История развития хранилищ для нефти: Первые склады нефти появились в XVII веке. Они представляли собой землянные ямы-амбара глубиной 4…5 м...
Таксономические единицы (категории) растений: Каждая система классификации состоит из определённых соподчиненных друг другу...
Топ:
Эволюция кровеносной системы позвоночных животных: Биологическая эволюция – необратимый процесс исторического развития живой природы...
Процедура выполнения команд. Рабочий цикл процессора: Функционирование процессора в основном состоит из повторяющихся рабочих циклов, каждый из которых соответствует...
Интересное:
Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов: Изучение оползневых явлений, оценка устойчивости склонов и проектирование противооползневых сооружений — актуальнейшие задачи, стоящие перед отечественными...
Распространение рака на другие отдаленные от желудка органы: Характерных симптомов рака желудка не существует. Выраженные симптомы появляются, когда опухоль...
Уполаживание и террасирование склонов: Если глубина оврага более 5 м необходимо устройство берм. Варианты использования оврагов для градостроительных целей...
Дисциплины:
2017-06-26 | 957 |
5.00
из
|
Заказать работу |
Цель: Формирование у студента компетенции ПК-12
Теоретическая часть
Цифровые электронные устройства работают в двоичном коде, а большинство исполнительных механизмов автоматизированных систем управления, как правило, реагирует на аналоговые уровни напряжения или тока. Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) преобразует цифровую информацию в аналоговую. ЦАП используют также в бытовой электронике, например, в системах высококачественного воспроизведения звука, записанного в цифровой форме на компакт-дисках.
В системах управления информация о состоянии контролируемого промышленного оборудования снимается чаще всего в аналоговом виде. Для последующей обработки эта информация преобразуется в цифровую форму. Такое образование выполняют в два этапа. Вначале непрерывно изменяющийся сигнал измеряют в дискретные моменты времени. Затем полученные значения сигнала подают на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП), который с некоторым шагом квантования по уровню преобразует их в эквивалентные цифровые значения, представленные в двоичном коде.
Дискретизация во времени выполнена корректно, если возможно однозначное восстановление исходного аналогового сигнала. При этом исходный сигнал должен удовлетворять условиям:
– частотный (спектральный) состав исходного сигнала должен быть ограничен некоторой верхней граничной частотой ;
– частота дискретизации (следование отсчетов) должна быть больше или равна 2 .
Обычно выбирают частоту дискретизации = (3…10) .
Основными характеристиками ЦАП и АЦП являются быстродействие и погрешность преобразования.
Быстродействие – это время преобразования информации из одной формы в другую.
Погрешность преобразования определяется абсолютной погрешностью и относительной разрешающей способностью. Абсолютная погрешность преобразования равна половине шага квантования по уровню . При шаге квантования n -разрядный ЦАП обеспечивает 2 n различных значений выходного напряжения, максимальное значение которого, называемой напряжением шкалы,
.
Относительная разрешающая способность
.
Число уровней квантования напряжения
.
Период следования тактовых импульсов
,
где – тактовая частота, Гц.
Время преобразования в АЦП последовательного типа
.
Число возможных состояний (коэффициент пересчета) двоичного счетчика K сч=2 n, где n – разрядность счетчика и число его триггеров.
Максимальное число счетчика равно .
Микропроцессоры (МП) предназначены для приема набора чисел (ввод), выполнения некоторых арифметических и логических операций над числами (обработка), хранение результатов тех или иных операций во внутренней памяти (регистрах), либо их выдаче в другие блоки микропроцессорной системы. МП может обрабатывать только двоичные числа. Информация, получаемая от приборов, перед обработкой МП должна быть преобразована в двоичную форму с помощью подсистемы ввода–вывода, присоединенной к МП.
Достоинством МП является большая скорость обработки данных. МП могут принимать, обрабатывать и выдавать данные со скоростями в миллионы бит в секунду.
Эволюция архитектуры МП пошла по нескольким различным направлениям, в результате чего появились следующие их классы:
– простые однокристальные 4- и 8-разрядные контроллеры относительно невысокой производительности для применения в бытовых приборах и небольших подсистемах,
– быстродействующие секционные комплекты микропроцессорных БИС для создания ЭВМ произвольной разрядности с наращиваемой системой команд,
– мощные однокристальные 16- и 32-разрядные интегральные схемы супер большой интеграции (ССБИС) с фиксированной системой команд для персональных ЭВМ, производительность которых приближается к производительности полупрофессиональных и мини ЭВМ,
– специализированные процессоры цифровой обработки, предназначенные для ускорения выполнения арифметических операций и алгоритмов спектрального анализа сигналов,
– аналоговые процессоры – устройства с аналоговыми входом и выходом, внутри которых вся обработка сигналов ведется в цифровом коде.
Задачи
1. В АЦП последовательного небалансного типа (рисунок 18.1) аналоговое напряжение преобразуется формирователем временного интервала ФВИ в импульс длительностью , пропорциональной величине . В течение времени элемент И пропускает на вход двоичного счетчика СТ импульсы стабильной частоты от тактового генератора импульсов ГИ. Счетчик формирует двоичный код Y, пропорциональный . Определите число разрядов счетчика n и время преобразования , если = (0…10) В, шаг квантования = 0,01 В, тактовая частота ГИ = 1 МГЦ.
2. В АЦП балансного типа (рисунок 18.2) цифроаналоговый преобразователь преобразует код, снимаемый со счетчика, в аналоговое напряжение , пропорциональное коду. При равенстве напряжений и компаратор прекращает поступление импульсов на счетчик. В этот момент код счетчика Y будет пропорционален .
Определите верхнюю граничную частоту аналоговых сигналов, преобразуемых этим 10-разрядным АЦП последовательного счета, тактовая частота которого = 10 МГц.
Рисунок 18.1
Рисунок 18.2
3. Аналого-цифровой преобразователь с двойным интегрированием (рисунок 18.3 а) используется в высокоточных цифровых вольтметрах постоянного тока. Он состоит из переключателя S, интегратора DA 1, компаратора DA 2, двоичного счетчика СТ 2 и системы управления СУ. Вначале интегрируется входное напряжение в течение времени , затем – опорное напряжение противоположной полярности в течение времени (рисунок 18.3 б). Преобразование аналогового сигнала в цифровой сигнал на выходе счетчика СТ 2 является высокоточным по следующим причинам (укажите неправильный ответ):
а) точность не зависит от величины емкости С интегратора DA 1,
б) точность не зависит от частоты тактовых импульсов ,
в) точность не зависит от нестабильности опорного напряжения ,
г) мало влияние сетевых помех на точность измерения,
д) величина входного напряжения определяется как .
а) б
Рисунок 18.3
4. Схема простейшего ОЗУ – параллельного регистра – показана на рисунке 18.4. Регистр управляется сигналами X З (записи), XR (установки нуля) и X сч (считывания). Какому номеру состояния в таблице 18.1 соответствует режим записи в регистр многоразрядного числа a 0 a 1… an -1?
Таблица 18.1
Номер состояния регистра | Сигналы управления | ||
X З | XR | X сч | |
Рисунок 18.4
5. Используя данные, приведенные в предыдущем задании, определите, какому номеру состояния в таблице 18.1 соответствует режим хранения в параллельном регистре записанного многоразрядного числа a 0 a 1… an -1?
6. Микросхемы микропроцессорных систем разработаны с учетом подключения входов и выходов нескольких микросхем к одной шине. Эти микросхемы на выходах Y имеют логический 0 или логическую 1, но при необходимости могут отключаться от шины, переходя в третье, высокоимпедансное состояние.
Для перехода в третье состояние со стороны выходов Y бесконечно велико, используется транзистор VT 5 и резистор R 5,управляемые сигналом Z (рисунок 18.5). Определите, при каком сочетании сигналов x 1, x 2 и Z наступит третье состояние. Символ × означает, что состояние не имеет значения:
а) Z = 0, x 1 = 0, x 2 = 0;
б) Z = 0, x 1 = 1, x 2 = 1;
в) Z = 1, x 1(×), x 2 (×).
Рисунок 18.5
Вопросы к практическому занятию
1. Для чего предназначены АЦП и ЦАП?
2. Какой из АЦП последовательного действия обладает наибольшим быстродействием: с последовательным счетом, с поразрядным уравновешиванием или интегрирующий?
3. Что выполняется при преобразовании аналоговых величин в цифровые и наоборот: квантование по уровню, квантование по времени или квантование и по уровню, и по времени?
4. Что является элементом памяти в микросхемах ОЗУ, выполненных на биполярных транзисторах? на МОП-транзисторах?
5. Что вызывает наибольшие трудности при автоматизации: ситуация, когда алгоритм составлен некорректно, отладка отдельных частей программы или выбор датчиков?
6. Какими числами представлена информация, обрабатываемая микропроцессором: десятичными, двоичными или двоичными и десятичными числами?
7. Чем определяется разрядность микропроцессора: числом проводников его внешней шины данных, шины адреса или шины управления?
8. Чем определяется предельно возможный объем памяти, к которой может обращаться микропроцессор: числом ячеек памяти, сложностью выполняемых программ, разрядностью шины данных МП, разрядностью шины адреса МП?
Список рекомендуемой литературы
Основная литература
1. Информационно-измерительная техника и электроника: учебник для студ. высш.учеб. заведений / [Г.Г. Раннев, В.А. Сурогина, В.И. Калашников и др.]; под ред. Г.Г. Раннева. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 512 с.
Дополнительная литература
2. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: Учебник. – 10-е изд. – М.: Гардарики, 2002. – 638 с.
3. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника: Учебник для вузов / Под ред. В.А. Лабунцова. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 320 с.
4. Забродин Ю.С. Промышленная электроника: Учебник для вузов. – М.: Высшая школа, 1982. – 496 с.
5. Лачин В.И. Электроника: учебник / В.И. Лачин, Н.С. Савелов. – Ростов н/Д.: Феникс, 2000. – 440 с.
6. Сборник задач и упражнений по электрическим и электронным измерениям: Учеб. пособие для втузов / Атамалян Э.Г., Аствацатурьян Е.Р., Бодряшова О.Н. и др.; Под ред. Э. Г. Атамалян. – М: Высш. школа, 1980. –117 с.
7. Полещук В.И. Задачник по электронике: практикум для студ. сред. проф. образования / В.И. Полещук. – М: «Академия», 2008. –160 с.
Учебно-методическое пособие
к практическим занятиям по дисциплине
«Информационно-измерительная техника и электроника»
для студентов направлений подготовки 140400.62 Электроэнергетика и электротехника профиля подготовки «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем», «Электроснабжение», «Электроэнергетические системы и сети»
Составители: Данилов М.И.
Романенко И.Г.
Ястребов С.С.
Мамаев В.А.
Редакторы:
_____________________________________________________________________________Подписано в печать
Формат 60x84 1/16. Усл. п. л. –. Уч.-изд. л. –.
Бумага газетная. Печать офсетная. Заказ Тираж экз.
ГОУВПО «Северо-Кавказский федеральный университет»
355028, г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2
Издательство ГОУ ВПО Северо-Кавказский федеральный университет
Отпечатано в типографии СКФУ
Автоматическое растормаживание колес: Тормозные устройства колес предназначены для уменьшения длины пробега и улучшения маневрирования ВС при...
Состав сооружений: решетки и песколовки: Решетки – это первое устройство в схеме очистных сооружений. Они представляют...
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого...
Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!