Поразрядного уравновешивания

Методы аналого-цифрового преобразования в измерениях разработаны глубоко и основательно и сводятся к представлению мгновенных значений входного воздействия в фиксированные моменты времени соответствующей кодовой комбинацией (числом). Физическую основу аналого-цифрового преобразования составляет стробирование и сравнение с фиксированными опорными уровнями. Наибольшее распространение получили АЦП поразрядного кодирования, последовательного счета, следящего уравновешивания и некоторые другие [89 и др. ]. В данной главе кратко изложены традиционные методы, а также затронуты те вопросы

Б частности, в АЦП поразрядного кодирования уравновешивание осуществляется эталонными величинами, равными р-числам Фибоначчи фр (п — 1), ..., фр (0), На первом шаге алгоритма происходит сравнение входной величины А, значения которой находятся в диапазоне О ^ А <^ (fp (п), с весом фр (я. — 1) старшего разряда. В зависимости от результата сравнения на втором шаге с весом ц>р (п — 2) сравнивается снова величина А или разность А — фг, (п — 1) и т. д.

В АЦП поразрядного кодирования на основе классического двоичного кода все кодовые комбинации на выходе АЦП являются оазрешенньши, поэтому по вицу выходного кода нельзя судить о нарушениях в работе АЦП. К разряду разрешенных кодовых комбинаций в фибоначчиевых АЦП относятся комбинации двух типов:

2. Метод поразрядного кодирования, или АЦП последовательных приближений ( 7.2).

7.2. Схема АЦП поразрядного кодирования (а) и временная диаграмма его работы (б)

Для формулирования специфических требований, зависящих от типа АЦП, в котором должен использоваться тот или иной код, достаточно выделить два типа АЦП : АЦП совпадения (считывания [Л. 7-3, 7-13]) и АЦП поразрядного уравновешивания (поразрядного кодирования [Л. 7-13]). Остальные типы АЦП практически никаких специфических требований к применяемым в них кодам не предъявляют.

образцовым напряжением. На 5.3,а,б показаны эти структурные схемы. Принцип работы первой из них ясен из рассмотрения АЦП поразрядного кодирования в § 4.7.

В приборах поразрядного кодирования цифровой отсчет получается так же, как при измерении на компенсаторах и мостах с декадным отсчетом измеряемой величины. Можно сказать, что цифровой прибор поразрядного кодирования — это декадный компенсатор с автоматической компенсацией или автоматически уравновешивающийся декадный мост. В таких приборах компенсирующая величина последовательно изменяется по определенному закону до момента равенства измеряемой и компенсируемой величин, после чего измеряемую величину получают на отсчетном устройстве в цифровом виде.

В следящих и развертывающих цифровых компенсаторах (приборы поразрядного кодирования) скачки сигнала небаланса наблюдаются значительно меньше и усилители в таких приборах работают в условиях, близких к режиму работы следящих или развертывающих приборов с непрерывными шкалами.

а) В качестве примера прибора поразрядного кодирования рассмотрим вольтметр, блок-схема которого изображена на 13-16. Прибор основан на принципе уравновешивания, применяемого в потенциометрах и мостах с декадным отсчетом, использующих магазины проводимости, В данной схеме магазины проводимости построены по двоично-десятичному принципу. Как видно из схемы 13-16, от источника напряжения U0 через сопротивление /?к протекает ток /)() создавая напряжение, компенсирующее измеряемое напряжение U х. Во вход-

б) Цифровой мост, блок-схема которого изображена на 13-18, относится также к приборам поразрядного кодирования. Измерительный мост состоит из измеряемого сопротивления Rx, двух других плеч, образованных сопротивлениями /?2 и /?d, и четвертого плеча, образованного магазином проводи-мостей gt — g4- Напряжение с измерительной диагонали моста через усилитель постоянного тока подается на индикатор равновесия, состоящий из ряда блоков. Методы и механизм опроса элементов проводимости не отличаются от рассмотренных выше (см.

2. Метод поразрядного уравновешивания ( 10.3). В этом методе входная аналоговая величина U последовательно сравнивается с суммой эталонов, имеющих значение 2'' квантов. Таким образом, значения двух соседних эталонов отличаются в два раза. Сравнение начинается с эталона, имеющего максимальное значение. В зависимости от результата сравнения этого эталона с входной величиной полузается цифра в старшем разряде последовательного двоичного кода. Если

1Q.3. Иллюстрация метода поразрядного уравновешивания

Сравнение рассмотренных методов показывает, что достоинством метода последовательного уравновешивания является простота аппаратной реализации, поскольку требуется только один эталон, недостатком — большое количество шагов, которые необходимо сделать для уравновешивания, т. е. этот метод преобразования самый медленный. В противоположность ему достоинством метода считывания является быстродействие, недостатком — наличие большого числа эталонов и сравнивающих устройств, т. е. сложность аппаратной реализации. Промежуточное место занимает метод поразрядного уравновешивания. Он обладает приемлемым быстродействием и прост в реализации.

4. Чем определяется погрешность преобразования при методе поразрядного уравновешивания?

Описанная схема работает по методу поразрядного уравновешивания, позволяющему сократить количество тактов, необходимых для преобразования, по сравнению с методом развертывающего уравновешивания, при котором напряжение (/цдп возрастает ступенчато на один шаг квантования до уровня, равного t/вх [8]. АЦП, построенные по методу поразрядного уравновешивания, имеют высокое быстродействие.

2) приборы поразрядного уравновешивания (кодоимпульсные) — приборы, в которых сравнение измеряемой величины с известной ведут по разрядам выбранного кода, после чего происходит считывание кода со всех разрядов с последующим преобразованием его и отображением в цифровой форме;

На 16.6,а-в показаны структурные схемы цифровых приборов: а — последовательного преобразования; б — прямого преобразования; в — поразрядного уравновешивания. В схемах приняты следующие обозначения: АП — аналоговый преобразователь электрической непрерывной величины в электрическую; АЦП - аналого-цифровой пре-

124. Диаграмма напряжений в АЦП последовательного сравнения (я) и его функциональная схема (б). Функциональная схема АЦП поразрядного уравновешивания (в)

Функциональная схема АЦП поразрядного уравновешивания приведена на 124, в. По команде «Пуск» логическое устройство подает первый импульс от генератора импульсов в сдвигающий регистр (состоящий из Af-триггеров), первый триггер которого переключается и подает импульс в запоминающий регистр, вызывая переключение триггера старшего разряда и появление на выходе 2N~l напряжения логической 1. Этот же сигнал подается на вход старшего разряда ЦАП, и на его выходе появляется эталонное напряжение, равное 0,5Egv. Это напряжение сравнивается с напряжением сигнала Ux, и, если Ux > 0,5.Е8Т, то логическое устройство подает следующий, второй импульс на вход сдвигающего регистра. При этом в старшем разряде запоминающего регистра остается записанной 1 и 1 записывается в следующий разряд, в результате чего срабатывает соответствующий ключ в ЦАП и на его выходе к уже имеющемуся напряжению 0,5?эт добавляется напряжение 0,25 Евт и таким образом на выходе ЦАП действует [/ЦАП = 0,75 ?эт.

— поразрядного уравновешивания 256

9-20. Цифровой вольтметр поразрядного уравновешивания