2.1 Структура дискретной системы управления.
Устройство цифровой обработки сигналов преобразует входной сигнал с помощью средств вычислительной техники, в соответствии с заданной задачей и заданным алгоритмом обработки. Обобщенная структурная схема микропроцессорной измерительной системы представлена на рисунке 2.1.
Рисунок. 2.1
Сигнал с измерительного элемента (Из.Э) подается на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который осуществляет дискретизацию входного аналогового сигнала x(t) (рисунок 2.2а) по времени, квантование и кодирование выборочных значений сигнала, следующих с периодом дискретизации Т. После дискретизации получается дискретный сигнал Xд(nT) (рисунок 2.2б), где n – номер отсчета.
Рисунок 2.2
При кодировании каждое значение Xд(nT) представляется кодом, состоящим из конечного числа двоичных разрядов. Таким образом, на выходе АЦП имеем цифровой сигнал X(nT).
Сигнал с АЦП подается на цифровой фильтр. На выходе цифрового фильтра формируется цифровой сигнал Y(nT).
Преобразование сигналов выполняется в соответствии с алгоритмом.
Y(nT)=A[x(nT)] (2.1)
Алгоритм А является основой синтеза структуры цифрового фильтра.
Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и схема сглаживания (СС) служат для преобразования последовательности чисел в выходной аналоговый сигнал, подаваемый на исполнительный элемент (Ис.Э). ЦАП и АЦП являются соответственно выходными и входными узлами для ЦФ. К основным параметрам ЦАП и АЦП относится число двоичных разрядов, которое определяет точность вычислений. Чтобы обеспечить точность преобразования 0,1%, необходимо использовать 10-разрядные АЦП.
2.2 Выбор аппаратной части цф
Основной частью цифровой измерительной системы является цифровой фильтр (ЦФ). В основе алгоритма работы любого ЦФ лежат только три операции: задержка, сложение (вычитание) и умножение чисел, где под операцией задержки понимается хранение числа в течение необходимого интервала времени. Особенностью ЦФ для измерительных систем и систем управления является их работа в реальном масштабе времени, когда обработка сигналов в ЦФ должна происходить за время не более, чем период дискретизации (поступления входных сигналов).
Реализация ЦФ возможна с использованием аппаратного и программного методов выполнения операций.
При аппаратной реализации операций ЦФ представляет собой ряд операционных устройств, способ соединения которых определяет характер производимых вычислений.
Для построения таких устройств используются интегральные схемы (ИС) в виде регистров, сумматоров, умножителей и т.д.
В случае программной реализации ЦФ строится на базе микропроцессоров (МП), которые нашли широкое применение благодаря программируемости, гибкости в организации вычислений и высокому быстродействию.
МП состоит из операционной части, обеспечивающей логическую обработку информации, и управляющей части, декодирующей команды и вырабатывающей сигналы, необходимые для выполнения той или иной операции.
МП чаще всего имеют микропрограммное управление, при котором система команд реализуется в виде микропрограмм, каждая из которых состоит из микрокоманд, формирующих управляющие сигналы для исполнительных блоков МП. Различают аппаратное (жесткая логика) и программируемое (гибкая логика) управление.
При аппаратном управлении микропрограммы и микрокоманды формируются схемным путем.
Программирование осуществляется на командном уровне. При программируемом управлении программирование работы МП может осуществляться на микрокомандном уровне.