12. ЦИФРОВЫЕ ПРИБОРЫ……………………………………………………….1
12.1. Квантование и дискретизация сигналов………………………………..1
12.2. Системы счисления и коды, применяемые в ЦИПах………………….3
12.3. Аналого-цифровые преобразователи……………………… 4
12.4. Цифровые вольтметры…………………………………………5
12.5. Выбор разрядности АЦП в цифровых приборах…………………..…...8
(всего 9 стр.)
12. Цифровые приборы.
Цифровыми измерительными приборами (ЦИП) называют приборы, автоматически вырабатывающие дискретные сигналы измерительной информации, показания которых представляются в цифровой форме. В ЦИПах обязательно формируется код, соответствующий значению измеряемой ФВ. Затем в соответствии с этим кодом значение ФВ отображается в цифровой форме на цифровом отсчетном устройстве (ЦОУ) прибора. ЦИП обязательно содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и ЦОУ.
Применяются также аналого-дискретные измерительные приборы (АДИПы). В отличие от ЦИП в этих приборах используются не ЦОУ, а квазианалоговые отсчетные устройства, т.е. устройства, в которых роль указателя выполняет светящаяся полоса (или светящаяся точка), меняющая дискретно свою длину (положение) относительно шкалы. Квазианалоговые отсчетные устройства, как и ЦОУ в ЦИПах, управляются кодом. АДИПы сочетают достоинства аналоговых измерительных приборов (аналоговые отсчетные устройства) и ЦИПов (код на выходе).
12.1. Квантование и дискретизация сигналов.
В ЦИПе при образовании кода непрерывная измеряемая величина х(t) подвергается квантованию по уровню и дискретизации во времени. Непрерывная (аналоговая) величина х(t) может принимать в заданном диапазоне «Д» бесконечно большое число значений на интервале времени «Т» при бесконечно большом числе моментов времени (рис. А).
Рисунок А. |
Рисунок Б. |
Рисунок В. |
Рисунок Г. |
Дискретизацией непрерывной величины х(t) называется процес ее преобразования в прерывную во времени величину хд(t), значения которой совпадают с соответствующими значениями величины х(t) в моменты времени t0, t1, t2, … tп (в моменты взятия отсчетов), а между отсчетами значения величины хд(t) равны нулю. В процессе дискретизации непрерывная величина х(t) преобразуется в величину, которая непрерывна по уровню (значению) и дискретна по времени (см. рис. Б). Промежуток времени между двумя соседними отсчетами называют интервалом дискретизации Δt. Интервал дискретизации может быть постоянным или переменным.
Квантованием по уровню непрерывной величины х(t) называется процесс ее преобразования в квантованую величину хк(t) – см. рис. В. Непрерывная (аналоговая) величина х(t) в конечном диапазоне изменения «Д» может принимать бесконечное множество значений. Квантованая же величина хк(t) в конечном диапазоне изменения принимает только конечное множество значений. Фиксированные значения квантованной величины х1 , х2, х3 , … хп называют уровнями квантования, а разность между двумя ближайшими уровнями – шагом квантования Δх. Значения квантованой величины могут быть равными только уровням квантования.
Как правило, в ЦИПе квантование по уровню непрерывной величины х(t) сопровождается одновременной дискретизацией ее во времени – см. рис. Г. На приведенном рисунке вертикальные отрезки А1, А2, … Ап соответствуют кодам, сформированным в схеме ЦИПа в моменты отсчетов, т.е. в моменты времени t0, t1, t2, … tп, при измерении величины х(t). Как видно из рисунка имеется разница между значениями кодовых комбинаций (показаниями ЦИПа) и значениями измеряемой величины. Эта разница есть абсолютная погрешность квантования. Чем больше уровней квантования выбрано в диапазоне изменения измеряемой величины х(t), тем меньше разница значений квантованной величины хк(t) и измеряемой х(t), тем меньше погрешность квантования. Поэтому погрешность квантования не является препятствием для увеличения точности ЦИПа, т.к. соответствующим выбором количества уровней квантования (разрядности АЦП) эту погрешность можно сделать достаточно малой.