Преобразователи непрерывной величины в код

В устройствах автоматики и телемеханики часто используются преобразователи непрерывной величины в код (кодоимпульсная модуляция КИМ). Исходная непрерыв­ная величина (ток, напряжение, частота вращения и т.д.) первоначально преобразуют­ся в аналог U_x(t) — напряжение, которое во времени изменяется по тому же закону, что контролируемая непрерывная величина. Затем электрический аналог преобразуется в код с помощью преобразователя «аналог-код» или «аналог-цифра» АЦП.

Широтно-импульсный АЦП (рис.2.60, а). С помощью широтно-импульсного модуля­тора ШИМ аналог контролируемой величины U_x(t) преобразуется в импульсы, ширина (длительность t₁, t₂) которых пропорциональна аналогу U_x(t) (рис. 2.60, б). Эти импульсы с выхода ШИМ поступают на генератор импульсов ГИ, который запускается и выраба­тывает импульсы со стабильной частотой f_и в течение всей длительности импульса с выхода ШИМ. Число импульсов ГИ, которое уложится в каждом импульсе с ШИМ, будет пропорционально его длительности (t₁, t₂ и т.д.), а следовательно, контролируемой величине. Счетчик импульсов фиксирует их число в заданной системе счета (двоичной, двоично-десятичной, десятичной и т.п.). На диаграмме (рис. 2.60, б) видно: за время t₁ на счетчик прошло два импульса и на его выходе возникла комбинация 0010, соответствую­щая двоичной двойке; за время t₂ — прошло пять импульсов и появилась комбинация 0101, соответствующая двоичной пятерке. Эти комбинации записываются в ячейках па мяти регистра, где хранятся до очередного отсчета. Сброс записанной в регистре инфор­мации происходит на заднем фронте импульса с инверсного выхода ШИМ через линию задержки JI3 на выход 1. С выхода 2 ЛЗ подается разрешение на запись в регистре новой кодовой комбинации, после чего с выхода 3 ЛЗ на счетчик поступает импульс сброса. Таким образом, к началу нового импульса, формируемого ШИМ, счетчик находится в нулевой позиции (на выходе комбинация 0000). Схема вновь готова к действию.

Частотно-импульсный АЦП (рис. 2.61, а). Аналог контролируемой величины U_x(t) с помощью частотно-импульсного модулятора ЧИМ преобразуется в импульсы, часто­та которых пропорциональна U_x(t). Эти импульсы через ключ К, в качестве которого используется логическая схема И, подаются на счетчик в течение времени t₁, когда на вход 2 ключа К поступает калиброванный импульс с генератора импульсов ГИ дли­тельностью t₁ Чем больше напряжение U_x(t), тем больше частота импульсов на выходе ЧИМ, тем большее их число поступит за время t₁ на счетчик.

С выхода счетчика кодовая комбинация поступает на преобразователь параллель­ного кода в последовательный для поочередной передачи элементов кода в линию свя­зи. По окончании передачи, когда преобразователь устанавливается в положение 0, с его выхода через линию задержки ЛЗ (выход 1) подается на счетчик импульсов команда «сброс». После этого с выхода 2 Л3 на генератор ГИ поступает пусковой импульс. Про­цесс преобразования аналога U_x(t) в кодовую комбинацию повторяется.

Устройства хранения и преобразования кодированной информации

Для хранения информации в виде многоразрядных двоичных чисел (двоичного кода) служит регистр. В отличие от постоянных запоминающих устройств долговремен­ной памяти в регистрах осуществляется кратковременное запоминание (регистрация) информации на период одного или нескольких циклов работы всей системы.

Запоминающими элементами регистра, количество которых равно количеству раз­рядов двоичного числа, служат триггеры. Обычно регистры выполняют на основе RS-, D-, JK-триггеров. Для выполнения вспомогательных операций: ввода в регистр или вывода из него хранимого числа, преобразования кода двоичного числа, сдвига числа на определенное число разрядов влево или вправо применяют комбинированные схемы на основе логических элементов.

Регистр сдвига предназначен для хранения и поразрядного сдвига (вправо, влево) хранящихся в нем чисел путем подачи импульсов на шину сдвига ШС.

На рис. 2.62, а приведен ре­гистр сдвига, выполненный на D- триггерах. Количество триггеров в регистре соответствует числу разря­дов. Каждый триггер служит для хра­нения кода одного разряда запоми­наемого двоичного числа. В рассмат­риваемом случае регистр предназ­начен для хранения четырехразряд­ного двоичного числа. Выход Q каж­дого предыдущего триггера объеди­няют с входом D последующего. Информация в виде последователь­ного кода поступает на выход D первого триггера, начиная с низ­шего разряда кода.

Синхронизирующие входы С триггеров, подключенные к шине сдви­га ШС, используются для перемещения записанного числового кода вправо. Предста­вим, что в регистр сдвига необходимо записать число 1011. На вход триггера Т1 посту­пает сигнал 1, соответствующий единице низшего разряда. В триггере Т1 записывается 1. На вход С триггеров поступает тактовый импульс с шины сдвига, который перемещает

· в триггер Т2. В триггер Т1 на вход D поступает сигнал 1 второго разряда числа и записывается в нем. После очередного тактового импульса на шине сдвига единицы переходят с триггера Т2 в триггер ТЗ, а с триггера Т1 в триггер Т2. На вход D триггера Т1 поступает и записывается в нем сигнал 0. Следующий тактовый импульс перемещает единицы из триггеров Т2 и ТЗ в триггеры ТЗ и Т4, а нуль — в триггер Т2. На вход триггера Т1 поступает единица четвертого разряда. Таким образом, число полностью вводится в регистр после тактового импульса, на выходах Q₁, Q₂, Q₃, Q₄ появляется сигнал 1011 и при каждом тактовом импульсе двоичная комбинация, включая сигнал на входе регистра, перемещается вправо.

Если переключить связи между разрядами так, чтобы выход Q каждого высшего разряда связать со входом D-триггера ближайшего низшего разряда, то при поступле­нии тактового импульса число будет перемещаться влево.

Направление сдвига можно менять сигналами, подаваемыми на шины прямого сдвига ПС и обратного сдвига ОС, которые подключаются с помощью логических схем И-НЕ к триггерам (рис. 2.62, б). Выход Q каждого триггера (кроме первого) связан с логической схемой И на входе предыдущего для обеспечения обратного сдвига кодовой комбинации при подаче тактовых импульсов на шину ОС. Таким образом, представленный на рис. 2.62, б регистр сдвига является реверсивным трехразрядным. Информация, записанная в регистре в виде двоичного числа, выводится из него через выходы Q₁, Q₂, Qз триггеров.

Регистры сдвига используются для выполнения математических и логических опе­раций над числовыми кодовыми комбинациями.

Преобразователь последовательного кода в параллельный и обратно с регистром сдвига (рис. 2.63) выполнен на трех D-триггерах. Количество триггеров соответствует числу разрядов регистра. Кроме триггеров в схему преобразователя входят элементы ввода и вывода информации на логических схемах И и И-НЕ.

Предварительно триггеры устанавливаются в нулевое состояние. Число, которое необходимо ввести в регистр преобразователя, подается в параллельном коде на вхо­ды x₁, х₂, x₃ логических элементов LI, L3, L5. После этого на шину ввода параллель­ного кода С2 поступает сигнал 1, кодовая комбинация записывается в триггерах Т. Подавая затем на шину сдвига С1 тактовые импульсы, можно с выхода Q тригггера последнего разряда последовательно вывести кодовую комбинацию из регистра.

Преобразование пос­ледовательного кода, эле­менты которого поступают на вход D первого тригге­ра, осуществляется после ввода кодовой комбинации в регистр путем сдвига ее элементов тактовыми им­пульсами, поступающими на шину сдвига С1. Вывод информации в виде парал­лельного кода осуществля­ется через выходы у₁, у₂, у₃ логических схем L7, L8,

L9 при подаче сигнала 1 на шину вы вода параллельно­го кода СЗ.

Преобразователи ко­дов с распределителями им­пульсов используются двух

видов: мультиплексор — преобразователь параллельного кода в последовательный; демультиплексор — преобразователь последовательного кода в параллельный.

Мультиплексор (рис. 2.64, а) содержит распределитель импульсов (регистр сдвига единицы RG1 —> ), логические элементы И (LI — LN) и выходной элемент ИЛИ (L). Входы 1 элементов L1 — LN подключены к выходам распределителя, а на входы 2 подаются сигналы параллельного кода. Распределитель RG1 —> переключается импуль­сами G генератора тактовых импульсов и поочередно подает сигнал 1 на логические элементы LI — LN. Если на вход 2 в этот момент поступает 1 параллельного кода, то на выходе элемента появляется сигнал 1, который через элемент ИЛИ (L) проходит на выход последовательного кода.

Предположим, что на входы x₁, х₂, х₃, х_п поступила кодовая комбинация 1101 (рис. 2.64, б). В момент нахождения распределителя RG1 —> в позиции 1 на входы логичес­кого элемента L1 поступают сигналы 1 и на выходе логического элемента L также будет сигнал 1. При переключении распределителя в позицию 2 на входах логического элемента L2 также совпадают сигналы 1 и на выход логического элемента L проходит сигнал 1. В позиции 3 распределителя на вход 1 логического элемента L3 поступает сигнал 1, а на вход 2—0, поэтому на выходе логического элемента L будет 0. В позиции п распределителя

на входах 1 и 2 логического элемента LN совпадают сигналы 1 и на выходе будет сигнал 1. В результате на выходе мультиплексора будет комбинация 1101 пос­ледовательного кода. Для создания разделительных пауз между элементами последовательного кода необходимо в выходной элемент ИЛИ ввести дополнительный вход Б, который образует с другими входами схему И. На этот вход сигнал 1 подается от ГТИ только во время импульса, а во время паузы — сигнал 0, схема логического элемента L в течение времени, соответ­ствующего паузе, будет закрыта.

Демультиплексор (рис. 2.65) содержит распре­делитель импульсов RG1 —логические элементы И (LI — LN) и регистр RG, имеющий на каждый эле­мент кода ячейку памяти. Пусть на вход последова­тельного кода поступает кодовая комбинация 1101. Первый сигнал I проходит на входы 2 элементов LI—UV, распределитель RG1 —> находится в позиции 1, на его выходе 1 будет сигнал 1, следовательно, на выходе элемента L1 будет сигнал 1. Этот сигнал записывается в устройстве памяти RG. Второй сигнал 1 поступает на вход последова­тельного кода при переключении распределителя RG1 —> во вторую позицию и анало­гично первому записывается во второй ячейке памяти регистра RG. В позиции 3 RG I —> на вход последовательного кода и в запоминающее устройство поступает сигнал 0, а в позиции п RG1 —> — сигнал 1.

В данной схеме распределитель импульсов должен переключаться одновременно с поступающей кодовой комбинацией, т.е. в течение первого сигнала кодовой серии он должен находиться в позиции 1, в течение второго — в позиции 2 и т.д. Для выполнения этого требования демультиплексор дополняется специальными схемами синхронизации.

Преобразование последовательного кода в параллельный и обратно с помощью распределителей импульсов находит широкое применение в устройствах телемеханики.

· Устройства ввода и вывода информации

В электронных системах автоматики и телемеханики для ввода первичной и выво­да переработанной информации применяются специальные устройства. С их помощью осуществляется согласование и гальваническая развязка (изоляция) высоковольтных и сильноточных цепей управления оборудованием, линий связи и слаботочных цепей электронных схем. Важнейшей функцией устройств ввода и вывода информации явля­ется также предотвращение проникновения внешних помех в электронные схемы. Та­кие помехи, возникающие при переключении коммутационных аппаратов, носят им­пульсный характер. Они могут проникать через входные и выходные устройства в элек­тронные схемы, вызывая сбои в работе и даже повреждения отдельных элементов.

Как во входных, так и в выходных узлах передачи информации в 1 бит часто ис­пользуют слаботочные электромеханические реле, обеспечивающие идеальную гальва­ническую развязку цепей. Магнитные и емкостные связи между входом и выходом реле (между катушкой и контактами) практически отсутствуют, что исключает возможность проникновения помех. Однако электромеханические реле громоздки, малонадежны, об­ладают недостаточным быстродействием. Во входных цепях наиболее целесообразно при­менять безъякорные реле с герметизированными контактами (герконы). Для выходных цепей применяются более мощные реле с допустимыми токами через контакты 5-10А.

Оптроны — оптоэлектронные полупроводниковые приборы, которые широко ис­пользуются в устройствах автоматики и телемеханики для гальванической развязки. Оптроны содержат источник и приемник светового излучения, которые оптически и

конструктивно связаны между собой. В качестве источников света часто используют светодиоды, а в качестве фотоприем­ников; фоторезисторы (рис. 2.66, а), фотодиоды (рис. 2.66, 6 ), фототран­зисторы (рис. 2.66, в) и

фототиристоры (рис. 2.66, г). Сигналы, получаемые с выхода таких фотоприемников, достаточно слабы и не могут быть использованы для непосредственного управления, например, логическими элементами, поэтому на их выходе необходимо применять до­полнительные усилители.

Схема оптрона с усилителем представлена на рис. 2.67. При отпирании транзисто­ра VT1 в цепи светодиода протекает ток. Светодиод освещает фотодиод, обратное со­противление которого резко снижается, в результате чего переход база-эмиттер транзи­стора VT2 оказывается шунтированным и он закрывается. При этом дешунтируется пе­реход база-эмиттер транзистора VT3, который в свою очередь открывается. Потенциал на выходе меняется с +24В на —24В.

Выходные тиристорные элементы применяются в схемах управления высоковольт­ными выключателями. Для гальванической развязки в них используется тиристорный оптрон VU (рис.2.68, а) или герконовое реле К (рис.2.68, б). Эти тиристорные элемен­ты обладают низкой помехоустойчивостью и могут ложно срабатывать от помех. Для повышения помехоустойчивости на выходе тиристора включается LC-контур, который, с одной стороны, препятствует проникновению внешних помех на тиристор, с другой — запирает ложно открывшийся тиристор на обратной полуволне колебательного процес­са LC-контура. Если помеха достаточно продолжительна, тиристор вновь откроется и снова закроется. Такой процесс может продолжаться 5—10 мс. Если помеха или сигнал превышают это время, то тиристор сможет включиться окончательно. Практически в цепях управления высоковольтными выключателями помех такой длительности не бы­вает, ложные включения тиристоров маловероятны. Длительность же управляющего импульса тиристора должна быть больше длительности переходного процесса. Допол­нительная емкость конденсатора С_д является малым сопротивлением, шунтирующим тиристор и защищающим его от помех. При отпирании тиристора конденсатор С_д раз­ряжается через него.

Стабилитрон VD3 ограничивает напряжение на тиристорном оптроне (рис. 2.68. а) и контакте К геркона (рис. 2.68, б), конденсаторы Cl, С2, СЗ защищают тиристоры VD4 и цепи оптрона VU от кратковременных помех.

Выходные устройства отображения информации служат для выведения полученной информации о состоянии контролиру­емых объектов («Включено», «Отключено»), исправной работе устройств или возникновении отдельных нарушений. В устройствах телемеханики «Лисна» используются магнитотиратронные сигнальные ячейки двух типов: для однопозиционных и двухпозиционных сигналов.

В однопозиционных сигнальных ячейках сердечник маг­нитного элемента Т выполнен из пермаллоя с прямоуголь­ной петлей гистерезиса. На сердечнике расположены четыре обмотки: записи w₃, считывания w_cч, сброса w_c6 и выход­ная w_B (рис. 2.69, а). К выходной обмотке подключен сиг­нальный тиратрон VL через схему формирования управляю­щего импульса. В начале цикла приема телесигнализации в

обмотку сброса w_c6 поступает импульс, перемагничивающий сердечник в состояние 0 (рис. 2.69, б). При наличии соответствующего однопозиционного сообщения (например, аварийное состояние, неисправность, срабатывание защиты и т.д.) устройство телесигна­лизации выдает импульс в обмотку записи w₃, в результате чего сердечник перемагничивается в состояние 1. В конце цикла приема информации после проверки правильности при­ема осуществляется считывание информации. Считывающий импульс поступает в обмотку w_сч, при этом сердечник трансформатора Т перемагничивается в состояние 0, а на его выходной обмотке w_B появляется импульс. Этот импульс через интегрирующую цепочку R1-C1 и конденсатор С2 поступает на управляющий электрод (сетку) тиратрона. При этом тиратрон VL зажигается. Цепочка R1-C1 повышает помехоустойчивость и вместе с конден­сатором С2 формирует на сетке тиратрона импульс U_c (рис. 2.69, б) необходимой формы. Диод VD2 создает шунтирующую цепочку для импульсов обратной полярности, которые могут возникать в выходной обмотке w_B при записи информации. Горение тиратрона в течение цикла телесигнализации поддерживается напряжением питания 110 В, которое отключается в конце каждого цикла, что приводит к гашению тиратрона.

В двухпозиционных сигнальных ячейках применяют трансформаторы Т1 и Т2 (рис. 2.70) для записи информации. На одном трансформаторе Т1 записывается 1 при включенном, на другом трансформаторе Т2 — при отключенном объекте. Модуль содержит квитирую­щий ключ SA, через контакт 1 которого при считывании информации с сердечника транс­форматора Т1 импульс с обмотки выхода w_B поступает на управляющий электрод тиратро­на VL только при отключенном состоянии объекта (ключ включен — объект отключен). Через контакт 2 ключа SA (ключ отключен) импульс поступает на тиратрон с обмотки w_B трансформатора Т2, на сердечнике которого записывается 1 при включенном объекте.

 

Схема работает следующим образом. В нача­ле цикла телесигнализации импульс, поступаю­щий в обмотки сброса w_c6, устанавливает транс­форматор Т1 в состояние О, Т2 — в состояние 1.

При приеме сообщения «Включено» импульс в обмотки записи w₃ трансформаторов не поступа­ет и состояние трансформаторов сохраняется. При считывании информации импульс возникает в об­мотке w_B трансформатора Т2, но так как кон­такт 2 ключа SA разомкнут, то он не поступит на управляющую сетку тиратрона VL, который не загорится. Схема выполнена таким образом, что импульс с обмотки w_B поступает через замкну­тый контакт ключа SA на сетку тиратрона только при положении головки ключа, не соответствую­щем положению объекта.

Обычно положение ключей на мнемонической схеме щита теле- сигнализации соответствует состоянию объектов, тиратроны сигнальных ячеек при этом не горят. При отключении объекта, если его ключ остается во включенном состоянии, тиратрон загорается. То же происходит при включении объекта, если ключ отключен. При необходимо­сти диспетчер квитирует ключ, то есть переводит его в положение соответствия объекту. После этого тиратрон в конце цикла гасится и на следующем цикле не горит.

В схемах (рис. 2.69, 2.70) конденсатор С2 обеспечивает гальваническую развязку цепей, а делитель напряжения R2—R3 создает необходимое небольшое смещение на­пряжения управляющего электрода, а резистор R4 ограничивает ток тиратрона.

В устройствах телемеханики МСТ-95 сигнальные ячейки выполняются на двух D-триггерах (рис. 2.71, а). Первый триггер Т1 принимает текущую информацию, второй триггер Т2 — хранит данные, принятые в предыдущей серии. Перезапись информации из триггера Т1 в триггер Т2 осуществляется по сигналу «Считывание» (рис. 2.71, б). Сигнал «Сброс» _приводит к переключению триггера Т1 в состояние 0 (на выходе Q — 0, на выходе Q — 1). Сигнал на вход ячейки поступает только при отключенном состоянии объекта. Через оптрон U сигнал «Запись» проходит на вход S триггера Т1, который пере­ключается в состояние 1 (на выходе Q — 1, на выходе Q — 0). Сигнал 0 с выхода Q триггера Т1 поступает на вход D, запрещая его переключение при сигнале «Считыва­ние», поступающем на вход С триггера Т2.

С выходов Q и Q сигналы поступают на базы транзисторов VT1 и VT2. При подключе­нии контакта ключа к открытому транзистору светодиод HL начинает светиться. При поворо­те головки ключа его контакт подключается к коллектору закрытого транзистора, светодиод при этом гаснет. Соответствие положения ключа и состояния объекта восстанавливается.

При отсутствии сигнала «Запись» на входе триггер Т1 остается в состоянии 0 (цикл 2), разрешая переключение триггера Т2 в состояние 1. На выходах Q и Q триггера Т2 сигналы меняются, транзисторы VT1 и VT2 при этом переключаются. В зависимости от состояния ключа SA сигнальный светодиод переключается (горит при несоответствии положения ключа состоянию объекта, гаснет при соответствии).

В цикле 3 на входе вновь появляется сигнал в момент «Запись», что приводит к переключению триггера Т2 и транзисторов VT1 и VT2.

В однопозиционных сигнальных блоках (рис. 2.71, в) сигнальный ключ отсутству­ет, и светодиод HL подключается только к одному транзистору VT2. При отсутствии входного импульса транзистор VT2 остается закрытым и светодиод HL не горит. При возникновении режима работы, о котором должен сигнализировать светодиод, на вход оптрона U поступает импульс, что при считывании информации приводит к отпира­нию транзистора VT2 и зажиганию светодиода HL.

 

Глава 3

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. AVC достигают макс. величины при этом объеме
2. E) Прямую зависимость величины предложения от цены товара
3. Анализ и оценка системы управления персоналом в ПИК «СибЭкоДом»
4. Аналого-цифровые преобразователи(АЦП)
5. Аналого-цифровые преобразователи.
6. АРБИТРАЖНОГО ПРОЦЕССУАЛЬНОГО КОДЕКСА
7. АРБИТРАЖНЫЙ ПРОЦЕССУАЛЬНЫЙ КОДЕКС
8. Архитектурно-независимый исходный код
9. Беседа Иисуса Христа с Никодимом. Вторник 8-й недели по Пятидесятнице
10. Величины припусков на швы, предусматриваемые при раскрое одежды (в соответствии с ОСТ 17—835—80)
11. Внутренняя речь. Универсальный предметный код (УПК)
12. Вопрос 8Кодирование различных типов информации