АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Датчики технологических параметров непрерывно измеряют зна­чения этих параметров и позволяют получить на выходе стандарт­ный сигнал, пропорциональный этому значению. Такой сигнал назы­вают аналоговым. При передаче информации на небольшие рас­стояния (в пределах технологической установки) применяют рас­смотренные во второй части данной книги пневматические и элек­трические преобразователи, которые входят в конструкции датчиков. В случае передачи информации на большие расстояния во время построения информационных и управляющих систем рассредоточен­ных объектов применяют средства телемеханики, которые передают информацию в виде дискретных (цифровых) сигналов, представлен­ных кодовыми комбинациями. Кроме того, в современных системах сбора и обработки информации часто используют ЭВМ, построенные также на дискретном принципе действия. Поэтому необходимыми элементами в таких системах являются аналогоцифровые преобразователи (АЦП), которые преобразуют выходной сигнал датчика в цифровой код, и цифроаналоговые преоб­разователи (ЦАП), преобразующие дискретный выходной сиг­нал (например, вычислительной машины) в аналоговый сигнал (на­пример, электрическое напряжение, поступающее на электропривод­ную задвижку).

В случае применения пневматических датчиков и исполнитель­ных устройств в таких системах необходимо дополнительно устанав­ливать пневмоэлектрические и электропневматические преобразова­тели.

На рис. 22.10,а показана структурная схема АЦП напряже­ния в код. На вход времяимпульсного преобразователя (ВИП) поступает входное напряжение Uвx, преобразующееся в нем в элек­трический импульс, длительность которого пропорциональна значе­нию Uвx. В течение времени действия этого импульса, определяемого его длительностью, импульсы стабильной частоты от генератора им­пульсов ГИ проходят через элемент «И» на вход двоичного счетчи­ка СТ. Число импульсов ГИ за время действия импульса ВИП, про­порциональное Uвx, фиксируется на выходе счетчика СТ в виде двоичного кода этого числа.

При преобразовании угла поворота в код (например, угла поворота стрелки измерительного прибора) используются кодирую­щие диски (рис. 22.10,6). Диск разбивают на концентрические окруж­ности, число которых равно числу разрядов кода. На эти окружно­сти наносят непрозрачные участки, которые вместе с прозрачными участками представляют код. Прозрачные участки диска соответст­вуют единицам, а непрозрачные — нулям в каждом разряде кода. По одну сторону от диска помещают источник света, а по другую — светочувствительные элементы (фоторезисторы или фотодиоды) При каждом положении диска освещены только те фотоэлементы, которые соответствуют единицам кода. Комбинация единиц и нулей представляет собой закодированную величину угла поворота изме­рительного прибора.

При преобразовании двоичного кода числа в аналоговую величи­ну (напряжение или силу тока) каждой единице разряда этого чис­ла ставится в соответствие напряжение (сила тока), адекватное положению этого разряда. При сум­мировании напряжений (сил токов) получают аналоговое выражение числа. В случае поступления дво­ичного числа на вход трехразряд­ного ЦАП (рис. 22.11) ключи Ко, K₁, К₂ замыкаются при наличии в соответствующем разряде числа единицы и остаются в разомкнутом состоянии при наличии в разряде нуля. Резисторы г, установленные в цепях, соответствующих разрядам двоичного числа, «взвешены», т.е. равны r*2°, r*2¹, r*2². Выходное напряжение Uвых, равное сумме падений напряжений в разрядах, пропорционально коду числа и выражает его в аналоговой форме.

Контрольные вопросы

1. Назовите основные режимы работы АСУ ТП.

2. Выразите десятичное число 16 в двоичной системе счисления.

3. Объясните принцип действия схем, реализующих основные логические опе­рации.

4. Объясните назначение и принцип действия синхронного двухтактного RS-триггера.

5. В чем состоит принципиальное отличие Т- и RS-триггеров?

6. Объясните назначение регистра.

7. Объясните принцип действия счетчика числа импульсов.

8. Каково назначение шифраторов и дешифраторов?

9. Объясните принцип действия преобразователей напряжения и угла по­ворота в код.

10. Объясните принцип действия цифро-аналогового преобразователя.

Глава 23

ОСНОВЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭВМ

Принято различать два типа вычислительных машин, используе­мых для выполнения вычислительных операций: аналоговые вы­числительные машины (АВМ) и цифровые вычислительные ма­шины (ЦВМ).

При использовании аналоговых вычислительных машин математи­ческие величины представляются в виде электрических напряжений, непрерывные значения которых пропорциональны непрерывным зна­чениям соответствующих математических величин. Эти машины ис­пользуют тот факт, что реальные технологические процессы и про­цессы в электрических цепях описываются аналогичными уравне­ниями. Тогда, имея уравнение технологического процесса, можно с помощью АВМ подобрать его электрическую аналогию — модель — и провести исследование свойств технологического процесса на этой модели. По этой причине аналоговые машины называют также моделирующими. Наиболее часто АВМ непрерывного действия применяют для решения систем дифференциальных уравнений, опи­сывающих технологические процессы. Эти машины состоят из ряда функциональных блоков (сложения, умножения, интегрирования и т. п.), которые при решении определенной задачи соответствующим образом соединены между собой. Точность вычисления зависит от качества изготовления блоков, а сложность решаемой задачи огра­ничивается составом оборудования. Результаты вычисления непре­рывно выводятся на экран осциллографа или отображаются на бу­маге самопишущего прибора. Ограниченная точность и узкая спе­циализация АВМ уменьшают область их применения.

В цифровых вычислительных машинах математические величины представлены в виде дискретных цифр. При обработке непрерывно изменяющихся величин они предварительно представляются после­довательностью чисел. Значение каждой цифры изображается в виде устойчивого состояния специального элемента, например триггера. Значение числа изображается набором таких элементов. Вычисли­тельные операции в ЦВМ обычно сводятся к одному арифметическо­му действию — сложению набора чисел в течение определенного промежутка времени по специальной программе. В процессе выпол­нения вычислений исходные данные изменяться не могут. Таким образом, ЦВМ представляют собой устройства дискретного дейст­вия. Точность вычислений определяется числом разрядов, которыми представлены математические величины.

Высокая точность ЦВМ, а также возможность обработки как дискретных, так и непрерывных величин обусловили их большее распространение по сравнению с АВМ. Поэтому в дальнейшем в этой главе рассмотрим только цифровые вычислительные машины.