Oslash; Аналоговый и цифровой способы отображения и передачи информации

В системах управления используются аналоговый и цифровой способы отображения и передачи информации.

При аналоговом способе величине значения входного сигнала соответствует уровень энергии информационного энергопотока. На­пример, контролируемый объект переместился на 327 мм. С ним свя­зан датчик перемещения потенциометрического типа. Расстояние между витками – 1 мм. Следовательно, ламель потенциометра пере­местился на n = 327 витков. Сопротивление витка R_В = 0,5 Ом. Легко определить, что изменение сопротивления потенциометра будет (Ом). Примем, что датчик подсоединен к входу усилителя по наиболее простой схеме последовательного под­ключения. Изменение силы тока для последовательного соединения, согласно закону Ома

, (117)

где R_У – сопротивление входной цепи усилителя. Приняв последнее для простоты крайне незначительным и напряжение питания U = 24 В, получим изменение силы тока

А.

Итак, перемещению объекта на 327 мм соответствует изменение информационного энергопотока на входе в усилитель на 0,147 А. Аналоговая передача информации наиболее логична по своей сути и традиционна для систем управления. Но с сигналом по пути следования происходят и нежелательные изменения. Провода имеют свое сопротивление, подвергаются воздействию наведенных магнитных полей, происходит утечка тока через изоляцию и так далее. Все это приводит к появлению погрешности передачи информации тем большей, чем меньше уровень энергопотока и чем длиннее путь сигнала.

При цифровом способе отображения и передачи информации
уровню сигнала соответствует последовательность импульсов, представляющая собой запись исходной информации в цифровом двоичном коде. Желательно вспомнить принципы двоичной алгебры: каждый
разряд двоичного числа может принимать только два значения –
0 и 1, что очень удобно для аппаратной реализации, нулю соответствует отсутствие импульса, а единице – наличие. То же самое число 327 в двоичной форме примет вид

Следовательно, при цифровом способе отображения входной информации «перемещение объекта равно 327 мм» соответствует последовательность импульсов 1-0-1-0-0-0-1-0-1. Каждый из разрядов приведенного двоичного числа представляет собой элементарную единицу информации – бит. Для цифровой передачи информации важное значение имеет длина отдельного числа, т. е. число его разрядов в двоичном исчислении. При передаче и хранении информации в цифровой системе управления длина чисел должна быть строго одинаковой – иначе система не сможет определить границу между двумя сигналами или записями. Длина отдельного числа именуется разрядностью системы и является ее важнейшим информационным показателем. Единица информации, равная числу с принятой в данной системе разрядностью, именуется байтом. Так, в приведенном примере разрядность числа равна 9 и соответственно байт в данной системе содержит 9 разрядов или 9 бит информации. Отсюда видна разница между битом и байтом: бит может принимать только два значения – 0 и 1, а байт – (2ⁿ – 1) значений ( в приведенном примере – 2⁹ – 1 = 511 значений, следовательно, используя 9 разрядов, можно передать информацию о перемещении объекта в диапазоне 0–511 мм с точностью 1 мм). Цифровой способ не подвержен погрешностям передачи информации, так как величину импульса можно изначально принять достаточно высокой, чтобы пренебречь этими погрешностями. Цифровая информация очень удобна в хранении – «запомнить» ее могут устройства, обладающие двумя устойчивыми состояниями. Вместе с тем цифровая форма связана с изначальной погрешностью записи. Длина байта изначально задает соотношение между диапазоном и точностью измерения. Разумеется, точность можно повысить, но это связано с увеличением разрядности. Преимущества цифрового способа отображения информации более всего ощутимы в системах со значительной длиной каналов связи, в системах с большим объемом хранения информации и, наконец, цифровой способ отображения информации является основой микропроцессорных систем управления, получающих в силу своей универсальности, больших потенциальных возможностей и относительно невысокой стоимости все большее распространение в системах управления машин. Так или иначе, в современных системах управления все чаще встречается сочетание приборов аналогового и цифрового отображения информации, следовательно, встает вопрос об аналого-цифровых преобразователях.