2.2 Цифровий вимірювач параметрів електричного кола

Цифровий вимірювальний прилад автоматично виробляє дискретні сигнали вимірювальної інформації, показання якого представлені в цифровій формі, тобто перетворює безперервну в часі і по розміру вимірювану величину в цифровий код. Цей процес, який включає в себе дискретизацію, квантування і кодування безперервної вхідної величини, називають аналого-цифровим перетворенням (АЦП).

В даній курсовій роботі для подальшого перетворення вимірювальної інформації (товщини) використаємо схему цифрового вимірювача параметрів електричних кіл.

Принцип дії такого пристрою ґрунтується на визначенні постійної часу електричного кола, складеного з активного і реактивного елементів.

Структурна схема цифрового вимірювача параметрів електричного кола представлена на рис.2.8 , а часові діаграми його роботи на рис. 2.9.

Рисунок 2.8 – Структурна схема цифрового вимірювача

параметрів електричних кіл

Основними елементами наведеної схеми є такі:

ПП – пристрій порівняння;

Т – тригер для виділення періоду інформативного сигналу;

G – генератор зразкової частоти;

SW1 – схема збігу;

СТ2 – двійковий лічильник;

ОДН – опорне джерело напруги.

Рисунок 2.9 – Часові діаграми роботи цифрового вимірювача параметрів електричних кіл

У такому цифровому приладі на коло, складене з R₀ і конденсатора С_х, подається напруга U_o від опорного джерела напруги ОДН. При цьому тригер сигналом “Пуск” встановлюється в нульовий стан на прямому виході, а на інверсному виході при цьому встановиться логічна “1”, яка відкриє схему збігу SW, і на лічильник СТ почнуть поступати імпульси опорної частоти f₀ від генератора G. і на виході пристрою порівняння ПП формується сигнал “Стоп”, який встановлює тригер Т в одиничний стан на прямому виході та в нульовий стан на інверсному, що приводить до закриття схеми збігу SW.

Потенціал конденсатора підвищується за залежністю

U_c = U₀ (1 – e^-t/), (2.6)

де U₀ – напруга на виході ОДН;

 = R_х C₀ – постійна кола.

U_c = U₀ (1 – e^-1)  0,632 U_o (2.7)

Рівняння перетворення:

N =  f₀ = f₀ R_х C₀ , (2.8)

З даного рівняння випливає, що число імпульсів, які пройшли на лічильник, пропорційне зміні опору перетворювача і відповідно зміні температури, а також, що частота імпульсів, що надійшли на лічильник за інтервал часу Т_х, пропорційна значенню R_х [3].

Проаналізувавши рівняння (2.8) бачимо, що статична характеристика цього АЦП є лінійною (рис. 2.9).

N_x

R_x

Рисунок 2.9 – Статична характеристика АЦП

Рівняння похибки квантування матиме вигляд

, (2.9)

звідки випливає нелінійність характеристики (рис. 2.10).



R_x

Рисунок 2.10 – Залежність похибки квантування від вхідної величини

2.3 Регістр

Регістр - послідовне або паралельне логічне пристрій, що використовується для зберігання n-розрядних двійкових чисел і виконання перетворень над ними.

Регістр являє собою упорядковану послідовність тригерів, зазвичай D, число яких відповідає числу розрядів у слові. З кожним регістром зазвичай пов'язане комбінаційне цифровий пристрій, за допомогою якого забезпечується виконання деяких операцій над словами.

Рисунок 2.11 - Умовне графічне позначення регістру

Фактично будь-який цифровий пристрій можна представити у вигляді сукупності регістрів, з'єднаних один з одним за допомогою комбінаційних цифрових пристроїв.

Основою побудови регістрів є D-тригери, RS-тригери.

Типовими є такі операції:

• прийом слова в регістр;

• передача слова з регістру;

• порозрядного логічні операції;

• зсув слова вліво або вправо на задане число розрядів;

• перетворення послідовного коду слова в паралельний і назад;

• установка регістра в початковий стан (скидання).