Формирование частотных и широтно-импульсных сигналов

Формирование частотных и широтно-импульсных сигналов может производиться, с одной стороны, непосредственно первичными преобразователями – датчиками, с другой стороны, с помощью специальных устройств из аналогового сигнала – частотными и широтно-импульсными модуляторами. Последние устройства могут использоваться на выходе аналоговых датчиков или в ином месте, где возникает необходимость формирования канала передачи информации в импульсной форме.

Из датчиков служащих для формирования подобных сигналов наибольшее распространение получили датчики с частотным сигналом. Их построение в большинстве случаев основано на изменении параметров частотозадающих цепей генераторов под действием измеряемого фактора. Например, подобный датчик температуры может быть создан на основе LC - или RC -генератора. При изменении температуры параметры частотозадающих цепей генератора будут меняться и соответственно, будет меняться частота его выходного сигнала. Другим примером подобного датчика может являться частотный датчик расхода жидкостей и газов. Работа его основана на внесении в поток жидкости или газа тела со сложной поверхностью. При обтекании тела потоком на гранях тела возникают вихри, приводящие к его колебаниям. Выбор формы тела обуславливает зависимость частоты колебаний от скорости потока, т.е. от расхода жидкости или газа. В дальнейшем механические колебания преобразуются в колебания электрического сигнала.

Для преобразования аналогового сигнала в частотный может служить частотный модулятор. Работа многих из них основана на использовании в частотозадающих частях генератора варикапа – емкости управляемой напряжением.

На рис.40 показан пример структурной реализации устройства, служащего для преобразования аналогового сигнала в широтно-импульсный сигнал. На выходе генератора Г формируются импульсы постоянной частоты. Генератор Г работает непрерывно, поэтому значение цифрового кода на выходе двоичного счетчика СТ периодически последовательно нарастает до максимального значения и сбрасывается в ноль. Благодаря этому на выходе ЦАП формируется периодическое пилообразное напряжение. Это напряжение поступает на один из входов компаратора, на другой вход компаратора поступает преобразуемое входное напряжение U_вх. В результате производится периодическая развертка этого напряжения во временной интервал. Длительность каждого интервала (импульса на выходе компаратора) пропорциональна величине входного напряжения U_вх. Периодичность импульсов определяется периодом переполнения счетчика СТ.

Рис. Формирование широтно-импульсного сигнала

Ниже будет проведено рассмотрение основных цифровых методов оценки частоты импульсов и длительности импульсной посылки, методов формирования таких сигналов, а также ограничения этих методов, их погрешности, особенности их применения в рамках микропроцессорных систем, т.е. будут рассмотрены вопросы, возникающие при построении измерительного канала – канала связи первичного датчика и микропроцессорного ядра системы.

Цифровые методы обработки сигналов, представленных в цифровом коде – методы цифровой фильтрации, корреляции, дискретного преобразования Фурье, представляют тему для отдельного разговора и рассматриваться в данной работе не будут.