К4 К2 К1

ХХ ХХ КЗ ХХ КЗ КЗ ХХ ХХ

 

K20* К40* К20* К10* К2* К4* К2* К1*

КЗ КЗ ХХ КЗ ХХ ХХ КЗ КЗ

Примечание:

ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь (см. АЦП). Преобразовывает «дискреты» в аналоги.

Измерительные установки

Это собранные в одном помещении приборы, преобразователи, меры и решающие определённые задачи.

Пример:

Поверка вольтметров.









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2019 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.