Материал: Дроздов Е.А. Многопрограммные цифровые вычислительные машины

система (обычно щелевая диафрагма), фотоэлементы, усилители считываемых электрических сигналов, кодирующий диск, жестко связанный с входным валом, который вращается пропорционально преобразуемой величине х.

В качестве источников света применяются главным образом лампы накаливания и газоразрядные (импульсные) лампы. Лам­ пы накаливания с вольфрамовой нитыо являются источниками по­ стоянного света. Они обеспечивают непрерывное облучение диска и фотоэлементов и позволяют получать как точечные, так и ли­ нейные источники света. Газоразрядные лампы — это импульсные

Рис. 11.8. Фотоэлектрический преобразователь угловых перемещений

вкод:

а— схема преобразователя; б — кодирующий диск с маской двоичного четы­

рехразрядного кода

источники света, что весьма ценно для применения их в АЦП, так как становится возможной модуляция источника света и, сле­ довательно, прерывание светового потока в интервалах между циклами преобразования. Наиболее известны стробоскопические импульсные лампы — строботроны, представляющие собой стек­ лянные или кварцевые колбы, заполненные инертным газом, кото­ рый легко ионизируется при протекании тока между электродами. Излучаемая строботронами за время вспышки энергия намного превышает энергию, излучаемую за то лее время лампой накали­ вания. Это дает возможность значительно уменьшить размеры оптических щелей и, следовательно, увеличить разрешающую спо­ собность преобразователя при тех же размерах кодирующего ди­ ска или уменьшить размеры диска при той же разрешающей спо­ собности преобразователя.

Фотоэлементы АЦП должны быть малогабаритными, иметь вы­ сокую чувствительность, низкое напряжение питания, минималь* ную инерционность, большой срок службы, нормально работать при изменении температуры и влажности окружающей среды. Наи­ более полно этим требованиям отвечают фотодиоды, фототранзи­ сторы и фоторезисторы, поэтому они и применяются в качестве чувствительных элементов фотоэлектрических преобразователей.

350

На диск, выполненный из оптического стекла, фотохимическим способом нанесена маска двоичного кода или одного из специаль­ ных кодов в виде концентрических дорожек с прозрачными (код1) н непрозрачными (код 0) для световых лучей участками. Фотоэле­ менты, как правило, располагаются вдоль радиуса диска, так как при этом существенно облегчается формирование узкого светового луча считывания. От источника свет попадает на оптическое устройство, формирующее луч считывания, и далее через диск на фотоэлементы. В зависимости от углового положения диска, а следовательно, от значения преобразуемой величины х действию света подвергаются те или иные фотоэлементы, в результате чего формируются электрические сигналы, представляющие числовой код — эквивалент данного значения величины х.

На рис. 11.8,6 изображен диск с маской обычного 4-разряд-

Если кольцам присвоить порядковые номера, начиная с внутрен­ него, то число светлых и темных участков можно найти из соот­ ношения

При вращении диска между щелевой диафрагмой и блоком фотоэлементов располагается один из 16 его секторов, пронумеро­ ванных от 0 до 15. На рис. 11.8, а это десятый сектор, поэтому дей­ ствию светового потока подвергаются только фотоэлементы ФЭз

иФЭ4, и на. выходе преобразователя образуется код числа 1010. Считывание информации с диска, несущего маску обычного

двоичного кода, может происходить с большими ошибками. Дей­ ствительно, в двоичном коде два соседних числа могут различать­ ся значениями всех своих разрядов. Поэтому при разбиении диска на кодовые участки оказывается, что два сектора, представляю­ щие эти числа, различаются по всем своим участкам. Так, на гра­ нице седьмого и восьмого секторов во всех разрядах светлые участки сменяются темными и наоборот. Так как фотоэлементы устанавливаются с некоторыми ошибками и сами они обладают ограниченной разрешающей способностью, то на границе двух различных участков диска может быть считан как 0, так и 1.

Устранение ошибок неоднозначности при считывании дости­ гается за счет применения кодирующих дисков с масками спе­ циальных кодов. В качестве таких кодов используются коды с по­ следовательным изменением одной единицы и двоично-сдвинутые коды.

Кодами с последовательным изменением одной единицы назы­ вают такие коды, в которых при переходе от изображения одного числа к изображению соседнего старшего или младшего числа

351

изменяется на одну единицу значение цифры только одного раз­ ряда. К числу этих кодов принадлежит циклический двоичный код (код Грея), получивший в технике аналого-цифрового преобра­ зования широкое распространение.

Циклический код можно образовать для чисел, записанных в системе счисления с любым основанием р. Для этого необходимо воспользоваться следующим правилом.

Если для числа А р с основанием системы счисления р Ар = = апа п- 1а„-г>• • • ai+ 1 aiai-1 • ■• a7ai 'необходимо получить его цик­ лический код Дц = ап ап_гап_2 .. . а/+1 агаг_ х... а2а1, т0 образование

значений разрядов циклического кода следует осуществлять, на­

двоичных чисел в циклический десятичный и циклический двоич­ ный коды соответственно.

Т а б л и ц а 111,

Обратный переход от изображения числа в циклическом кодеДц к его обычному изображению Ар в системе счисления с основа­ нием р начинается также со старшего разряда. Значения разрядов числа Ар определяются по правилу:

352

В преобразователях механических перемещений в код маска кода Грея наносится заранее на кодирующий диск или барабан. Поэтому приходится только автоматически преобразовывать код Грея в обычный двоичный код. Такое преобразование может быть выполнено довольно простым устройством, если воспользоваться следующей формулой для образования значений разрядов двоич­ ного числа.

Применительно к двоичному коду общее правило образования значений разрядов числа Ар из его циклического кода можно за­

Из рассмотрения маски кода Грея видно, что при переходе от одного числа к соседнему младшему или старшему только в одном разряде приходится пересекать границу светлого и темного уча­ стков, где имеет место неопределенность (неоднозначность) вовре­ мя считывания. Следовательно, ошибка считывания, обусловлен­ ная этой неоднозначностью, не будет превышать единицы млад­ шего разряда. Другое преимущество кода Грея по сравнению с обычным двоичным кодом состоит в том, что при его использо­ вании вдвое повышается разрешающая способность преобразова­ теля. Действительно, длина светлых и темных участков по каждой дорожке маски кода Грея в два раза больше соответствующих участков маски двоичного кода.

В отличие от циклических кодов, которые можно отнести к ка­ тегории аналитических, двоично-сдвинутые коды являются

353

построптельными. Известны две разновидности двоично-сдвинутых кодов:

—двоично-сдвинутый код с расположением чувствительных элементов по способу «двойной щетки»;

—двоично-сдвинутый код с расположением чувствительных

AJ 3-й разряд

Рис. 11.9. Маски кодов:

а — двоичного; б — кода Грея; в — кода Баркера

Код Баркера строится следующим образом:

— для представления каждого разряда, кроме младшего, отво­ дится две дорожки—дорожки подразрядов Л и В с одинаковыми по длине кодовыми участками в каждом разряде;

— кодовые участки подразряда A i-го разряда, начиная со вто­ рого, сдвинуты влево относительно линии считывания на величину, равную !Д длины кодового участка этого разряда; кодовые участ­ ки подразрядов В всех разрядов сдвинуты вправо относительно линии считывания на такую же величину.

Управление съемом данных с чувствительных элементов при использовании кода Баркера производится согласно правилу:

— если в I-м разряде считан 0, то в (i + 1)-m разряде считы­ вание происходит с чувствительного элемента подразряда А;

354