1 Коротка теорія

1.1 Аналого-цифрові перетворювачі

У більшості сучасних систем управління використовуються ЕОМ, які вимагають подання інформації у вигляді двійкових кодів. У той же час багато датчиків, що входять до складу системи керування, мають аналогові вихідні сигнали. Для перетворення вихідної аналогової величини відповідний їй цифровий еквівалент - двійковий код служать аналого-цифрові перетворювачі (АЦП). Вони забезпечують квантування вхідної аналогової величини як за рівнем, так і за часом. Обов'язковість квантування за рівнем випливає із самої природи цифрового уявлення величин. Необхідність квантування за часом в АЦП пов'язана з ненульовим часом перетворення аналогової вхідної величини у вихідний код.

У системах управління найчастіше доводиться перетворювати на цифровий код такі аналогові величини: напруга і струм, кутове і лінійне переміщення, часовий інтервал, частоту і фазу змінного струму. Як цифрова величина в переважній більшості випадків позиційний двійковий код або двійково-десятковий код.

Основні параметри АЦП поєднуються в групи тимчасових та точнісних параметрів. До тимчасових параметрів відносяться:

період квантування

- інтервал між двома послідовними перетвореннями. Величина, обернена до періоду квантування - частота квантування;

тривалість циклу перетворення

– затримка між моментом подачі вхідної величини АЦП та моментом видачі коду;

час перетворення

– часовий інтервал, протягом якого вхідний сигнал безпосередньо взаємодіє з АЦП. У першому наближенні можна вважати, що поза інтерваломвхідна величина не впливає на результатиперетворення;

Тимчасові параметри АЦП показано малюнку 1.

Малюнок 1.1 - часові параметри АЦП

До точнісних параметрів АЦП відносять такі:

кількість розрядів вихідного двійкового коду n. Воно визначає максимальне значення вихідного коду Nmax=2 n -1 (мінімальне значення коду Nmax дорівнює нулю) і кількість рівнів квантування вхідного сигналу, що дорівнює Nmax +1;

величина кванта вхідного сигналу, що визначає роздільну здатність перетворювача за рівнем:

, де Xmax і Xmin – максимальне та мінімальне значення вхідного сигналу. Похибка квантування вхідного сигналу за рівнем не перевищує цієї величини.

1.2 Перетворювачі частоти на код

При перетворенні частоти в код можна використовувати як вимірювану величину безпосередньо частоту або період невідомої частоти.

У першому випадку найбільш простим способом є підрахунок числа періодів невідомої частоти на фіксованому часовому інтервалі ТФ. При цьому тимчасовий інтервал ТФтак, щоб задовольнялися вимоги по точності перетворення частоти: максимальна похибка буде виходити при перетворенні мінімального значення частотиfmin. Якщо максимальна відносна похибка перетворення не повинна перевищувати величини δmax, то часовий інтервал, на якому проводиться підрахунок числа періодів частоти, повинен мати значення

.

У другому випадку при побудові перетворювачів частоти код виконується перетворенням періоду, відповідного даному значенню частоти. При цьому залежність між частотою та кодом, що відповідає періоду, виявляється обернено пропорційною. Власне перетворення періоду в код є окремим випадком перетворення часового інтервалу в код.

Перетворення коду, пропорційного періоду, код, пропорційний частоті (тобто реалізації операції поділу), є досить складним завданням для автономного перетворювача. Зазвичай проблема вирішується або включення до складу перетворювача мікропроцесора, або операція реалізується на зовнішній ЕОМ, що отримує від перетворювача код, пропорційного періоду.

---