Глава 2. Виды сигналов

2.1. Характеристика дискретных электрических сигналов

При помощи датчиков физическое явление преобразуется в электрический сигнал. Не все сигналы измеряются одинаковым образом, поэтому, прежде всего, необходимо разделить сигналы на два типа: аналоговые и дискретные (цифровые).

После того, как это сделано, необходимо решить, какую информацию необходимо извлечь из сигнала. Возможные следующие типы информации, которые можно получить из сигнала: состояние, скорость изменения, уровень, форма и частота.

Один и тот же электрический сигнал можно рассматривать с разных позиций (рис.2.1).

Рис. 2.1. Один сигнал – пять видов измерений

Дискретные (цифровые) сигналы имеют два возможных состояния: «включено» (высокий уровень напряжения, состояние «истина») и «выключено» (низкий уровень напряжения, состояние «ложь»). В современной технике дискретные сигналы часто представлены сигналами транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ- сигналы). Технические условия ТТЛ сигналов определяют уровень напряжения от 0 до 0.8 вольт как «низкий», а уровень напряжения от 2 до 5 вольт как «высокий». Большинство цифровых устройств принимают любой ТТЛ- совместимый сигнал.

В дискретном сигнале можно измерить только два параметра: состояние (уровень) и скорость изменения.

• Состояние — Цифровой сигнал имеет два возможных состояния (уровня): «включено» и «выключено». Поэтому один из возможных для измерения параметров - что проверка состояния: «включено» или «выключено».

• Частота (скорость изменения) — Состояние цифрового сигнала также может изменяться со временем. Поэтому другой измеримый параметр - это скорость изменения состояний сигнала с течением времени.

Рассмотрим следующий пример измерения состояния дискретного сигнала. Предположим, у вас имеется переключатель, который необходимо контролировать. Этот переключатель (рис. 2.2) управляет включением и выключением света.

Рис. 2.2. Состояние переключателя

Когда переключатель разомкнут, вы измерите 0 вольт («выключено»). Когда переключатель замкнут, вы измерите 5 вольт («включено»). Измеряя состояние дискретного сигнала, можно определить, зажегся свет или нет.

Рассмотрим пример измерения частоты дискретного сигнала. Пусть имеется мотор, для которого необходимо определить, насколько быстро вращается его вал (рис.2.3).

Рис. 2.3. Измерение скорости вращения мотора

Устройство кодирования (энкодер) по углу поворота – это датчик, преобразующий информацию о вращательном движении вала мотора в дискретный сигнал. Когда вал вращается, энкодер генерирует два цифровых сигнала. Каждый сигнал представляет собой серию чередующихся высоких и низких состояний, которые называют последовательностью импульсов (pulse train). При определенном повороте вала генерируется импульс. Величина угла поворота вала, приходящегося на один импульс, зависит от устройства энкодера. Например, испытательная коробка DAQ Signal Accessory, используемая в данном курсе, содержит энкодер, генерирующий 24 импульса на один полный оборот ручки (вала). Измеряя частоту импульсов в одной из последовательностей, можно определить, насколько быстро вращается вал. Измеряя обе последовательности импульсов, можно определить не только скорость вращения вала, но также и направление вращения.