Әдебиеттер

1. Мукашев К.М., Шадинова К.С. Основы электроники и схемотехники. Алматы, 2008.

2. Питис Э.И. Преобразователи информации для электронных цифровых вычислительных устройств. – М.: Энергия, 1970 .

3. Мукашев К.М. Основы цифровой электроники. Алматы, 2002

4. Смолов В.Б., Угримов Е.П. и др. Микроэлектронные цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи. – М.: Энергия, 1976 .

20. Аналогты – цифрлық түрлендіргіш

Қажеттілігі: Компьютерлік технология жетілгенше мағлұматты өндіру, тасымалдау, қабылдау және өңдеу процестері аналогты түрде жүргізіліп келді. Компьютерлік технология мен автоматиканың жетілуі ғылым алдына мағлұматты цифрлық технология негізінде өңдеудің тиімділігін дәлелдеді. Сол үшін аналогты мағлұмат цифрлық формаға көшірілуі тиіс. Аналогты мағлұматты өңдеуге арналған есептеу техникасы шығарылғанмен, олардың есептеу жылдамдығы цифрлық техникаға қарағанда төмен еді және олардың дәлдігі де жеткіліксіз болды. Сонымен қатар, үлкен массивті аналогты мағлұматтарды сақтаудың мүмкіншілігі де шектеулі еді. Сондықтан күннен күнге үздіксіз көбейіп отырған мағлұматты электрониканың жетістіктерінсіз өңдеу, әсіресе, аналогты мағлұматты цифрлық мағлұматқа тасымалдамай пайдалану ешбір мүмкін емес еді.

Ендеше аналогты мағлұматты цифрлық мағлұматқа тасымалдау және сол үшін қажетті түрлендіргіштерді құрудың физикалық принципін түсінудің маңызы ерекше.

Жұмыстың мақсаты: «Кернеу-код» типтегі 4 разрядты аналогты-цифрлық түрлендіргішті жасаудың принципімен танысу және зерттеу.

Студент білуі тиіс:

1. Аналогты – цифрлық түрлендіргіштің міндетін, қолдану аясын;

2. Аналогты мағлұматты кодалық түрге түрлендірудің принциптерін;

3. Аналогты – цифрлық түрлендіргіштің схемасындағы масштабтаушы күшейткіштің міндетін;

4. Аналогты - цифрлық түрлендіргіштің негізгі көрсеткіштерінің оның схемалық ерекшеліктеріне тәуелділігін;

5. Аналогты – цифрлық түрлендіргіштердің даму бағыты мен деңгейін;

6. Аналогты – цифрлық түрлендіргіштің схемасын құру принципін, ерекшеліктері мен кемшіліктерін.

Студент меңгеруі тиіс:

1. Қойылатын талаптарға сәйкес аналогты-цифрлық түрлендіргіштердің схемаларын құра білу;

2. Аналогты-цифрлық түрлендіргіштердің орнықсыз жұмыс істеу себебін анықтау және қажетті шараларды қолдана білу;

3. Тірек кернеу көзінің тұрақты болмауына байланысты түрлендіргіштің негізгі көрсеткіштерінің тәуелділігін анықтау;

4. Түрлендіргіштердің әртүрлі мақсаттағы схемаларының өзара үйлесімділігін таба білу;

5. Түрлендергіштердің ішкі шуын және параметрлерін қадағалау әдістерін меңгеру.

Жұмыстың қысқаша мазмұны

Аналогты – цифрлық түрлендіргіш (АЦТ) дегеніміз аналогты сигнал түрінде берілген мағлұматты цифрлық кодқа тасымалдауға арналған құрылғы. Цифрлық код компьютердің жұмыс істеуіне немесе адамның көзбен көруіне қолайлы түрде болуы тиіс. Компьютер үшін қолдануға қолайлысы екілік код болса, адам үшін ыңғайлысы – ондық санақ жүйесіндегі сандар. Автоматты қондырғыларда АЦТ әртүрлі физикалық процестердің датчиктері мен есептеу техникасының арасын байланыстырушы аралық құрылғының міндетін атқарады. Кей жағдайда, АЦТ өзіндік орыны бар, дербес құрал болып жасалуы да мүмкін, мысалы, өлшеу приборлары.

Басқаша айтқанда, АЦТ кернеу немесе ток күші түрінде берілген аналогты сигналды оған пропорционал екілік санақ жүйесіндегі кодқа келесі заңдылыққа сәйкес түрлендіруге арналған электрондық құрылғы:

,

мұндағы -эталондық сигнал;-екілік санақ жүйесінде код түрінде берілген санныңкіші разрядына сәйкес келетін және кванттау қадамы деп аталатын аналогты эквивалент;-цифрлық сигнал;-түрлендіру қателігі.

АЦТ-тің негізгі параметрлеріне келесі көрсеткіштері жатқызылады:

• қажет болған екілік санақ жүйесіндегі санның разрядтарының саны;

• орындау жылдамдығы – орындалуға берілген команда мен орындалу нәтижесі арасындағы уақыт алшақтығы;

• түрлендірудің абсолют қателігі;

• түрлендірудің сызықтық заңдылықтан ауытқуы.

Аналогты –цифрлық түрлендіру әдістерінің классификациясы өлшеу әдістерінің классификациясына ұқсас: кезекпен санау әдісі; разряд бойынша кодқа түрлендіру әдісі және есептеу әдісі. Кезекпен санау әдісі дегеніміз кірістегі аналогты шаманы салмағы мейлінше төмен болатын эталондардың (кванттардың) қосындысымен теңестіру кезінде пайдаланатын кванттардың саны санауышпен анықталса, эталондардың қосындысы мен кірістегі шаманың теңесуін салыстыру схемасы қадағалайды. Разряд бойынша кодқа түрлендіру кезінде салмағы екілік санақ жүйесінің негізі – екінің дәрежесіне пропорционал түрлі эталондар қолданылады. Кірістегі аналогты шаманы теңестіру салмағы ең үлкен эталоннан басталады. Салыстыру нәтижесінен өндірілетін кодтың жоғарғы разрядының мәні табылады. Егер эталон кірістегі аналогты шамадан үлкен болса, кодтың жоғарғы разрядында 0 (ноль) пайда болады. Бұдан кейін кірістегі шаманы келесі салмақтағы эталонмен салыстыру жалғасады. Егер эталон кірістегі аналогты шамаға тең немесе одан кіші болса, кодтың жоғарғы разрядына 1 (бір) беріліп, кірістегі шама мен эталонның арасындағы айырмашылық теңестірумен жалғасады. Айтылған амалдар, барлық эталондар үшін жүргізіледі.

Есептеу әдісін жүзеге асыру үшін кванттың шамасына тең ең кіші эталоннан бастап, кванты болатын ең үлкен эталон аралығындағы эталондар жиынтығы қажет. Мұндай жағдайда түрлендіргіштің кірісіндегі шамасалыстыру схемасына беріледі. Олардың екінші кірістеріне сәйкес эталондар келтіріледі. Салыстыру нәтижесі бойынша өндірілген сигналдың екілік коды шығарылады.

АЦТ-тің қосымша параметрлеріне келесі көрсеткіштер жатқызылады:

• кірістегі және шығыстағы шамалардың өзгеру диапазоны;

• инструменталдық қателікке байланысты табылатын АЦТ-тің дәлдігі;

• АЦТ-тің жалпылама құны.

Аналогты приборға қарағанда АЦТ циклдық режимде жұмыс істейді. Алдымен аналогты мағлұмат цифрлық түрге түрлендіріліп, біраз уақыт индикаторда сақталады. Бұдан кейін процесс тағы қайталанады. Яғни, циклдың ұзақтылығы өлшеу және анықтау уақытымен бағаланады. Анықтау мерзімін АЦТ-тің қандай қондырғының құрамында жұмыс істейтіндігіне байланысты өзгертіп отыруға болады. Өлшеу уақыты - АЦТ-тің негізі болған схемаға байланысты, АЦТ-тің тегін таңдау барысында аналогты шаманың өзгеру шектерін және оның динамикалық диапазонынескеру қажет.

Аналогты шаманы цифрлық кодқа түрлендіру үшін кірістегі сигнал алдымен кванттау операциясынан өтеді. Кванттау уақыт бойынша және деңгей бойынша өткізіледі. Уақыт бойынша кванттау барысында сигналдың шамасы туралы мағлұмат тұрақты уақыт аралығы өткеннен кейін беріледі. Деңгей бойынша кванттау кезінде сигналдың шамасының нақты мәні бір-біріне жақын дискретті екі мәннің айырмашылығы кванттау адымына ғана тең жуық мәнмен алмастырылады. Соған байланысты аналогты-цифрлық түрлендірудің қателігі кірістегі сигналды уақыт бойынша және деңгей бойынша кванттау салдарынан және инструменталдық қателіктерге байланысты болып қалыптасады.

АЦТ-тің көптеген түрлерінің ішінде жиі кездесетіні: «Кернеу → код» текті түрлендіргіш (ККТ). Кейінгі кезде қолданыста жүрген барлық электр өлшеу құралдарының негізгі құрама бөлігі ретінде осы ККТ – түрлендіргіші кездеседі. Бірақ түрлендіргішті құру барысында классикалық түрлендіру әдістерінің барлық түрлері қолданылуы мүмкін.

«Кернеу → код» түрлендіргіштерінің кезекпен санау секілді классикалық үлгісінде кірістегі аналогты шаманы теңестіру барысында қайталанып қолданылатын бір ғана эталон қажет және осы эталонның өзі квантқа тең болады (1-сурет). Түрлендірудің бастауы ретінде саналатын алғашқы импульстың келуімен (запуск) вентиль ашылады. Сол кезде генераторданГИ санауышқа импульстық сигналдар өтуге мүмкіндік алады. Санауыштың шығу тізбектері түрлендіргіштің разрядтарымен (ПКН) байланысты болғандықтан, түрлендіргіштің шығысында ара жүзі тәріздес сатылы түрде өзгеретін кернеу пайда болады. Сатының шамасы квантқа, яғни кіші разрядтың бірлігіне тең. ККТ – кернеуінің өзгеруі осы кернеудің кірістегі кернеумен өзгеруі теңескен кезде шектеледі. Сол кезде салыстыру схемасы (СС) іске қосылып, өзінің импульсымен вентилді(В) жабады. Тек сол кезде өңдірілген код кірістегі аналогты кернеугесәйкес келеді.Разряд бойынша кодтауға арналған «Кернеу → код» түрлендіргішінің жұмыс істеу принципі кірістегі шаманы сол түрлендіргіштің өзі өндіретін эталондық кернеулердің қосындысымен салыстыруға негізделген. Қосынды кірістегі кернеуге теңескенше өзгереді. Соған сәйкес келетін түрлендіргіштің шығысында туындайтын код түрлендіру нәтижесі деп есептеледі. Разряд бойынша түрлендіргіш екі топқа жіктеледі:

а) түрлендіргішті түгелдей қамтитын кері байланысы жоқ ашық түрі;

б) тұйық кері байланысы бар жабық түрі.

Түрлендіргіштің ашық түрі дәлдігінің төмендігіне және қолданылатын аппатураның көптігіне байланысты сирек кездеседі. Оның орынына жабық типті түрлендіргіш жиі қолданылады (2-сурет). Бұл түрлендіргіштің басты құраушысы – ККТ (код – кернеу түрлендіргіш) көмегімен кодқа сәйкес келетін эталондық кернеулердің қосындысы өндіріледі.

Түрлендіруге арналған кірістегі сигнал салыстырушы схемаға (СС) келтіріледі. Бұл схема оны ККТ – ішінде өндірілетін эталондық кернеулердің қосындысымен салыстырады. Салыстыру нәтижесінде пайда болатын командалар басқарушы құрылғыға беріледі. Бұл құрылғының шығысында теңдігінің орындалуына сәйкес келетін код пайда болады. Есептеу арқылы жұмыс істейтін түрлендіргішті жасау үшін аралығы квантқа тең эталондық кернеулердің сеткасы құрылады (3-сурет). Бұл сетканысалыстыру схемасымен құруға болады, әрбір схеманың сондай өзіндік эталондық кернеу көзі болуы қажет. Салыстыру схемасының барлығына бірдей кірістегі кернеу бір мезгілде беріледі. Салыстырушы схемалардың біреуінің эталондық кернеуі кірістегі кернеуге тең болғанда, соның шығысында сәйкес код пайда болады. Осы кодтың мәні сол схеманың номерімен анықталады.