6 §
.
RAQAMLI-ANALOG VA ANALOG-RAQAMLI O‘ZGARTIRISHLAR
Kattaligi vaqtga bog‘liq bo‘lgan signal dinamik signal deb ataladi. Dinamik
signalni vaqt funksiyasi sifatida ta’riflash mumkin. Agar funksiya vaqt o‘qidagi
barcha nuqtalar uchun aniqlangan bo‘lsa (vaqtning ma’lum yakuniy intervalida),
unda biz bu vaqt bo‘yicha uzluksiz signal deymiz. Agar signal, funksiya ham,
qiymatlarning qandaydir intervali ichidagi har qanday qiymatni qabul qila olsa,
demak unda bunday signalni qiymatlarning uzluksiz to‘plamiga ega signal deb
atashadi. Makroskopik fizik jarayonlarda hosil bo‘ladigan deyarli barcha
signallar bir vaqtning o‘zida ham vaqt bo‘yicha uzluksiz, ham qiymatlarning
uzluksiz to‘plamiga ega hisoblanadi. Fizik (uzluksiz) jarayonlarda o‘zgarishlar
qanday sodir bo‘lishiga qarab o‘zgaradigan bunday uzluksiz signallarni analog
signallar deb atashadi.
SHuningdek vaqt bo‘yicha diskret signallar mavjud. Bunday signal qiymati
vaqtning faqat ma’lum diskret momentlarida ma’lum va ulardan faqat vaqtning
shu momentlarida foydalanish mumkin. Vaqt bo‘yicha diskret signalni vaqt
bo‘yicha uzluksiz signalning tanlovlarini olish natijasi sifatida ko‘rib chiqish
mumkin (2.2 paragrafga qarang).
Xuddi shunday signal kattaligi ham qandaydir diskret qiymatni qabul qilishi
mumkin. SHunda signalni kattaligi bo‘yicha diskret deb atashadi. Bunday signal
faqat berilgan yuqori va pastki chegaralar o‘rtasida qiymatlarning yakuniy
sonini qabul qilishi mumkin. Qiymatlarning uzluksiz to‘plamiga ega signalni
diskret qiymatli signalga o‘zgartirish jarayoni kvantlash deb ataladi va analog-
raqamli o‘zgartirgich yordamida amalga oshiriladi. Bunday o‘zgartirgichlardan
ba’zilar bir vaktda ta’sir qursatadi. SHunda vaqt bo‘yicha uzluksizlik hatto
diskret qiymatli signallar uchun saqlanadi. Biroq ko‘pchilik analog-raqam
o‘zgartirgichlar bir vaktda ta’sir qilmaydi, chunki o‘zgartirish jarayoni biroz
vaqt talab qiladi. O‘zgartirishlar ketma-ketligida keyingi o‘zgartirish faqat
oldingisi bajarilganda imkonli. Bunday o‘zgartirgichlarda signal tanlovining
olinishi bajarilishi kerak, shuning uchun vaqt bo‘yicha uzluksizlik xususiyati
32
yoqotiladi. Kattalik va vaqt bo‘yicha diskret signallarni biz raqamli signal deb
ataymiz (lotinchadan digitus – barmoq).4
Biz signallarni o‘zgartirishni muhokama qilishni davom ettirishimizdan oldin,
gap borayotgan raqamli signalning son ko‘rinishini ko‘rib chiqishimiz kerak. N
soni ma’lum tartibda joylashgan simvollar to‘plami bilan keltiriladi.
N = (an an−1…a1a0, a−1…a−m)
Bu ifodada n va m – butun sonlar. Biz sonli ko‘rinishning u yoki bu shaklini
tanlaganimizda bu quyidagini bildiradi
N = an rn + an−1 rn−1 +…+ a1 r1 + a0 r0 + a−1 r−1 +…+ a−m r−m,
Bu erda r – hisoblash tizimi asosi; r – birdan katta butun son. a1 koeffitsientlar –
0 ≤ ai ≤ r−1 holatiga mos keluvchi butun sonlar.
Sonlarning ko‘p tarqalgan vakillari 10 asosli (o‘nlik tizim), 8 asosli (sakkizlik
tizim), 3 asosli (uchlik tizim) va 2 asosli (ikkilik tizim) hisoblash tizimlari
hisoblanadi.
Masalan,
hisoblashning
o‘nli
tizimida
701,43
soni
7×102++0×101+1×100+4×10−1+3×10−2 ekanligini bildiradi. Hisoblashning
o‘nlik tizimida 11,25 ga teng bo‘lgan son hisobning ikkilik tizimida
1011.01=1×23+0×22+1×21+1×20+0×2−1+1×2−2bo‘ladi.
O‘nlik tizimda (r =10) ai koeffitsiyentlari o‘nli son deb, ikkilik tizimda esa (r=2)
– ikkiliik raqamlar yoki odatda qisqaroq qilib bitlar deb ataladi. Birinchi bit an
katta ahamiyatli razryad hisoblanadi, eng kichik qiymatga ega so‘ngi bit esa kam
ahamiyatli razryad hisoblanadi. Odatda raqamli signal ikkilik sonlarning ketma-
ketligi ko‘rinishiga keltiriladi; ya’ni ikkilik signal hisoblanadi. Bunday
signallarda signalning ikki turli darajasi ko‘pincha “0” va “1” ko‘rinishida
belgilanadi. “0” kattalik odatda signalning eng kichik kattaligiga, “1” esa –
signalning katta kattaligiga mos keladi.
Ikkilik sanok tizimiga beriladigan ustunlik ko‘pgina oddiy elektron, gidravlik va
boshqa tizimlar o‘chirgich (ulangan yoki uzilgan), rele, trigger, xotiraning ferrit
yurakchasidagi (magnitlanishning ikki yunalishi) kabi ikki chidamli holatga ega
bo‘lganligidan beriladi. SHuning uchun kompyuterlarda hisoblashning ikkilik
tizimini qo‘llaniladi. Kompyuterlar analog kattaliklar bilan ishlay olishi uchun,
bu kattaliklarni analog-raqamli o‘zgartirgichlar yordamida bitlar oqimiga
o‘zgartirish kerak. Albatta, hisoblash natijasi analog shaklda bo‘lganida,
masalan jarayonni tok yordamida analogli shakli yordamida boshqarganda,
teskari operatsiya ham talab qilinadi.
SHkala yoniga o‘rnatilgan yunaltirgich holatini o‘qiydigan kuzatuvchi
shuningdek deyarli analog-raqamli o‘zgartirgich funksiyasini bajaradi:
yunaltirgichning analogli chetlanishiga diskret kattalik beriladi.
Raqamli-analogli o‘zgartirish
Raqamli-analog o‘zgartirgich (RAO‘) raqamli signalni analog signalga
aylantiradi. Tushunarli bo‘lishi uchun biz quyida faqat analog kuchlanishni
ko‘rib chiqamiz. n + 1 bitlar bilan parallel keltirilgan raqamli signal vaqtning
qandaydir belgilangan vaqtida quyidagi kattalikka ega bo‘ladi
D = (an an−1 … a1 a0)
4
Klaas B. Klaassen “Electronic Measurement and Instrumentation” III боб, 3.3.6 мавзу, 248-250 бет
33
Agar kasr sonlar va belgili sonlarni ko‘rib chiqilmasa, unda raqam-analogli
o‘zgartirish quyidagi oddiy nisbat bilan ta’riflanadi:
bu erda V0 – kuchlanishning kichik belgilangan ortishi, VA esa – RAO‘
chiqishidagi analog kuchlanish. RAO‘ ning uzatish xarakteristikasini
xarakterlaydigan grafik 3.61 (a) rasmda keltirilgan. D diskret qiymatlarning
faqat yakuniy sonini qabul qilishi mumkin. VA oshishi mumkin bo‘lgan
minimal qadam V0 ga teng.
5
3.63(b) rasmda RAO‘ ning oddiy amalga oshirilishi ko‘rsatilgan. D raqamli
kirish barcha ai (i=0, 1, ,n) bitlardan tashkil topgan. Agar aj = 1, unda mos
keluvchi aj almashtirgich manfiy tayanch kuchlanish – VR ga ulangan; agar aj =
0 bo‘lsa, unda almashtirgich erga ulangan. Operatsion kuchaytirgichning
kuchayish koeffitsienti A0 qayta aloqasiz juda katta buladi, S tugunda virtual
ulanish holati amalga oshadi. Tokni kuchlanishga o‘zgartiruvchi bu
kuchaytirgich kirish zanjiridagi tok barcha R1 rezistorlar orqali o‘tadigan toklar
summasiga teng, ular uchun aj = 1 bo‘lsa. Bu tok quyidagiga teng
SHundankelibchiqib, analogchiquvchikuchlanish VA=−1Rtgateng.
VA=V0Dttenglikbajarilishiuchunbiz Rjrezistorqarshiliginiundankeyingi
Rj +1rezistorikkimartakatta bulgan qarshiliknitanlaymiz. SHundayqilib, agar
R0 = R bo‘lsa, unda R1 = R/2, R2 = R/4 va Rj = 2-i R. shunda
VAuchunquyidaginitopamiz:
11-bitli kirishga ega o‘zgartirgichda n=10. VR = 5B, Rf = 1kOm va bo‘lganda
R0 = R = 1 Momkuchlanish o‘sishining eng kichik qadami V0 = 5 mV. Eng
kichik qarshilikka R10 rezistor ega; u a10 katta razryadga mos keladi va
R0rezistor qarshiligidan ko‘ra 210 marta kichik bo‘lishi kerak, ya’ni R10 =
1/1024 MOm. (bu erda i – aj:i=0,1,2,..n alohida razryadlarni belgilashda pastki
indeks ekanligini e’tiborga olish lozim. SHunday ekan hammasi bo‘lib n + 1 bit
mavjud).
5
Klaas B. Klaassen “Electronic Measurement and Instrumentation” III боб, 3.3.6 мавзу, 250-251 бет
34
3.61.-rasm
Bunday RAO‘ ning asosiy kamchiligi eng katta (R0) va eng kichik (Rn)
qarshiliklar o‘rtasidagi nisbat bitlar soni katta bo‘lganida amaliy nuqtai nazardan
juda katta bo‘lishidan iborat. n + 1 bitlarda bu nisbat R0 / Rn=2n ga teng.
Rezistorlar o‘lchami kichik bo‘lganda (masalan, ularni ingichka plyonkali
texnologiya metodi bilan tayyorlashda) qiymatlarning bunday keng diapazonida
qarshilikning talab qilinadigan kattaligini aniq ta’minlash qiyin. Eng katta vaznli
an, an-1 bitlarga mos keladigan eng kam qarshilikli rezistorlar Rn, Rn−1 Rf
qayta aloqa rezistori munosabatida ayniqsa aniq aniqlangan bo‘lishi kerak.
RAO‘ ning ish qobiliyati V0 o‘sish kuchlanishi qadamining maksimal chiqish
kuchlanishi nisbatiga teng. SHunday qilib, r quyidagiga teng:
RAO‘ ishi o‘lchov tizimi aniqligiga qo‘yiladigan talablarni ta’minlash uchun
etarlicha yuqori bo‘lishi kerak. Agar RAO‘ barcha rezistorlarining qarshiligi
faqat yuqori aniqlikda ushlanib, lekin ish qobiliyati past bo‘lganida, unda RAO‘
aniqligi past ish ko‘rsatkichi oqibatida to‘liqligicha kvantlashning katta xatoligi
bilan aniqlangan bo‘lardi. Agar VA=V0D qiymatning yul qo‘yiladigan nisbatan
kattaligini ε orqali belgilasak, unda ishlash qobiliyati r ≥ 1/ε tengsizlikni
qoniqtirishi kerak.
3.61(b) rasmda tasvirlangan RAO‘ xatoligi yuqorida keltirilgan rezistorlar
qarshiligi bilan taxminan 10-3 ga etishi mumkin. Bu 103 ish qobiliyatini talab
qiladi, ya’ni hech bo‘lmaganda 10 bitni, chunki 210 – 1 = 1023.
3.62 rasm. Rezistor matritsadan foydalanilgan raqamli-analog o‘zgartirish.
35
3.62 rasmda faqat ikki turli nominallardagi rezistorlardan foydalanilgan RAO‘
sxemasi keltirilgan. Sxema tokni kuchlanishga o‘zgartiruvchi rezistorli matritsa
va kuchaytirgichdan tashkil topgan. 0,1,1, …n tugunlardan o‘ngdagi matritsa
qismining qarshiligi tugun raqamidan qat’iy nazar bir xil qoladi (2R ga teng),
chunki almashish nuqtasidagi potensial doim er potensialiga teng (ai = 0 yoki ai
= 1 o‘rnatilganidan qat’iy nazar). Buning natijasida tok har bir ,1,1, …n
tugunlarda tugundan o‘ng tomonda 2R qarshilik va almashtirgichga ulangan 2R
qarshilikka ega rezistor o‘rtasida teng bo‘linadi. VR tayanch kuchlanish
manbaidan n-tugunga o‘tuvchi tok – VR/R ga teng. Bu nuqtada u VR/2R
kattalikdagi ikki tokka teng bo‘linadi, bunda ulardan biri holati an bit qiymati
bilan aniqlanadigan almashtirgich orqali, boshqasi esa – bu tugundan o‘nga
matritsaning qolgan qismiga o‘tadi.
Bu jarayon (n – 1) – tugunda takrorlanadi, shunday ekan an−1 bitga tegishli
rezistor va almashtirgich orqali tok VR/4R ga teng bo‘ladi va hokazo. Bu toklar
Operatsion kuchaytirgichning virtual yerga ulangan kirishida summalanadi. a0
kichik razryadga mos keluvchi tok VR/2n+1R ga teng va u bilan chiqishda V0
minimal ehtimoli bo‘lgan qadam aniqlanadi. Bu minimal qadam uchun:
V0=VR/2n ni olamiz; shundan so‘ng, SAP yuborish funksiyasi umumiy holatda
quyidagiga teng:
Bu sxemada an, an−1 katta bitlarga tegishli R va 2R rezistor matritsasining
qarshiliklarning qayta aloqa 2R rezistolari qarshiligiga nisbati aniq ushlanishi
talab qilinadi. Bu erda faqat ikki nominal rezistordan foydalanilar ekan, bunday
SAP da aniqlik oldingi holatdagidan ko‘ra ancha katta bo‘lishi mumkin. 10−4
dan past xatolikka erishish mumkin. Lekin bu holatda hech bo‘lmaganda 14-bitli
ishni ta’minlashimiz kerak, chunki 214 = 16384.
Analog-raqamli o‘zgartirish
Analog-raqamli o‘zgartirishning matematik ko‘rinishi quyidagicha yoziladi:
Bu erda VA – o‘zgartiriladigan kiruvchi kuchlanish, V0 – minimal farq
qiladigan qadam va Q – kvantlash xatoligi tufayli hosil bo‘ladigan qoldiq.
Analog-raqamli o‘zgartirgichning vazifasi (ATSP) aj ning Q kvantlash xatoligi
minimal bo‘ladigan bit qiymatlarini topishdan iborat. kvantlash xatoligi doimo
nolga teng bo‘lmaydi: VA qiymatlarning uzluksiz to‘plamiga ega signallarni
o‘zida namoyon etadi, bu vaqtda D faqat diskret qiymatlarni qabul qilishi
mumkin (3.63(a) rasmga qarang).
36
3.63 rasm. (a) ATSP ning uzatish xarakteristikasi. (b) Analog-raqamli
o‘zgartirish bilan birga keladigan kvantlash xatoligi Q.
Eng aniq ATSP lar avtomatik to‘ldirish metodini qo‘llash bilan amalga
oshiriladi (3.3.2 bo‘limga qarang). Ular SAP ning chiqish kuchlanishi VA kirish
kuchlanishini to‘ldiradigan holatda qayta aloqa zanjiriga SAP ni qo‘shish bilan
bajarilishi mumkin. Agar kirish kuchlanishi uzluksiz to‘ldirilsa, unda bunday
ATSP kuzatuvchi ATSP deb ataladi (3.64 (a) rasmga qarang).
3.64 rasm. (a) Kuzatuvchi ATSP ga misol. (b) To‘ldiruvchi Vt kuchlanish
yoqishdan so‘ng vaqt funksiyasi sifatida.
Bu turdagi ATSP kirish signalini tanlab oladi. Tanlab olishni qo‘lga kiritish
momenti odatda o‘zgartirishni ishga tushirish impulsi tomonidan beriladi.
Ketma-ket yaqinlashish ATSPsini bunday ATSPga misol keltirish mumkin.
Kuzatuvchi ATSPni batafsilroq ko‘rib chiqamiz. Faraz qilaylik, 3.64(a)-
rasmdagi (ikkitalik) schyotchik ATSP yoqilgan paytda nol holatiga keltiriladi.
Bunda SAPning chiqish joyidagi U kuchlanish nolga teng bo‘ladi. SHuning
uchun Vc i VA, ni tenglashtiruvchi komparatorning kirishida kuchlanishlarning
musbat farqi yuzaga keladi Vd = VA − V. Komparatorning chiqish signali
schyotchikni qo‘shuv rejimiga o‘tkazadi. Bu rejimda schyotchikning ichidagi
ko‘rsatkich generator impulslarining chastotalari bilan birga ko‘payadi.U
kuchlanish zinama-zina ortib boradi. Bu zinalarning vaqt bo‘yicha kengligi
generatordan kelayotgan impulslarning yo‘liga teng. Ba’zi nuqtada V kuchlanish
VA. kiruvchi kuchlanishdan ortiq bo‘ladi. SHunda Vd manfiyga aylanadi,
37
komparatorning chiqish signali o‘zgaradi va schyotchik ozayishga tomon sanab
boshlaydi. SHuning uchun Vs kamayadi, Vd esa musbat bo‘lib boshlaydi va h.k.
Natijada V kuchlanish VA qiymat atrofida qadamba-qadam o‘zgaradi.
Kvantlashning natija beruvchi xatosining miqdori ichki SAPning bartaraf etish
quvvatiga bog‘liq. D = anan−1 a0 chiqishdagi raqamli signal schyotchikning
ichidagi a0 gateng bo‘lib, bu SAPning chiqishidagi ikkitalik signallarning
miqdorini aniqlab beradi.
6
Kuzatuvchi ATSP kirish signalidagi kichik o‘zgarishlarni tez kuzatishga qodir.
Biroq agar kirish signalida kuchlanishning miqdori katta o‘zgarishlari mavjud
bo‘lsa, ATSP kuchlanishni tezkor kuzata olmaydi, chunki u kichik doimiy
miqdorning ko‘plab zinalaridan (zinali funksiyalar bo‘yicha) o‘ta turib, VA ning
yangi miqdoriga faqat asta-sekin yaqinlashishi mumkin. VA ning yangi
miqdoriga etish uchun zarur bo‘lgan vaqt faqat kirishdagi VA kuchlanishning D
sakrash miqdoriga bog‘liq bo‘lib qolmay, V0boshlang‘ich qadamning miqdori
va fa impulslar generatorining chastotalariga ham bog‘liq (3.64(b)-rasmga
qarang). Bu holatda o‘zgarish vaqti quyidagiga teng:
r echim Vmax maksimal kiruvchi kuchlanishga teng bo‘lganligi sababli, bu
kuchlanish ATSP tomonidan bittalik boshlang‘ich V0 zinaning bo‘lingan
kuchlanishiga kompensatsiya qilinishi mumkin. Kirishdagi kuchlanishning
keskin o‘zgarishi ∆VA = Vmax bo‘lganda, kuzatuvchi ATSP eng sekin ishlaydi,
ya’ni o‘zgarish vaqti eng katta bo‘ladi. Agar takt chastotasi 200 kGs bo‘lgan 12
razryadli ATSPni ko‘rib chiqsak, ∆V=Vmax bo‘lganda, r = 212 va tc = 20,48
echimni olamiz.
Ketma-ket yaqinlashish ATSPsi ham o‘xshash kirish signali VA ni SAP
tomonidan yuzaga keltiriladigan Vc kompensatsiyalovchi chiqish signali bilan
ketma-ket taqqoslashga asoslangan. Qayd etilgan vaqt momentida bajarilgan har
bir taqqoslashdan so‘ng, SAPning chiqish signali kiruvchi kuchlanishga eng
aniq yaqinlashadigan darajada sozlanadi. Ketma-ket yaqinlashishning bu
jarayoni tafsilotlari 3.65-rasmda keltirilgan misolda ko‘rsatilgan. Belgilangan
vaqtda ATSPga ishga tushirish impulsi keladi. Vaqtning bu momentida
kirishdagi kuchlanish miqdori tanlab olish va saqlash qurilmasi tomonidan qayd
etilgan. Bu o‘zgarish vaqtidagi VA o‘zgarishlar oqibatida kelib chiqadigan
xatolarni bartaraf etish uchun qilinadi. Kirishdagi tanlab olishni UA. bilan
belgilaymiz. VA va VA ni birinchi taqqoslashda VA ning miqlori Utk yarmining
6
Klaas B. Klaassen “Electronic Measurement and Instrumentation” III боб, 3.3.6 мавзу, 254-258 бет
38
to‘liq miqdoridan katta yoki kichikligi haqida qaror qabul qilinadi. Ko‘rib
chiqilayotgan misolda “dan kattaroq” degan xulosa natija hisoblanadi va
shuning uchun a katta razryad 1 ga teng qilib belgilanadi. Vaqtning qayd etilgan
intervalini o‘tkazib, keyingi qadamda V'A Vmax ning ¾ miqdori bilan
taqqoslanadi. Bizning misolda natija yana “dan katta”, shuning uchun an−l = 1.
SHunday qilib, l taqqoslashda kompensatsiya qiluvchi Vc kuchlanish
±2−rVmax ga teng miqdorga o‘zgaradi. Agar bundan oldingi taqqoslashning
natijasi tegishli bit ni 1 ga teng deb belgilasa, u holda navbatdagi o‘zgarish
musbat tomonga bo‘ladi, bordi-yu bit 0 ga teng deb belgilansa, u holda
navbatdagi o‘zgarish manfiy tomonga ro‘y beradi. Agar talab qilinayotgan
echim g ga teng bo‘lsa, u holda Vc Vani±2−rVmax volt aniqlikka
yaqinlashtirish uchun r = n + 1 tenglamani bajarish zarur.
3.65-rasm. Ketma-ket yaqinlashish ATSPsida kompensatsiya qilish jarayoni.
Bu π + 1 taqqoslashlardan keyin o‘zgarishlar tugallangan va ATSP yangi ishga
tushirishni kutayapti. Bu erda o‘zgarish vaqti qayd etilgan va tc = (n + 1) // ga
teng bo‘lib, bunda f0 — soniya ichidagi taqqoslashlar sonidir.
f0 = 200 kGs va /' =12 bit bo‘lganda, tc o‘zgarish vaqti 60 mksga teng.
Ta’kidlash joizki, bu miqdor kirishdagi kuchlanishning keskin o‘zgarishiga
bog‘liq emas. SHuning uchun katta sakrashsimon o‘zgarishlarga ega signallar
uchun kuzatuvchi ATSPga qaraganda ketma-ket yaqinlashish ATSPsi tezroq
hisoblanadi. Agar signal faqat tekis o‘zgarsa, kuzatuvchi ATSP ham tezlashadi.
7
3.66-rasm. Ichki teskari aloqaga ega bo‘lmagan ATSP, har bir uyada tayanch
kuchlanish ikki barobar kamaytirilgan.
7
Klaas B. Klaassen “Electronic Measurement and Instrumentation” III боб, 3.3.6 мавзу, 256-259 бет
39
3.66 i 3.67-rasmlardan foydalanib, ketma-ket yaqinlashish prinsipini amalga
oshiruvchi sxemaning ishini ko‘rib chiqamiz. Bu rasmlarda ichki teskari aloqaga
ega bo‘lmagan ATSPlar sxema tarzida tasvirlangan. Ular haqida oldingi
misollarda so‘z yuritildi. Bu erda esa faqat ajratib qo‘yilgan teskari aloqaga ega
ATSP muhokama qilinadi. 3.66-rasmda teskari aloqaga ega bo‘lmagan shunday
ATSPlardan biri ko‘rsatilgan.
Tanlab olish va saqlash qurilmasi tomonidan VA kirish kuchlanishi tanlab
olingan kattalik chiqishda raqamga aylanadigan vaqtga qayd etilgan. V'A
kuchlanish butun V shkalasining yarmi bilan taqqoslanadi va ai bitning miqdori
joylashgan. Agar an= 1 bo‘lsa, Vmax/2 ga teng kuchlanish V'A dan hisoblab
chiqariladi, an= 0 bo‘lganda esa, V'A keyingi uyaga o‘zgarishsiz uzatiladi.
Birinchi uyada olingan natija keyingi uyaga o‘tkaziladi. Bu erda u Vmax/4 bilan
taqqoslanadi va ap1 bitning miqdori aniqlanadi.Hamma n + 1 bitlar
aniqlanmagunicha bu taomil davom etadi. Barcha n + 1 uyalar bir xil; faqat
tayanch kuchlanishlar farq qiladi, ular har bir keyingi uyada ikki barobar
kamayib boradi. SHuning uchun taqqoslanayotgan kuchlanish darajasi
muntazam ravishda kamayib boradi. Bu dreyf, shovqin va sh.k.lar bilan bog‘liq
muammolarning murakkablashishi bilan birga ro‘y beradi.
SHu bois, o‘zgartirishning boshqa metodi ma’qulroq hisoblanadi. Ushbu metod
oldingisidan yaxshiroq bo‘lgan, o‘lchanayotgan kuchlanishni ikki marta
ko‘paytirishga asoslangan. Bunday ATSP 3.67-rasmda sxema tarzida
tasvirlangan. aya bit hisoblab chiqiladigan birinchi uya, xuddi birinchi
holatdagidek ishlaydi. Biroq, endi qolib ketayotgan kuchlanish 2 marta
kuchayadi, Vmax/2 miqdorga ega tayanch kuchlanish esa hamma uyalar uchun
bir xil bo‘lib qolaveradi. Bu shuni anglatadiki, hamma p+1 uyalarda
komparatorlar deyarli bir xil kuchlanish darajasi bilan ishlaydi. Ko‘pincha bir xil
p+1 uyalar o‘rniga ikkita o‘xshash (sig‘imli) xotira elementi bor bo‘lgan yagona
uyadan foydalanishadi. Kondensatorlardan birida o‘zgartiruvchining ushbu
uyasidagi kiruvchi kuchlanishni tanlab olish eslab qolinadi va saqlanadi. Boshqa
kondensatorda esa, har xil kuchlanishlar (shu uyaning chiqish kuchlanishlari)
eslab qolinadi. Pereklyuchatel yordamida mazkur ikkita xotira elementlari
o‘rtasida ularning ichidagi ko‘rsatkichlarni almashishni amalga oshira turib,
aynan bitta uyadan ketma-ket n + 1 marta foydalanish mumkin. Bunday metod
“qoldiq retsirkulyasiyasi” deyiladi.
Avtomatlashtirilgan o‘lchov tizimlari kompyuterlashgan o‘lchov tizimi o‘z
ichiga “real vaqt”da yoki “on-line” rejimida ishlaydigan (mini kompyuter) o‘z
ichiga oladi. Bu kompyuter ma’dumotlar yig‘ish tizimi yoki fizik signallarni
o‘lchash tizimi va fizik jarayondarni boshqarish uchun ma’lumotlarni taqsimlash
tizimi bilan ta’minlangan. Oldingi bo‘limlarda biz o‘lchov-boshqaruv tizimini
alohida qism va bloklarni ko‘rib chiqdik. Bu erda esa tizimning fani bo‘lib, to‘la
tizimning o‘zi bo‘ladi.
Umumiy holda kompyuterlashgan o‘lchov tizimini ikki yo‘l bilan loyihalash
mumkin: markazlashgan tizim va markazlashmagan tizim. 4.34-rasmda
markazlashgan tizimli arxitektura misol tariqasida keltirilgan. Biz bu tizimni
40
markazlashgan deymiz, chunki tizimning bir qismi signalni o‘zgartirish uchun
javob beradi va qayta ishlash uchun hamma signallarni ketma-ket ishlatadi.
SHuning uchun unga ta’alluqli elektronika asosan har doimgidek markaziy
kompyuterda joylashgan bo‘ladi.
8
4.34-rasm. Markazlashgan o‘lchov tizimi
4.35-rasm. Markazlashmagan o‘lchov tizimi
Bu tizimning afzalliklari ravshan: signalni o‘zgartirish uchun mas’ul qismlardan
foydalanilganligi sabab, vaqtni bo‘lish tamoyili asosida tizimning narxi past
bo‘ladi. 4.35-rasmda “markazlashmagan” o‘lchov tizimining arxitekturasi
ko‘rsatilgan. Bu sxemada har bir kanal o‘zining shaxsiy o‘zgartirish qismiga ega
bo‘lib, faqat protsesssor vaqtli multipleksirlash rejimida ishlaydi. Bunday
tamoyil har bir kanalda mustaqil ravishda optimallashtirishni amalga oshiradi.
Bundan tashqari, bunday arxitekturada o‘zgartirish (bloki) qismi k marta sekin
ishlashi mumkin, markazlashtirilgan tizimga qaragandi. O‘z-o‘zidan ko‘rinib
turibdiki, har bir bu maxsus o‘zgartgich qismlari qimmat turadi.
8
Klaas B. Klaassen “Electronic Measurement and Instrumentation” IV боб, 4.5.7 мавзу, 355-357 бет
41
4.36-rasm. Taqsimlovchi o‘lchov tizimi
Bunday o‘zgartgich tizimi yordamida signalni manba joylashgan joyni o‘zida
o‘zgartirish mumkin , bu shuni ko‘rsatadiki, o‘lchov manbai signallarini
protsessorga raqamli ko‘rinishda uzatish mumkin (analogli signal ko‘rinishadi
emas, bu signallar turli xalaqitlarga juda sezgir bo‘lga bo‘ladilar). So‘ngra
mikrokompyuterlardan foydalanib, har bir kanalni o‘zini shaxsiy protsessor
bilan ta’minlash mumkin, bu yo‘l bilan markaziy kompyuterni ishini
engillashtiradi. O‘lchov tizimida protsessorlarni o‘zaro bog‘lash “shinalar”
yordamida amalga oshiriladi. Bunday arxitekturali tizimga, taqsimlangan
o‘lchov tizimi deyiladi. Protsessor boshqa avtonom ishlaydigan o‘lchov tizimlari
bilan, ma’lumot yig‘ish tizimiga kirmagan, tizimlar bilan ham bog‘lanishi
mumkin. Ko‘pincha bunday amallar u yoki bu standart shinalar (masalan,
shinalar IEEE-488) orqali bajariladi. 4.36-rasmda bunday tizim misol shaklida
keltirilgan.
Agar markazlashgan tizimdagi signallar ma’lumoti alohida olingan kanallarda
kattaligiga qarab keskin farq qiladi, shuning uchun tizimning markaziy qismiga
dasturli kuchaytirgich qo‘shish mumkin. U holda uning kuchaytirish
koeffitsienti adresning o‘zgarishi bilan, protsessor orqali bir vaqtda o‘zgaradi.
Ammo kuchaytirgichni yangi kuchaytirish koeffitsientiga o‘tishi ma’lum vaqt
talab qiladi, bu sababli, skanerlash tizimining maksimal tezligi pasayadi.
SHuning uchun kanallarni signallar taxminan katta kichikligiga qarab,
guruhlarga bo‘linadi. U holda dasturlangan kuchaytirgichni har gal ham yangi
kanalga murojaat qilganda o‘chirib yoqilmaydi. YAnada yaxshi bo‘ladi agar biz,
uch kiruvchi multipleksorni hisobga olgan holda subkommutatsiyadan
foydalansak (kichik, o‘rta va yuqori darajadagi signallar bilan ishlashda). Har
birining chiqish yo‘lagiga kuchaytirish koeffitsienti o‘zgarmas kuchaytirgichni
ulab, shundan so‘ng signallarni bir kanalli yakuniy multipleksirlash amalga
oshiriladi.
Tizimning kirish kanallaridan biriga ko‘pincha tayanch yoki kalibrlash signali”
beriladi. Unda uzatish kleffitsientini o‘zgarib ketishini payqash mumkin hamda
raqamli dasturlash, xatoliklarni to‘g‘rilash mumkin.
Tez-tez ma’lumotlarni yig‘ish tizimi qator ikkilik signallarni ham qabul qilishi
kerak, masalan, kalitlar holatini yoki payqab olish tizimidagi chiqish signali
datchiklarini (yong‘in, ortiqcha yuklanish va boshqa keraksiz hodisalar) kabilar
42
shular jumlasidandir. 4.35-rasmda tizimdagi bu signallar to‘g‘ri raqamli
multipleksorning kirishiga uzatiladi.
4.34-rasmda tizimdagi signallar yoki protsessorning kirishiga mustaqil ravishda
yoki raqamli multipleksor yordamida, ARO‘ning chiqishini va raqamli kirishni
bog‘lovchi kalit orqali uzatiladi. Nihoyat, ma’lumotlarni yig‘ish tizimi o‘zida
sinxronlash va boshqarish blokiga ega bo‘lishi kerak va ular kompyuter orqali
boshqariladi. Bu blok o‘zida boshqaruv signallarini ishlab chiqaradi va natijada
tizimni ishlashi amalga oshiriladi va shuning asosida kanallar adresi ishlab
chiqariladi, saqlash rejimiga o‘tish o‘zgartirish buyrug‘i beriladi va
kuchaaytirish koeffitsienti o‘rnatiladi va boshqalar.
9
Mustaqil tashqi shinalar bilan o‘rnatilgan shina tashkilotlari o‘rtasidagi tanlov
o‘lchov tizimining konkret vazifasiga bog‘liq. Katta loyihalarda, masalan, neftni
tozalashni
avtomatlashtirish
tizimida
afzallikni o‘rnatilgan
signallarni
almashinuv shinasiga beriladi, chunki ishlab chiqarishda hamma maxsus
ekspluatatsiya shartlari inobatga olinadi. Ko‘pincha qachon o‘lchov tizimida
vujudga kelgan talab tug‘ilsa va undan bir marta foydalanish oldindan ma’lum
bo‘lsa, masalan, qimmat turadigan mashinani birinchi marotaba ishga tushirish
vaqtida, standart tashqi shinadan foydalaniladi. Bu esa unga oson o‘lchov
asboblarini ulash imkonini beradi. Dunyo o‘lchov tizimida va asbobsozlikda
amalda bu maqsad uchun doim shina IEEE-488dan foydalaniladi (turli nomlar
bilan atalgan, shu jumladan umumiy foydalanish kanali, UFK, deb rus tilida
aytilgan. SHina IEEE-488, 1972 yilda Hewlett-Packard firmasi tomonidan
ishlab chiqilgan va HPIB (Hewlett-Packard Interface Bus) deb atalgan. U yana
GPIB (General Purpose Interface Bus) nomi bilan ma’lum. 1976 yilda bu shina
Evropa xalqaro elektrotexnik komissiya tomonidan standart sifatidaIES 625-1
(MEK 625-1) qabul qilingan va 1978 yili amerikaning Elektrotexnika
vaelektronika injenerlari instituti tomonidan standart sifatida IEEE-488 qabul
qilingan. Bu halqaro standartlash natijasida, hozirgi kunga kelib, e’tiborga har
bir o‘lchov asboblari shina IEEE-488 bilan ta’minlangan. Bu shina egiluvchan
interfeys sifatida o‘lchov asboblari, kompyuterlar va tashqarida joylashgan
(tashqi qurilmalar plotterlar, printerlar va h.k.) orasida bog‘lovchi sifatida
ishlatilib kelinmoqda. SHina IEEE-488 “kollektiv foydalanishning” bog‘lanish
vositasi bo‘lib, tizimga bog‘lanishda shinaga parallel tarzda ulanadi. SHuning
uchun 16 ta o‘tkazuvchi simlar dastasi har bir qatnashuvchiga etkazilgan. SHina
bir tizimga maksimum 15 qurilmani yig‘a oladi. Har bir tizimga kiruvchi
qurilma ikki tomonlama boshqa qurilma bilan bog‘lanishga kirishi, o‘lchovlar
ma’lumotini berishi yoki boshqarish signallarini berishi mumkin. Har bir
qurilma keyingi uchta funksiyadan birini bajarilgan imkoniyatiga ega bo‘lsin:
“ma’lumotlarni manbai, ma’lumotlar qabul qiluvchi yoki kontroller” bo‘lishi
kerak. “Manba” hamma unga bog‘langan qurilmalarga shina vositasida
ma’lumotlar uzatadi, “qabul qiluvchi” esa shinadan keluvchi ma’lumotlarni
qabul qilib oladi. Ko‘pgina asboblar manba bo‘lib xizmat qiladi va qabul
qiluvchi bo‘lib, qabul qilish rejimida dasturlovchi qurilma o‘ziga ta’alluqli
9
Klaas B. Klaassen “Electronic Measurement and Instrumentation” IV боб, 4.5.7 мавзу, 355-357 бет
43
boshqaruv
signallarini
qabul
qiladi.
Ma’lumotlarni berish rejimida,
ma’lumotlarni berish rejimida o‘zining o‘lchov natijalarini uzatadi.
Oddiy holda tizim bir manba va unga bog‘langan bir qabul qiluvchidan tashkil
topgan bo‘ladi. Bunda ma’lumotlar bir yo‘nalishda uzatib beriladi. Manba qo‘l
yordamida ish rejimini “faqat ma’lumotlarni berish”, qabul qiluvchi esa “faqat
ma’lumotlarni qabul qilish” belgilab beradi. SHunday qilib, masalan o‘lchov
qurilmasini plotterga yoki o‘zi yozib oluvchi qurilmaga bog‘laydi. YUqorida
eslab o‘tilgan “nazorat qiluvchi” shinani boshqaradi va qaysi qurilma manbaa
bo‘lishi, qaysi qurilma ma’lumotni qabul qiluvchi bo‘lishiga ko‘rsatma beradi.
“Nazorat qiluvchi” bir yoki bir necha qurilmani boshqa ish rejimiga o‘tkazishi
mumkin va bu qurilma o‘lchov qurilmasi sifatida boshqa funksiyani bajarishi
mumkin. IEEE-488 shinasining 16 simi yig‘imi bo‘ylab uzatiladigan signallar
o‘z darajasiga ega, bu daraja tranzistor-tranzistorli xotirada qabul qilingan (TTL-
signallar) va ochiq kollektorli sxemalar tomonidan ishlab chiqiladi. Hamma sim
yig‘imlari uch shina osti guruhlariga bo‘linadi va ularning har biri o‘z vazifasini
bajarad. Ma’lumotlarni kiritish va chiqarish shinasi (DIO). Bu shina sakkizta
sim yig‘imidan iborat. Ma’lumotlar parallel uzatib beruvchi bitlar va ketma-ket
uzatuvchi baytlar orqali ifodalanadi. Ma’lumotlarnishina DIO orqali uzatib
berish asinxron shaklda ma’lum tartibda, boshqacha qilib aytganda «kvitirlash»
deyiladi, uning qatnashuvchilari «kvitansiya» orqali ma’lumot almashadilar
(kvitirlash – bu guruhlarga bo‘lish). Kviterlash shinasi. Bu shina uchta simlar
to‘plamidan tashkil topgan bo‘ladi, signallar bu shina yordamida ma’lumotni
DIO shinasi orqali uzatish tartibini boshqaradi. Qachon eng sekin tezlikda
o‘qiydigan qism o‘qishni tugatishi va ma’lumotlarni qabul qilishi tugagandan
so‘ng, shina ozod bo‘ladi va boshqa ishlarni bajarishga tayyor bo‘ladi. Bu
usulning kamchiligi shundan iboratki, agar qatnashayotganlardan birining
“tayyor” signalini berish imkoniyati bo‘lmasa, shina blokirovka qilingan bo‘lib,
ishlay olmaydi. SHuning uchun nazorat qiluvchi berilgan vaqtdan keyin “kutish
vaqti” shinani normal ish rejimini tiklaydi. Boshqaruv shinasi. Bu shina 5 simlar
to‘plamidan tashkil topgan bo‘lib, ular ma’lumotlarni tartibli shina orqali uzatish
uchun xizmat qiladi. Hozir qisqacha qilib, har bir uchta shina osti simlar
to‘plami ishini tushuntirib beramiz. Ma’lumotlar shinasidan boshlaymiz. Bu
shina bo‘yicha nafaqat shaxsiy ma’lumotlar (o‘lchov natijalari, boshqaruv
signallari) va shu bilan birga qatnashchilar adresi, umumiy buyruqlar va shina
holatini aks ettiruvchi baytlar. SHina DIO orqali uzatiladigan ma’lumotlar turi
ATN simlar to‘plami orqali aniqlanadi (“Diqqat”) boshqaruv shinasi. Agar
signal ATN to‘plamida xotira qiymatiga ega bo‘lsa, “haqiqat” u holda shina
ma’lumotlarida adreslar yoki umumiy buyruq bo‘lib, hamma qatnashchilar uni
qabul qilib olishi kerak. Signal qachon ATNda “yolg‘on”ni ko‘rsatsa,
ma’lumotlar shinasida oldin manba yoki qabul qilib oluvchilarga tegishli signal
ma’lumotlari bor. Aytib o‘tish zarurki shinaning hamma kvitirlash va boshqarish
shinalarida manfiy xotira: haqiqat (mantiqiy fikrlash) pastki darajaga to‘g‘ri
keladi. (TTL) – yuqori daraja, (TTL) – kuchlanishning yuqori darajasi.
Kvitrovkalash shinasi uch qism simlar to‘plami shinalaridan iborat, ulardagi
44
signallar oldindan o‘rnatilgan qiymatga ega: DAV (“Ma’lumotlar tayyor”),
NRFD (“ma’lumotlarni olish qabul qilish uchun tayyor emas”) va NDAC
(“ma’lumotlar qabul qilinmadi”). DAV lini yasida birlamchi signal qiymati
o‘rnatilgan (quyi sath), manba ko‘rsatishiga, ma’lumotlar shina, DIOda tayyor.
Manba bu ma’lumotlarni o‘zgartira olmaydi, NDAC liniyasida signal nol
qiymatini olmaguncha (yuqori sath). Hamma qabul qiluvchilar o‘qib, qabul
qilmagandan keyin bu ro‘y beradi. Qachon signallar ma’lumotlarni so‘ng sodir
bo‘ladi. NRFD liniyasida birlik qiymatga ega bo‘lsa (quyi sath) u holda hamma
qabul qiluvchilar:
Ma’lumotni ko‘radilar, DIO shinasida saqlab turilgan (birlik qiymatida
ega signal DAV);
Bu ma’lumotlarni o‘qishga tayyor NDAC liniyasidagi signal
kvantirovkalash vaqtida birlik qiymatini (quyi sath), saqlab qoladi, hamma qabul
qiluvchilar o‘qib, ma’lumotlarni qabul qilmaguncha. Bu vaqt ichida manba
ma’lumotlari o‘zgartira olmaydi va shinasidan DIO chiqarib tashlay olmaydi.
shina liniyasidagi o‘zgartirishi yoki o‘chirishi mumkin emas. 4.37-rasmda misol
sifatida kvitirovka qilish tartibining vaqtiy diagrammasi keltirilgan. Ko‘rib
turibmiz, kvitirovka tartibi “o‘z ichiga”: u, eng sekin ishlaydigan qurilma
keyingi qadamga tayyor bo‘lmaguncha poylab turadi. Signallar NRFD, DAV va
NDAC bir-biriga nisbatan sinxronizatsiya qilingan bo‘lib, ko‘rsatkich belgisi
bilan ko‘rsatilgan 4.37-rasmda. Ikki liniya NRFD va NDAC “montajli YOKI”
tamoyili shinaga ulangan har bir qatnashchi boshqa ishtirokchining holatini
ko‘rishi mumkin. Bu 4.38-rasmda ko‘rsatilgan. Bunday usul tizimni kutish
rejimida turishini ta’minlaydi, qachonki, eng sekin ishlaydigan qurilma tayyor
bo‘lib, bu to‘g‘risida signal orqali e’lon “ma’lumotlarni olish uchun tayyor va
ma’lumotlar qabul qilindi” deb NRFD va NDACga pul qiymatini bermaguncha
poylab turadi. SHinaning boshqaruv liniyasidagi biri IFC qilib belgilanadi
(“interfeysni tozalang”) nazorat qiluvchi signalning birlik qiymatini bu liniyada
o‘rnatadi (quyi sath) va hamma tizimni istagan boshlang‘ich holatga olib keladi.
4.37-rasm. O‘zini yopib qo‘yuvchi kvitirovkalash tartibining vaqt diagrammasi,
ma’lumotlarni shina IEEE-488 bo‘yicha uzatishda kuzatiladi. A vaqt kesimi
oralig‘ida, manba ma’lumotlarni shina DIOda ushlab turadi. Interval V bu
45
ma’lumotlarni o‘qish uchun ishlatiladi. S vaqt intervali davomida ishtirok
etuvchi o‘qigan buyruqni bajaradi.
Rasm. 4.38. Har bir ishtirokchi NRFD va NDAC kvantirovka shinalariga
maxsus yo‘riq bilan “montajchi YOKI”ga ulanadilar. Agar bir yoki ko‘p sonli
ishtirokchilar ma’lumotlarni o‘qish uchun tayyor bo‘lmasalar, u holda ma’lum
kalitlar yopiq bo‘ladi.
SHunday qilib ixtiyoriy qurilmalarning har biri IEEE-488 NDAC liniyasida
signallarning birlik qiymati ushlab turishga qodir bo‘ladi (quyi sath), boshqa
ishtirokchilar tayyor bo‘lishiga qaramasdan (ularning kalitlari ochiq bo‘ladi).
Qachonki shu ishtirokchi manba bo‘lsa DAV signallar bergunga qadar, u nol
qiymatni NRFDda o‘rnatiladi.
SRQ deb belgilangan boshqa liniyadagi signal, (xizmat ko‘rsatish so‘rovi)
ishtirokchi yordamida birlik qiymatini balki o‘rnatishi mumkin (quyi sath),
qachonki, u o‘ziga nisbatan ahamiyat berilishini istasa yoki tizim ishini
to‘xtatishni istasa. Liniya REN (masofadan turib boshqarish) shuning uchun
ishlatiladiki, boshqaruvchi ta’sir ko‘rsatuvchi, ikki alternativ manbalar o‘rtasida
tanlov o‘tkazishda qo‘llaniladi. EOI liniyasida signal yordamida (tugadi yoki
tasdiqlash) yoki ma’lumotlar bayti ketma-ketligini tugaganligini belgilaydi, yoki
- ATN liniyasida signal bilan birgalikda tartib o‘rnatiladi va bunda ishtirokchilar
o‘z ma’lumotlarini uzatadilar. ATN liniyasi funksiyasi yuqorida tushuntirib
berilgan edi. Bu erda faqat IEEE-488 shinasining harakati ta’siri tamoyili
keltirilgan. YAnada chuqurroq ma’lumotlarga extiyoj konkret tizimdagi
qurilmalarga bog‘liq bo‘ladi. Hamma qurilmalar uchun ham shinalar
liniyasidagi signallarga ahamiyat berish kerak emas. Bu o‘sha mos kelgan
qurilmalar bajargan o‘lchovlardan aniqlanadi. Nihoyat, standartlar orasida katta
bo‘lmagan farq borligini ko‘rsatib qo‘yish kerak. YAngi standart IEFE-488.2
(1987), eski standartga nisbatan katta erkinlikka ko‘ra bo‘lgan, bir vaqtni o‘zida
bir qiymatli bo‘lmagan eski standartni olib tashlagan. 1990 yilda hamma
qurilmalarni dasturlash uchun bir standartli buyruqlar yig‘indisi qabul qilingan
IEEE-488.2 shinasi bilan ta’minlangan. Uni (SCPI) dasturlanuvchi qurilmalar
uchun standart buyruqlar tizimi deb atashgan. SCPI tizimi yordamida
ma’lumotlar formati umumiy shakllantiruvchi buyruqlar statusi to‘g‘risidagi
xabar o‘rnatiladi, ayrim qurilmalar uchun xatolarni va buyruqlarni qayta
ishlaydi. Ilgari o‘lchov apparatlarini ishlab chiqaruvchilar, ko‘pgina holatda bu
46
funksiyalarni bajarishni turli yo‘llarini oldindan ko‘z oldiga keltirishganda, bu
o‘z navbatida umumlashtirilgan shinalar yordamida qurilmalarni dasturlashni
murakkab va uzoq muddatli qilar edi. SCPI tizimi esa oldindan ko‘rib, masalan
kuchlanishni o‘lchashni, shunga mo‘ljallangan har turdagi qurilma bilan faqat
bir buyruq bilan MEAS: VOLT2 (kuchlanishni o‘lchash). [1] 353-381 betlar
Dostları ilə paylaş: |