Кодоимпульсные системы

Лекция № 13

В кодоимпульсных системах (КИС) измеряемая величина передается в виде определенной комбинации импульсов (кода). Предварительно она квантуется по уровню и по времени. Далее осуществляется кодоимпульсная модуляция (КИМ).

Преимущества:

1) большая помехоустойчивость, поэтому возможность передачи сигналов телемеханики на большие расстояния (космические объекты);

2) большая точность измерений (< 0,1%, в других 0,5 – 1,5 %);

3) лучшее использование канала связи в случае применения специальных кодов, статистически согласованных с передаваемыми сообщениями;

4) получение информации в цифровом виде (облегчается применение ЭВМ, цифровых индикаторов)

Однако устройства КИМ сложнее других устройств телемеханики, поэтому их целесообразно применять только в многоканальных системах.

Преобразование измеряемой величины в код (АЦП) т.е. аналоговой величины в цифровой эквивалент осуществляется с помощью АЦП. Преобразование в основном происходит через промежуточный параметр (временной интервал, частоту или фазу) в число импульсов, которое далее кодируется по следующим схемам.

1. Напряжение – временной интервал – число – код.

Для преобразования измеряемой величины U_x во временной интервал (длительность импульса) используется любой из рассмотренных ранее время – импульсных преобразователей (ВИП) [например, генератор пилообразного напряжения в сочетании с нуль - органом].

Элемент "И" открывается на время длительного импульса снимаемого с ВИП. За это время с генератора стабильной частоты ГИ пройдет на счетчик тем больше импульсов, чем больше длительность импульса с ВИП. Сосчитанное число импульсов в виде двойного кода снимается с выхода счетчика СТ2.

&

Точность преобразования зависит от совпадения фронтов импульса с ВИП длительностью Т с импульсами, поступающими от ГИ. На рис. а) на длительность Т пришло 4 импульса, а на рис. б) – 3 импульса: возникает погрешность.

2. Напряжение – фаза – временной интервал – число – код.

Измеряемое напряжение поступает на фазосдвигающее устройство (ФСУ), питаемое от источника переменного тока с частотой f. В зависимости от значения U_x изменятся фазовый угол между напряжениями е ₁ и е ₂ на выходе ФСУ. Этот угол соответствует временному интервалу t = ψ /2 π- измерителя фазового угла (ИФ). ИФ – это RS – триггер с инверсными входами, меняющей состояние 0 на 1 в момент перехода напряжения е ₁ через нуль и 1 на 0 при переходе через нуль напряжения е ₂. Таким образом, на выходе возникает импульс длительностью t, который затем подается на ключ, и дальше все происходит, как в предыдущем преобразователе.

3. Напряжение – частота – число – код.

Измеряемая величина в частотно – импульсом преобразователе ЧИП, представляющем собой генератор импульсов, модулируемых по частоте, преобразуется в последовательность импульсов с частотой f = φ(u). Хронирующее устройство Т на ранее заданный интервал времени t открывает элемент u, и импульсы с ЧИП поступают на счетчик СТ2. Большее или меньше пройдет импульсов на счетчик, зависит от их частоты.

Непосредственное преобразование напряжения в код – здесь код, образуемый в кодирующем устройстве, преобразуется в напряжение, которое сравнивается с измеряемым напряжением; при равенстве напряжений образование кода прекращается и он подается на выход.

1. Преобразователь последовательного счета

Счетчик (СТ2) срабатывает на нуль. Показания СТ2 преобразуется с помощью ЦАП в напряжение поступающее на схему сравнения (СС). В начале преобразование, пока u_к с ЦАП меньше преобразующего напряжения Uх, элемент U₀ открыт и счетчик считает импульсы с генератора импульсов ГИ. Когда u_к ≥ u_х, схема сравнения СС закрывает элемент u₀ и подает сигнал на элементы u₁ – u_н для считывания двоичного кода со счетчика. Количество импульсов, поступающих на счетчик, пропорционального преобразуемому напряжению Uх. На рис. показано, как от каждого импульса, поступающего с ГИ, увеличивается преобразованное в ЦАП напряжение: u_к = u₀ N. Чем больше число импульсов в данном интервале счетчика, тем меньше ошибка т.е. ζ u₀ = u_к – u_х.

Преобразование кодов в напряжение (ток) (декодер)

В качестве преобразующих устройств используются ЦАП, выполненные в виде декодирующих сеток из резисторов. Для преобразование кодовой посылки в ток или напряжение необходим параллельный код. Поэтому перед преобразованием последовательный код записывается в регистр и в нижний момент со всех ячеек снимается параллельный код. Сопротивление резисторов в декодирующей сетке выбирают так, чтобы выходное напряжение сетки было пропорционально декодируемому числу. По способу построения декодирующие сетки подразделяют на последовательные и параллельные, а по режиму работы – с суммированием напряжений или токов.

Недостаток декодирующих сеток с последовательным соединением разрядных резисторов заключается в том, что при включении разного числа резисторов получается различные значения выходного сопротивления схемы, что уменьшает точность преобразования, если преобразователь работает не в режиме холостого хода, а нагружен на входное сопротивление последующего устройства. Этого недостатка лишены декодирующие сетки с параллельным включением разрядных резисторов типа R – 2R и со взвешенными резисторами.

Декодирующие сетки типа R – 2R. Это декодирующая сетка для суммирования напряжений. Схема является делителем из резисторов только двух номиналов R и 2R, включенных так, что съем разрядных напряжений с выхода схемы пропорционален весам двоичных разрядов.

Подключение источника эталонного напряжения к декодирующей сетке осуществляется с помощью ключей К ₁ – К _н, которые управляются сигналами с регистра. Если, н/п, в регистр – предварительно была записана кодовая комбинация 11 …10, соответствующая переданной измеряемой величине, то при нормальном считывании этой комбинации ключи К _n1, К _n-1 … К ₂ переключаются и подсоединяют соответствующие резисторы к источнику эталонного напряжения. Ключ К _1­ на который подан сигнал 0, не переключается, оставив присоединение к его выходу резисторы подключенными. Можно подсчитать, какие напряжения будут подаваться на операционный усилитель ОУ, если замыкать тот или иной ключ. Так, при включении только старшего n – го разряда выходное напряжение декодирующей сетки:

U _n = (1/2) E_эт

при включении n – 1 разряда: U_{n -1} = (1/4) E_эт;

n – 2 разряда: U_{n -2} = (1/8) E_эт.

Таким образом, выходное напряжение различных разрядов изменяются по двоичному закону и для любого К – го разряда можно записать

U_выхк – (1/2^к) Е_эт

Это уравнение справедливо, если считать, что работа происходит в режиме холостого хода, т.к. входное сопротивление очень велико. Счет номеров в ЦАП начинается со старшего разряда, для которого К = 1. С учетом конечного значения нагрузки сопротивление 2 R или замкнуто на землю или через источник питания Е то же замкнуто на землю и R_вых = 2 R всегда

U_{вых к} = E _эт- для одного К – того разряда

Если включается несколько разрядов, то выходное напряжение определится как сумма напряжений:

U_вых = .

Выходные сопротивление декодирующей сетки этого типа постоянны и не зависят от числа включенных разрядов

Дата добавления: 2014-01-07