Коды, применяемые в ЦСИ. ЦСИ уравновешивающего или компенсационного типа. Сравнение аналоговых и цифровых измерительных средств. Преобразователи кодов. Основные характеристики и схемы

Лекция 1       Размер\определить\ 14;12;8;18;12.

 Основные понятия.

Цифровое средство измерения – это измерительный прибор, автоматически вырабатывающий дискретные сигналы измерительной информации, показания которого представлены в цифровой форме.

Дискретный сигнал – такой сигнал, у которого информация заложена не  в значении величины, используемой для передачи этой информации, а в соответствующем ей количестве сигналов, их взаимном расположении      и т. д., и т. п., причем дискретный сигнал, в отличие от непрерывного, может иметь ограниченное число значений.

Код – это система определённых правил, используемая для представления информации посредствам цифровых или дискретных сигналов.

Непрерывная величина (см. рис. A: функция ) – в общем случае понимается как величина, которая может иметь в заданном диапазоне  бесконечно большое число значений в интервале времени при бесконечно большом числе моментов времени. Величина может быть непрерывной только по значениям или только по времени.

Дискретизированная величина – это величина, которая имеет определённое значение только в моменты дискретизации, в остальное время она равна нулю.

Квантованная величина –  величина, имеющая ограниченное число значений, расстояния между которыми называется ступенью квантования.

Цифровой сигнал – это частный случай дискретного, когда соответствующая ему информация предоставлена в виде цифр.

Цифровые измерения  – это измерение, при котором указание числового значения результата измерения осуществляется путем его цифрового представления.

Дискретизация – преобразование непрерывной величины в дискретизированную (рис. Б) путем сохранения её мгновенных значений только в детерминированные моменты времени (моменты дискретизации). При дискретизации теряется часть информации о сигнале.

Шаг дискретизации – это промежуток времени  между двумя ближайшими моментами дискретизации. В заданном интервале времени он может быть как постоянным (равномерная дискретизация), так и переменным (неравномерная дискретизация).

Квантование – это преобразование непрерывной величины по значению в квантованную (рис. В) путём замены её мгновенных значений ближайшими фиксированными значениями, ряд которых или совокупность которых образованы по определенному закону с помощью мер.

Ступень квантования – разность между двумя ближайшими детерминированными значениями квантованной величины. В заданном диапазоне она может быть как постоянная (равномерная), так и переменная (неравномерное квантование). При квантовании непрерывной по значению величины  теряется часть информации о ней, но получаемые в результате квантования значения известны с точностью, определяемой погрешностью меры. Учитывая то, что время  – тоже измеряемая величина, то при его измерении дискретизация теряет смысл и имеет место процесс квантования самого времени.

Цифровое кодирование – получение по определённой системе правил числового значения квантованной величины в виде комбинации цифр.

Аналого-цифровое преобразование – измерительный процесс, включающий в себя в общем случае дискретизацию, квантование и кодирование непрерывной входной величины.

Аналого-цифровой преобразователь – измерительный преобразова-тель, автоматически осуществляющий аналого-цифровое преобразова-ние.

Лекция 2

 Коды, применяемые  в ЦСИ.

Общая запись чисел в алгебраических системах счисления: , где – это множитель, который определяется состояние в i- ом разряде и может принимать целые значения в диапазоне , где h-основание системы счисления, i –  номера разрядов, n – старший разряд числа,  N –  просто число, которое мы кодируем,  – весовой коэффициент разряда.

 Ещё одной системой счисления является единичная.

Пример, 5₁₀=11111₁.

Единичная система счисления является непозиционной. Это означает, что каждая (все) единички в записи числа означают одно и то же. Однако существует позиционный вариант записи единичной системы:  5₁₀=0000100001.

В этом случае единицей может являться только один разряд, он и несёт информацию.

Кроме десятичной, двоичной и единичной систем счисления в ЦСИ применяется и двоично-десятичная система счисления, в которой каждый десятичный разряд записывается двоичным числом.

Пример, 0011_1001_0001. Здесь 391 записано тремя двоичными величинами: простота индикации и декодирования в десятичную систему счисления.

Двоично-десятичный код имеет следующие весовые коэффициенты для двоичных разрядов:

                          

 Также используется код с весовыми коэффициентами:4,2,2,1.

Пример записи:

                             .

Однако этот код имеет следующий недостаток: поскольку два разряда имеют одинаковый вес, то запись одного и того же десятичного числа может быть разной, например 3=0011=0101.

Лекция 3

С этим недостатком борются изменением очерёдности весовых коэффициентов: например 2,4,2,1.

В отличие от двоичного, десятичного, двоично-десятичного, коды типа 4,2,1,2 не являются арифметическими, потому что значение не возможно вычислить по формуле:

                                 

Кроме того, с такими кодами нельзя производить арифметические операции. При введении информации в таких кодах в ЭВМ, их необходимо преобразовывать в арифметические коды. Преобразование неарифметических кодов производится с помощью таблиц.

Передача информации в ЦСИ может производиться во времени последовательно и параллельно.

Передавать информацию необходимо не только между приборами или блоками, но и на малые расстояния (между микросхемами). При передаче информации в последовательном коде используются два провода: специальный и общий.

При передаче информации при параллельном коде используют n+1 проводов, где n  – количество проводов.

Хотя описанное выше называется кодом, это не совсем верно, это последовательный и параллельный метод передачи одного и того же кода.

Структурная схема АЦП И ЦСИ.

Обобщенная структурная схема АЦП (рис.1) представляет собой дискретизирующие устройства (ДУ), которое тактирует квантующее устройство К_вУ и кодирующее устройство КУ.

На вход квантующего устройства передаётся непрерывный сигнал X(t), который измеряется, а с выхода кодирующего устройства снижается цифровой код измеряемого сигнала.

В самом общем случае ЦСИ (см. рис.2) можно представить в виде комбинации аналогового преобразователя (АП), вырабатывающего на выходе аналоговый сигнал a(t), АЦП, на выходе которого имеем дискретный сигнал ДС и цифрового отсчетного устройства ЦОУ, на выходе которого имеем численное значение N измеряемой величины  X(t).

Классификация ЦСИ.

Поскольку основной составной частью большинства ЦСИ является АЦП, то ЦСИ можно разбить на две большие группы по типам АЦП:

1)  ЦСИ прямого преобразования;

2)  ЦСИ уравновешивающего, компенсационного преобразования.

В ЦСИ прямого преобразования отсутствует общая обратная связь. В цепи прохождения сигнала присутствует n преобразователей П₁, П₂, …, П_n, каждый из которых может иметь собственную обратную связь. Особенности данного типа ЦСИ – относительно высокое быстродействие и относительно малая точность измерения.