Электронные измерительные системы. Цифровые вольтметры. Осциллографы. Системы сбора данных, страница 7

Последний из упомянутых типов воздействия на сиг­нал носит название «обработки сигнала». На рис. 4.15 показано, из каких частей состоит система сбора данных, а также указаны сигналы различного типа на входах и выходах отдельных узлов. Но для получения таких сигналов все же необходимо осуществить в системе сбора данных преобразование цифрового сигнала, поступающего от компьютера, в выходное напряжение или ток. Такое преобразование выполняется цифро-аналоговым преобразо­вателем (см. раздел 3.3.6), который превращает двоичное слово D_j в пропор­циональное ему напряжение или ток. В результате величина выходного на­пряжения или тока оказывается определенной только в дискретные момен­ты времени t_i Чтобы вновь придти к аналоговому выходному сигналу приме­няется интерполяция. Процедуру интерполяции значений выходного сигна­ла между моментами t_i называют «восстановлением». Обычно это осуществ­ляется с помощью фильтра нижних частот, который в данном случае играет роль «восстанавливающего фильтра». На практике производительность циф­рового компьютера часто так велика, что имеется возможность обрабаты­вать не один входной сигнал, а большее число таких сигналов, применяя временное мультиплексирование (см. параграф 2.2). В этом случае необходи­мо со стороны входа компьютера поместить «мультиплексор» или «опраши­вающее устройство», а со стороны выхода компьютера — «демультиплексор» или «распределяющее устройство». Представленная на рис. 4.15 система является одноканальной системой сбора данных и поэтому не содержит уз­лов, осуществляющих мультиплексирование и демультиплексирование.

4.5.2 Оцифровывание

Как мы увидели выше, на входе процессора в системе сбора данных должен осуществляться перевод аналогового сигнала в цифровой вид, то есть сиг­нал должен быть преобразован таким образом, чтобы он стал дискретным по времени и квантованным по величине. Другими словами, аналоговый сигнал необходимо преобразовать в поток двоичных слов D_j, соответствую­щих моментам взятия выборок t_i. Обычно эти слова поступают на вход про­цессора параллельно, то есть в виде одного полного слова на каждую выбор­ку. При преобразовании аналогового сигнала в последовательность чисел вносятся ошибки и искажения. На рис. 4.16 показано возникновение этих ошибок во временной области и по величине для аналогового входного сиг­нала V_A(t). Из-за погрешности Dt в моментах взятия выборок t_i, возникает ошибка по величине DV, которая зависит от того, насколько «круто» изме­няется сигнал V_A(t). По мере роста высокочастотных компонент в сигнале V_A(t) эти ошибки становятся все больше. Если бы этих ошибок не было вовсе, то аналоговый эквивалент двоичного сигнала D выглядел бы как V_A на рис. 4.16. В действительности, V_A меняется в пределах полосы, ограничен­ной на рис. 4.16 штриховыми линиями.

Таким образом, ошибка  равна:

Эта (полная) ошибка  больше, чем , и определяется ошибками квантования, погрешностями аналого-цифрового преобразования и ошиб­ками, возникающими при взятии выборок, вдобавок к погрешностям в за­дании точек дискретизации на оси времени. В следующих разделах мы рас­смотрим порознь ошибки, возникающие в результате квантования и при взятии выборок.