133. Принцип работы компаратора.

134.Принцип работы компаратора.

Компаратор – устройство, в котором происходит сравнение двух напряжений – входного и опорного.

На рис. 13.21, а приведена схема компаратора, а на рис. 13.21, б -временные диаграммы его работы. Операционный усилитель компаратора работает без обратной связи с заземленным инверсным входом. На прямой вход подается изменяющееся по амплитуде напряжение, например, синусоидальной формы (рис. 13.21, б). При прохождении входного напряжения через нуль напряжение на выходе будет скачком изменяться от -Е до +Е, и наоборот. Переход t/вых из одного состояния в другое показывает, когда и в каком направлении t/_Bx пересекает опорный уровень напряжения.

Е сли на инверсный вход подать те нулевое, а другое фиксированное постоянное напряжение, то изменится уровень опорного напряжения и на выходе ОУ скачок будет происходить при других значениях входного напряжения. Можно подавать опорное напряжение и на прямой вход. При этом изменяется только полярность выходного напряжения. Компараторы используются в аналоговых сравнивающихся устройствах измерительной техники для фиксации момента равенства сравниваемых величин и для выдачи командного сигнала на схему управления измерительного прибора. Другое название компаратора - нуль-орган - вошло в практику приборостроения применительно к цифровым (дискретным) схемам.

135. Мультиплексоры. Принцип построения.

135. Мультиплексоры. Принцип построения.

Мультиплексором называется комбинационное устройство, предназначенное для коммутации в нужном порядке сигналов с нескольких входных шин на одну выходную. С помощью мультиплексора осуществляется временное разделение информации, поступающей по каналам. Его можно уподобить бесконтактному многопозиционному переключателю.

Входы мультиплексора делятся на информационные, адресные и разрешающие. На информационные входы подаётся информация, передаваемая на выход мультиплексора. Адресные входы служат для выбора нужного информационного входа, а на разрешающий вход подаётся разрешающий сигнал, разрешающий подключение выбранного входа на один общий выход. Разрешающий вход, как правило, один, а число информационных и адресных входов взаимосвязано. Если число адресных входов n, то с их помощью можно коммутировать 2ⁿ каналов, т. е. число информационных входов 2ⁿ. Наличие разрешающего входа позволяет синхронизировать работу мультиплексора работой других узлов, а также наращивать его разрядность.

136. Основные преимущества использования микропроцессорного управления в технологических устройствах.

Микропроцессорная система (МПС) представляет собой функционально законченное изделие, состоящее из одного или нескольких устройств, главным образом микропроцессорных: микропроцессора и/или микроконтроллера.

Микропроцессорное устройство (МПУ) представляет собой функционально и конструктивно законченное изделие, состоящее из нескольких микросхем, в состав которых входит микропроцессор; оно предназначено для выполнения определённого набора функций: получение, обработка, передача, преобразование информации и управление.

Главная особенность микропроцессора — возможность программирования логики работы. Поэтому МПС используются для управления процессом измерения (реализацией алгоритма измерения), обработки опытных данных, хранения и вывода результатов измерения и пр. Рассмотрим основные преимущества микропроцессорных средств измерения.

• Многофункциональность. Замена измерительного комплекса (совокупности различных измерительных приборов) одним, многофункциональным. Такая замена в приборах с «жесткой» логикой неэкономична. Так как добавление новой функции требует ввода дополнительного блока. Программируемая логика позволяет сделать это добавлением блока программы. Число программ ограничено возможностями ПЗУ и блока управления.

• Повышение точности — наиболее важный момент. Уменьшение погрешностей по сравнению с обычными цифровыми приборами при прочих равных условиях достигается за счет исключения систематических погрешностей в процессе самокалибровки: коррекция смещения нуля, учет собственной АЧХ прибора, учет нелинейности преобразователей. Самокалибровка в данном случае — это измерение поправок или поправочных множителей и запоминание их в ОЗУ с целью использования на этапе обработки опытных данных.

• Уменьшение влияния случайных погрешностей (путем проведения многократных измерений с последующей обработкой выборки — усреднением, вычислением мат. ожидания и пр.). Выявление и устранение грубых погрешностей (промахов). Вычисление и индикация оценки погрешности прямо в процессе измерения.

• Компенсация внутренних шумов и повышение чувствительности средства измерения. Простое усреднение сигнала на входе прибора требует достаточно большого времени tycp. Один из вариантов — проведение многократных измерений и усреднение результатов с целью компенсации случайной составляющей измерительного сигнала. Пример — микропроцессорный ВЧ вольтметр среднеквадратического значения.

• Расширение измерительных возможностей путем широкого использования косвенных и совокупных измерений, воспринимаемых оператором в этом случае как прямые (поскольку результат обработки появляется на индикаторе сразу после проведения измерения). Напомним, что косвенные измерения включают в себя вычисления результата по опытным данным по известному алгоритму. Совокупные измерения предполагают измерение нескольких одноименных физических величин путем решения системы уравнений, получаемых при прямых измерениях сочетаний этих величин. (Например, измерение сопротивления различных сочетаний резисторов — последовательное, параллельное, последовательно-параллельное, позволяют рассчитать сопротивление каждого из них). В этих случаях микропроцессор осуществляет управление процессом измерения по программе и проводит обработку опытных данных. Результат расчетов воспринимается оператором как результат прямых измерений, поскольку расчет делается быстро.

• Упрощение и облегчение управления прибором. Все управление производится с кнопочной панели, выносные клавиатуры используют редко. Чем меньше кнопок, тем более «разумным» является прибор. Автоматизация установок прибора приводит к упрощению его использования (выбор пределов измерения, автоматическая калибровка и пр.). В ряде приборов использую контроль за ошибочными действиями оператора — индикация его неверных действий на табло или экране. Упрощает измерения визуализация результатов на экране в удобном виде, с дополнительными шкалами. Ряд приборов предусматривает вывод результатов на печатающее устройство или портативный носитель информации.

137. Цифровые счетчики с коэф-м пересчета к=2.

Счетчик - это устройство для подсчета числа входных сигналов.

В ЭВМ счетчики используются для образования последовательности адресов команд, для счета количества циклов выполнения операций и т.д.

С точки зрения теории автоматов, счетчик - это цифровой автомат, внутреннее состояние которого является функцией количества поступивших входных сигналов.

Количество переключающих сигналов, которое надо подать на вход счетчика для того чтобы счетчик вернулся в исходное состояние, равное числу состояний счетчика, называется коэффициентом пересчета или модулем счетчика – Ксч . Счетчик называется двоичным, если Ксч = 2m, где m - целое число, m>0, и десятичным, если Ксч = 10p , где р - целое число, р > 0. Счетчики чаще всего строятся на триггерах различных типов, которые являются элементарными счетчиками с модулем 2.

Любой счетчик с модулем Ксч может быть использован как делитель частоты входных сигналов с коэффициентом деления Ксч .

По порядку изменения состояний могут быть счетчики с естественным и произвольным порядком счета. В первых счетчиках значение кода каждого последующего состояния отличается на 1 от кода предыдущего состояния.

По способу переключения триггеров во время счета счетчики делятся на асинхронные и синхронные. Первые называются еще счетчиками с последовательным переносом, т.к. переход каждого триггера из одного состояния в противоположное происходит последовательно во времени. Входной переключающий сигнал непосредственно воздействует лишь на первый триггер, и каждый триггер вырабатывает переключающий сигнал для следующего соседнего триггера.

Синхронные счетчики называются еще счетчиками с параллельным переносом, т.к. в них входной переключающий сигнал непосредственно воздействует на все триггеры счетчика, что обеспечивает одновременность переходов триггеров.