Определение функции преобразования преобразователя фазового сдвига в цифровой код

Таблица 1 – Последовательность цифровых кодов для сигналов U1 и U2

 

Номер шага дискретизации	Аналоговое значение, В	Цифровой код
		СР			МР
0	0,000	0000	0000	0000	0000
1	0,195	0000	0001	1001	0101
2	0,383	0000	0011	1000	0011
3	0,556	0000	0101	0101	0110
4	0,707	0000	0111	0000	0111
5	0,831	0000	1000	0011	0001
6	0,924	0000	1001	0010	0100
7	0,981	0000	1001	1000	0001
8	1,000	0001	0000	0000	0000
…	…	…	…	…	…
33	0,000	0000	0000	0000	0000

 

   Для преобразования цифровых кодов в аналоговые сигналы используются 16-разрядные ЦАП на основе R-2R резистивной матрицы. Схема состоит из матрицы и усилителя, преобразующего ток в напряжение. В схеме используются резисторы  только двух номиналов – R и 2R. Обычно  это 5 и 10 кОм, они требуют относительно небольшого участка полезной площади кристалла и, кроме того, могут быть изготовлены с хорошо согласованными значениями сопротивлений. Принципиальная схема ЦАП на основе R-2R резистивной матрицы лестничного типа для практической реализации в однокристальной микросхеме представлена на рисунке 8.

Рисунок 8 – Принципиальная схема ЦАП на основе R-2R резистивной матрицы

Светодиодная  матрица используется для снятия цифрового кода с выходов счетчика преобразователя фазового сдвига. При появлении высокого потенциала, соответствующего логической единице, на выходе одного из четырех триггеров двоично-десятичного счетчика светодиод загорается.

В отсчетных  устройствах измерительных приборов осуществляется преобразование двоичного  кода, поступающего с выхода счетчика, в визуальную информацию в цифровой форме. Поэтому любое отсчетное  устройство содержит дешифратор и цифровое индикаторное устройство.

Для отображения десятичных и шестнадцатеричных  цифр часто используется семисегментный индикатор (рисунок 9).

Рисунок 9 – Семисегментный индикатор

 

Таблица 2 – Таблица истинности семисегментного декодера

Входы				Выходы
8	4	2	1	a	b	c	d	e	f	g
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1
0	0	0	1	1	0	0	1	1	1	1
0	0	1	0	0	0	1	0	0	1	0
0	0	1	1	0	0	0	0	1	1	0
0	1	0	0	1	0	0	1	1	0	0
0	1	0	1	0	1	0	0	1	0	0
0	1	1	0	0	1	0	0	0	0	0
0	1	1	1	0	0	0	1	1	1	1
1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
1	0	0	1	0	0	0	0	1	0	0

 

 

 

 

 

4. ФУНКЦИЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

 

Функция преобразования – это функциональная зависимость выходной величины измерительного преобразователя от входной, описываемая аналитическим выражением, в виде таблиц или графически.

Входной  величиной в данном случае является фазовый сдвиг между двумя  гармоническими сигналами, а выходной – цифровой код. Фазовый сдвиг задается оператором с помощью ЭВМ, а цифровой код мы получаем со светодиодной матрицы. По этим данным построим функцию преобразования преобразователя фазового сдвига в цифровой код:

 

Таблица  3 – Значения входных  и выходных параметров 

№ точки	Значение фазового сдвига, град	Цифровой код
		СР			МР
0	0,000	0000	0000	0000	0000
1	10,00	0000	0001	0000	0000
2	20,00	0000	0010	0000	0000
3	30,00	0000	0011	0000	0000
4	40,00	0000	0100	0000	0000
5	50,00	0000	0101	0000	0000
6	60,00	0000	0110	0000	0000
7	70,00	0000	0111	0000	0000
8	80,00	0000	1000	0000	0000
…	…	…	…	…	…
28	280,0	0010	1000	0000	0000
29	290,0	0010	1001	0000	0000
30	300,0	0011	0000	0000	0000
31	310,0	0011	0001	0000	0000
32	320,0	0011	0010	0000	0000
33	330,0	0011	0011	0000	0000
34	340,0	0011	0100	0000	0000
35	350,0	0011	0101	0000	0000

 

ФП преобразователя  фазовых сдвигов в цифровой код представлена на рисунке 10.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 10 – Функция преобразования преобразователя фазового сдвига в цифровой код

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ И ПОГРЕШНОСТЬ ФУНКЦИИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

 

Чувствительность  преобразователя (S) показывает степень изменения выходной величины в зависимости от изменения входной.

 

 

 

Погрешность функции преобразования:

 

 

 

Погрешность Δ_N равна половине единицы младшего разряда счета:

 

 

 

Погрешность Δ_φ  будет определяться как половина шага отсчета фазового сдвига:

 

 

 

Погрешность функции преобразования:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В данной работе проведено исследование преобразователя  фазового сдвига в цифровой код. На его основе рассмотрен измерительный  прибор, который позволяет измерять фазовый сдвиг между двумя  гармоническими сигналами. Преобразователь  не может сам вырабатывать энергию, следовательно, включен в электрическую  измерительную цепь. Для контроля входных сигналов и разности фаз  между ними  применена ЭВМ. По теоретическим данным построили  функцию преобразования данного  преобразователи, рассчитали чувствительность и погрешность преобразования. Функция  преобразования данного преобразователя  линейная, чувствительность постоянная, а погрешность преобразования небольшая. Для ее уменьшения необходимо совершенствовать схему включения преобразователя  и увеличивать количество десятичных разрядов цифрового индикаторного  устройства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

[1] Гурский, А. Л. Цифровые и микропроцессорные устройства средств измерений : конспект лекций / А. Л. Гурский. – Мн. : БГУИР, 2009. – 52 с.

[2] Елизаров, А. С. Электрорадиоизмерения : учебник для вузов по спец. «Радиотехника» / А. С. Елизаров. – Мн. : Высш. шк., 1986. – 320 с.

[3] Кушнир, Ф.В. Электрорадиоизмерения : учебное пособие для вузов / Ф. В. Кушнир. – Л. : Энергоатомиздат, 1983. – 320 с., ил.

[4] Полетаева, Н.А. Электрорадиоизмерения : конспект лекций /                   Н. А. Полетаева. – Ташкент : ТУИТ, 2008. – 27 с.