Формализация нониусного метода повышения точности измерений на примере восьмиразрядного аналого-цифрового преобразователя
Применение метода нониуса для измерения геометрических величин. Принципы построения шкалы приборов. Пути повышение цены деления. Использование дополнительной линейки для повышения разрядности. Определение входящего напряжения при помощи набора резисторов.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.07.2018 |
| Размер файла | 112,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://allbest.ru
Хмельницкий национальный университет
УДК 681.2.085
Формализация нониусного метода повышения точности измерений на примере восьмиразрядного аналого-цифрового преобразователя
Варешко В. А.
г. Хмельницкий, Украина
Известны разные методы повышения производительности АЦП, которые можно разделить на группу технических и группу математических. Рассмотрим еще один метод - метод нониуса. На данном этапе его можно отнести к математическим методам.
Метод нониуса был предназначен для измерения линейных геометрических величин.
Современная конструкция шкалы была предложена французским математиком П. Вернье ещё в 1631 году, в честь которого её называют также “верньемр” [1].
Принцип работы отражает пример штангенциркуля. Инструмент очень простой, а точность на один или два порядка выше обыкновенной линейки. Это достигается с помощью дополнительных линеек, которые связаны соотношениями между шкалами. Множество линеек создает единую высокоточную линейку [2]. Принцип действия такого инструмента предлагается внедрить в АЦП.
Предполагается, что есть два набора резисторов и (), которые создают линейные шкалы. Опорное напряжение равно соответственно и .
Первый набор резисторов отвечает за поиск старшего значащего разряда (MSB), а второй - служит для определения младшего значащего разряда (LSB) [3]. Чтобы формализовать этот метод, предлагается следующий алгоритм.
1. С помощью первой линейки получаем первое грубое приближение .
2. От входного напряжения вычитаем .
3. К полученной разницы поочередно добавляем с дополнительной линейки значение каждой отметки, начиная с наименьшего разряда.
4. Полученную сумму определяем с помощью первой линейки, до тех пор, пока не повторится дважды старший значащий разряд.
5. Определяем среднее значение между двумя отметками нониусной шкалы, которые близки к отметкам первой шкалы, где повторился старший значащий разряд. Это и будет младший значащий разряд.
6. Додаём к старшему значащему разряду младший значащий разряд и получаем искомое напряжение в цифровом виде.
Представленный алгоритм можно изобразить следующей блок-схемой:
Блок-схема 1. Алгоритм метода нониуса для АЦП
Опорное напряжение для второго набора резисторов следует соотносить как .
Если - единица квантования первой линейки, - единица квантования второй линейки, то характеристики шкалы, созданной с помощью первой линейки и нониусной шкалы, будут следующими:
· единица квантования шкалы повышенного разрешения равна
или
(т.к. для данного метода) [3];
· количество делений шкалы повышенного разрешения определяется как
или ;
· длина шкалы равна опорному напряжению первой линейки грубого приближения ;
· точность шкалы повышенного разрешения составляет половину цены её деления .
Другими словами, измеренное напряжение равно
.
Рассмотрим пример, когда нужно измерить входящее напряжение . Припустим, что есть два набора по 16 резисторов в каждом, при этом , . Единица квантования первой шкалы будет равна , а второй . Единица квантования прибора составит 0,0625 В. При первом приближении линейка отметит . После вычитания от входного напряжения останется напряжение 0,73 В, которое будем искать.
Со второй линейки, линейки нониуса, поочередно добавляем её значения, начиная с младшего разряда, к разнице напряжений и . Результат можно увидеть в третьей колонке таблицы 1. Поскольку с помощью резисторов можно отметить только целые значения, то дробная часть не фиксируется, что можно увидеть в четвертой колонке таблицы 1. Там же видно, что значение 11 повторяется дважды на отметках шкалы нониуса 11 и 12. Значит, искомое значение находится в пределах между 11-й и 12-й отметками. Поэтому берем среднее значение 11,5 и преобразовываем его из шестнадцатеричной шкалы в десятеричную:
.
Таблица 1. Результаты вычислений примера
|
Порядковый номер отметки в общей шкале |
Значение, которое принимает шкала нониуса относительно основной шкалы |
Значение, которое принимает шкала нониуса относительно основной шкалы с учетом измеряемой величины |
Показатели шкалы нониуса |
Нумерация отметок шкалы нониуса |
|
|
240 |
15 |
15,73 |
15 |
16 |
|
|
225 |
14,0625 |
14,7925 |
14 |
15 |
|
|
210 |
13,125 |
13,855 |
13 |
14 |
|
|
195 |
12,1875 |
12,9175 |
12 |
13 |
|
|
180 |
11,25 |
11,98 |
11 |
12 |
|
|
165 |
10,3125 |
11,0425 |
11 |
11 |
|
|
150 |
9,375 |
10,105 |
10 |
10 |
|
|
135 |
8,4375 |
9,1675 |
9 |
9 |
|
|
120 |
7,5 |
8,23 |
8 |
8 |
|
|
105 |
6,5625 |
7,2925 |
7 |
7 |
|
|
90 |
5,625 |
6,355 |
6 |
6 |
|
|
75 |
4,6875 |
5,4175 |
5 |
5 |
|
|
60 |
3,75 |
4,48 |
4 |
4 |
|
|
45 |
2,8125 |
3,5425 |
3 |
3 |
|
|
30 |
1,875 |
2,605 |
2 |
2 |
|
|
15 |
0,9375 |
1,6675 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0,73 |
0 |
0 |
Сложив результаты вычислений, имеем:
.
Доверительный интервал в этом примере составляет . Входящее напряжение попадает в доверительный интервал.
Графическую интерпретацию приведенного примера можно увидеть на рисунке 1.
Рисунок 1. Графическая интерпретация полученных результатов
нониус резистор шкала прибор
Выводы
Приведенный пример, формализованного метода нониуса для внедрения в АЦП описывает характеристики, которые зависят от количества резисторов и опорного напряжения.
На данном этапе следует отметить такие сильные стороны формализованного метода: ощутимое повышение цены деления АЦП в зависимости от разрядности линеек, возможность повышения разрядности при помощи дополнительной шкалы нониуса и некоторых изменениях алгоритма.
Но есть и существенный минус - это итерационный процесс обнаружения повторяющихся старших значащих разрядов, который отнимает много времени при каждом прохождении алгоритма.
Литература
1. Нониус [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://uk.wikipedia.org/wiki
2. Богородицкий А. А. Нониусные аналого-цифровые преобразователи / А. А. Богородицкий, А. Г. Рыжевский. - М. : Энергия, 1975. - 120 с.
3. Варешко В. О. Метод ноніуса для формування шкали двоступінчатого АЦП / В. О. Варешко // Збірник тез доповідей другої міжнародної конференції “Вимірювання, контроль та діагностика в технічних системах (ВКДТС - 2013)”. - Вінниця : ВНТУ, 2013. - С. 127 - 128.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Расчет тактовой частоты, параметров электронной цепи. Определение ошибки преобразования. Выбор резисторов, триггера, счетчика, генераторов, формирователя импульсов, компаратора. Разработка полной принципиальной схемы аналого-цифрового преобразователя.
контрольная работа [405,1 K], добавлен 23.12.2014Расчет структурной схемы для измерения постоянного напряжения. Микросхема MAX232. Матричная клавиатура. Расчет делителя напряжения. Преобразователь импеданса. Расчет аналого-цифрового преобразователя и микропроцессора с индикацией, суммарной погрешности.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 29.04.2014Описание работы однополярного аналого-цифрового преобразователя. Расчет эмиттерного повторителя и проектирование схемы высокочастотного аналого-цифрового преобразователя. Разработка печатной платы устройства, технология её монтажа и проверка надежности.
курсовая работа [761,6 K], добавлен 27.06.2014Средства электрических измерений: меры, преобразователи, комплексные установки. Классификация измерительных устройств. Методы и погрешности измерений. Определение цены деления и предельного значения модуля основной и дополнительной погрешности вольтметра.
практическая работа [175,4 K], добавлен 03.05.2015Классификация методов повышения точности средств измерений. Уменьшение аддитивной погрешности. Метод отрицательной связи, инвариантности, прямого хода, вспомогательных измерений. Периодическая автоподстройка параметров. Виды помех, способы их описания.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 13.11.2011Алгоритм работы аналого-цифрового преобразователя. USB программатор, его функции. Расчет себестоимости изготовления стенда для исследования преобразователя. Схема расположения компонентов макетной платы. Выбор микроконтроллера, составление программы.
дипломная работа [3,2 M], добавлен 18.05.2012Анализ справочной литературы, рассмотрение аналогов и прототипов аналого-цифрового преобразователя. Составление функциональной и принципиальной схемы функционального генератора. Описание метрологических характеристик. Выбор дифференциального усилителя.
курсовая работа [460,4 K], добавлен 23.01.2015Характеристика электромеханических приборов для измерения постоянного, переменного тока и напряжения. Их конструкция, принцип действия, область применения, достоинства и недостатки. Определение и классификация электронных вольтметров, схемы приборов.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 26.03.2010Расчет источника опорного напряжения для схемы аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Выбор компаратора, составление счетчика. Принцип работы АЦП. Получение полосового фильтра. Граничная частота входных сигналов. Перевод сигнала в аналоговую форму.
курсовая работа [925,5 K], добавлен 05.11.2012Принципы действия приборов для измерения электрического тока, напряжения и сопротивления; расчет параметров многопредельного амперметра магнитоэлектрической системы и четырехплечего уравновешенного моста постоянного тока; метрологические характеристики.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 18.06.2012Структура кадров информационного обмена. Выбор антенны и расчет высоты установки. Функциональная схема приемо-передатчика центрального и контрольного пунктов. Расчет разрядности аналого-цифрового преобразователя. Принцип работы амплитудного ограничителя.
курсовая работа [856,5 K], добавлен 19.02.2013Понятие аналого-цифрового преобразователя, процедура преобразования непрерывного сигнала. Определение процедур дискретизации и квантования. Место АЦП при выполнении операции дискретизации. Классификация существующих АЦП, их виды и основные параметры.
курсовая работа [490,2 K], добавлен 27.10.2010Применение аналого-цифровых преобразователей (АЦП) для преобразования непрерывных сигналов в дискретные. Осуществление преобразования цифрового сигнала в аналоговый с помощью цифроаналоговых преобразователей (ЦАП). Анализ принципов работы АЦП и ЦАП.
лабораторная работа [264,7 K], добавлен 27.01.2013Анализ измерительных устройств для измерения электрического тока, напряжения и сопротивления. Расчёт параметров четырехплечего уравновешенного моста постоянного тока. Оценивание характеристик погрешности и вычисление неопределенности измерений.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 19.06.2012Разные шкалы и средства измерения температуры. Принцип действия оптической пирометрии как метода измерения температуры. Основные понятия и термины, связанные с влажностью воздуха. Виды гигрометров (датчики влажности), принципы и особенности их работы.
курсовая работа [664,8 K], добавлен 24.10.2011Ознакомление с устройством преобразователя аналоговых сигналов в цифровые. Описание регистра управления и статуса устройства. Расчет коэффициента деления частоты тактового генератора микроконтроллера. Сборка схемы светодиодного индикатора напряжения.
лабораторная работа [277,3 K], добавлен 18.10.2015Поверка средств измерений органами метрологической службы при помощи эталонов и образцовых средств измерений. Описание технических приемов поверки. Принцип действия измерительного преобразователя. Описание и характеристики преобразователя "Сапфир-22ДИ".
реферат [480,1 K], добавлен 17.07.2015Физическая сущность эффекта Доплера как изменения воспринимаемой частоты колебаний. Методы измерения физических величин с использованием данного физического эффекта. Источники погрешностей, ограничивающих точность измерений на основе этого явления.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 01.05.2016Основные структуры, характеристики и методы контроля интегральных микросхем АЦП. Разработка структурной схемы аналого-цифрового преобразователя. Описание схемы электрической принципиальной. Расчет надежности, быстродействия и потребляемой мощности.
курсовая работа [261,8 K], добавлен 09.02.2012Обзор конструктивных особенностей и характеристик лазеров на основе наногетероструктур. Исследование метода определения средней мощности лазерного излучения, длины волны, измерения углов расходимости. Использование исследованных средств измерений.
дипломная работа [2,7 M], добавлен 26.10.2016
