|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы а 1 - положительному. Дополнительным достоинством этого кода является то, что это обычный тип рабочего кода в ЭВМ. Кроме того, смещенный код легко преобразуется в дополнительный код, даже более распространенный при выполнении цифровых вычислений, у которого к тому же нулевой аналоговый сигнал представлен только одним значением цифрового слова. Хотя в смещенном коде слово 0000 при вычислениях не используется, оно необходимо при контроле правильности работы соответствующего прибора. Применение смещенного кода существенно усложняет то, что главный кодовый переход из 1000 в 0П1 расположен в области нуля десятичного числа. Это приводит к существенному снижению быстродействия приборов при контроле малых по амплитуде сигналов, а также большой дифференциальной нелинейности. Недостатком смещенного кода является и то, что по сравнению с прямым кодом обычно значительно больще погрешность смещения нуля. Дополнительный код получается из прямого инвертированием цифрового слова и добавлением к результату единицы в старшем разряде. Например, чтобы перейти от числа ЮП а прямом коде получим вначале 0100, а затем, прибавив 0001, получим то же число в дополнительном коде в виде 0101. Такая процедура перехода из одного кода в другой иногда является предпочтительной при вычислениях для замены операции сложения вычитанием или наоборот. Внимательно проанализировав смещенный и дополнительный коды, нетрудно заметить, что один переходит в другой путем инверсии значения первого разряда (см. табл. 5.2). И, наконец, последним, достаточно широко распространенным кодом является обратный. Этот код получается из прямого путем инверсии значащих разрядов для отрицательных чисел. Коды положительных чисел у них совпадают. Недостатками этого кода являются двойственное представление нулевого значения и более сложная аппаратурная реализация узлов при переходе от цифровой к аналоговой форме представления сигнала. 5.3. ПЕРЕДАЧА АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ ПО ДЛИННЫМ ЛИНИЯМ СВЯЗИ Для передачи с высокой точностью аналоговых сигналов по линиям связи, длина которых достигает 10 и даже 1000 м, используются специальные методы и схемы. Передача аналоговых сигналов по проводам на большие расстояния обычно требуется при дистанционном управлении различными исполнительными устройствами в современном роботизированном производстве. Исполнительные устройства строятся на базе различных электродвигателей или электромагнитно-механических приборов, управляемых аналоговыми сигналами. При этом существует два подхода к организации дистанционного управления; либо непосредственно передать аналоговый сигнал, либо преобразовать аналоговый сигнал в цифровой, передать цифровой сигнал по витым парам проводов и на месте преобразовать его вновь в аналоговый сигнал, усилив последний до требуемой мощности. Метод непосредственной передачи аналоговых сигналов сравнительно большОй мощности предпочтителен тогда, когда допустимо некоторе ухудшение точности при приеме сигнала исполнительным устройством и требуется максимальная простота и дешевизна линии связи (включая схемы передатчика и приемника сигнала). Если же потеря точности в линии связи недопустима, второстепенным являются требования к стоимости линии связи и допустила аппаратурная избыточность в схемах приемника и передатчика, то вместо аналоговых сигналов применяют передачу эквивалентных им цифровых сигналов. Такая цифровая передача сигналов особенно предпочтительна при очень длинных линиях связи (более 10 м) в условиях повышенных электромагнитных помех. Обычно применяют два метода цифровой передачи аналоговых сигналов. Один из методов заключается в том, что аналоговый сигнал преобразуется с помощью АЦП в цифровое слово. Параллельный код на выходе АЦП преобразуется в последовательный и в сопровождении тактовых импульсов передается по двум витым парам проводов к приемнику исполнительного устройства. Здесь,* наоборот, последовательный код цифрового слова преобразуется в параллельный, затем с помощью ЦАП в аналоговый сигнал и после этого усиливается до мощности, требуемой для управления исполнительным устройством. Во втором методе цифровой передачи аналоговых сигналов применяются преобразователи напряжения в частоту и обратно (см. гл. 9 и 11). Передатчик преобразует аналоговый сигнал в частоту, усиливает последовательность цифровых сигналов с переменной частотой до требуемой мощности и передает их в линию. Приемник сигналов с линии формирует поступающие сигналы и преобразует переменную их частоту в напряжение или ток, которые затем усиливаются до мощности, необходимой для управления исполнительным устройством. •Последний метод цифровой передачи аналоговых сигналов требует меньших аппаратурных затрат, поскольку в качестве преобразователя в передатчике и приемнике может быть использована одна микросхема КР1108ПП1 и можно обойтись без преобразователей параллельного кода в последовательный и наоборот (см. § 10.1). Более того, здесь необходима только одна пара витых проводов. Ниже рассмотрены некоторые схемы усилителей мощности для исполнительных устройств, которые могут быть использованы и в качестве передатчиков аналоговых и цифровых сигналов, работающих на длинные линии. При такой передаче аналоговых сигналов возникают существенные трудности, обусловленные неидеальностью параметров протяженной линии связи. Во-первых, витая пара проводов имеет существенные значения сопротивления и распределенных емкости и индуктивности. Кроме того, на разных кон-, цах линии связи в местах соединения ее с общими точками приборов может возникать разность потенциалов до нескольких сотен 1;вольт. Чтобы уменьшить действие этих факторов могут использо-ваться трехпроводные линии связи, в которых к передатчику си- гнала от приемника подводятся не только общий и сигнальный провода, но и провод напряжения питания. Для уменьшения числа проводов до двух в качестве передатчиков аналоговых сигналов обычно применяют схемы, в которых провод напряжения питания объединен с сигнальным. В этом случае второй провод подключается не к общей точке приемника, а ко входу приемника со входным сопротивлением R„. В схеме передатчика должен использоваться плавающий источник сигнала Ur, например термопара или резисторный мост с терморезисторами. При передаче напряжения по длинной линии возникают ошибки из-за падения напряжения на приводе. Чтобы уменьшить потери, необходимо либо увеличить сечение провода, либо выбрать провод с малым удельным сопротивлением. И то, и другое неприемлемо, поскольку в первом случае увеличивается вес линии связи, а во втором случае - ее стоимость. Поэтому полезный сигнал влинии связи представлен не напряжением, а током. Благодаря этому в линии связи можно использовать не коаксиальный кабель с нормированным сопротивлением, а витую пару проводов, имеющую значительные разбросы сопротивления. Но и в этом случае требуется согласовать выходное сопротивление Rr источника тока с сопротивлением линии R„. Простое подключение к выходу источника тока сопротивления Rb = R;, обычно недопустимо, так как вдвое уменьшается полезный сигнал в линии. Поэтому, чтобы выполнить согласование, в схему вводят ОУ, охватывающий отрицательной ОС источник тока с согласующим сопротивлением [35]. Этот ОУ устанавливает напряжение на Rh равным входному независимо от сопротивления Rh- Ниже описаны схемы универсального и прецизионного передатчиков. В универсальном передатчике (рис. 5.1) плавающее питание ОУ организовано с помощью цепи стабилитронов VD2-VD4. В этой схеме работа на витую пару проводов обеспечивается ОУ, который создает в цепи нагрузки R„ ток в зависимости от Ubx-Операционный усилитель включен по схеме неинвертирующего усилителя с эмиттерным повторителем на выходе. Ток через тран-  Рис. 5.1. Схема усилителя сигнала в двухпроводной линии связи 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 [ 49 ] 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 |