Цифровые электроизмерительные устройства

Коды в цифровых измерительных устройствах
Двоичный код
Единичный код
Единичный позиционный код
Единично-десятичный код
Последовательный
тетрадно-десятичный код

Элементы цифровых измерительных устройств
Компараторы
Компаратор – устройство, предназначенное для сравнения двух входных сигналов, также это элемент перехода от аналоговых к цифровым сигналам.
Компаратор нулевого уровня
Компаратор ненулевого уровня

Комбинационные логические устройства
Логические элементы. Входными и выходными сигналами этих элементов являются переменные, принимающие только два значения: 1 (высокий. потенциал) и 0 (низкий потенциал).
Логический элемент ИЛИ реализует функцию логического сложения. Он имеет несколько входов и один выход. Выходная переменная принимает значение 1, если хотя бы одна входная переменная принимает значение 1. Выходная переменная принимает значение 0, если все входные переменные равны 0.
Логический элемент И реализует функцию логического умножения. Он имеет несколько входов и один выход. Выходная переменная принимает значение 1, если все входные переменные принимают значение 1. Выходная переменная принимает значение 0, если хотя бы одна входная переменная равна 0. Элемент И называется схемой совпадения и может применяться как логический ключ, один из входных сигналов которого является управляющим.
Логический элемент НЕ реализует функцию логического отрицания. Если входная переменная имеет значение 1, то переменная на выходе принимает значение 0, и наоборот, если переменная на входе равна 0, то на выходе будем иметь 1.
Комбинационная схема – логическая схема, сигнал на выходе которой определяется только уровнями сигналов на ее входах

Комбинационные логические устройства
Шифратор – устройство, которое преобразует входной позиционный код в выходной двоичный.
Дешифратор – устройство, которое преобразует входной двоичный в выходной позиционный код.
Мультиплексор – схема выборки с электронным управлением. Мультиплексор подключает один из п входных сигналов к единственной выходной линии.
Демультиплексор – устройство, функционально противоположное мультиплексору. Он подключает единственный входной сигнал к одному из n выходов, определяемому адресом.
Сумматоры – предназначены для арифметического сложения двух переменных.
Схемы сравнения (цифровой компаратор) – предназначены для сравнения двух двоичных чисел.
Схема контроля четности. Проверка четности двоичных чисел используется в системах передачи двоичной информации с целью повышения надежности передачи.
Арифметико-логическое устройство многофункциональное устройство, которое выполняет над входными числами различные арифметические и логические операции.

Логические устройства с памятью
Триггер (англ. trigger – курок) – электронное устройство, обладающее двумя устойчивыми состояниями и способное скачком переходить из одного состояния в другое под воздействием внешнего импульса.
RS-триггер имеет минимум два входа: S (set – устанавливать) - производится установка триггера в состояние уровня «1» и R (reset) - сброс триггера в состояние уровня «0».

Логические устройства с памятью
D-триггер (от англ. delay – задержка) имеет один информационный вход и тактируемый (синхронизирующий) вход

Логические устройства с памятью
T-триггеры (от англ. tumble – опрокидываться, кувыркаться), называемые также счётными триггерами, имеют один информационный вход Т. Каждый импульс (спад импульса) на Т-входе (счетном входе) переключает триггер в противоположное состояние.

Логические устройства с памятью
JK-триггер (от англ. jump – скачок, kеер – держать) имеет два информационных входа J и К, и тактируемый вход С. Назначение выводов J и К аналогично назначению выводов R и S, но при этом триггер не имеет запретных комбинаций. Если J = К = 1 он изменяет свое состояние на противоположное.

Цифровые отсчетные устройства
Электронно-лучевые приборы
Вакуумные накаливаемые индикаторы
Катодолюминесценция
Тепловое излучение

Вакуумные люминесцентные индикаторы
1 – керамическая или
стеклянная плата
2 – анод
3 – вывод
4 – люминофор
5 – маска
6 – управляющая сетка
7 – катод из молибдена
8 – проводящий слой
Полевые эмиссионные дисплеи с холодными кремниевыми катодами с
алмазным покрытием (дисплей с автоэлектронной эмиссией)
Низковольтная катодолюминесценция

Электролюминесцентные индикаторы
Предпробойная электролюминесценция

Жидкокристаллические индикаторы
Одновременное сочетание свойств жидкости (текучесть, каплеобразование) и кристалла (оптическая анизотропия) некоторых веществ в определенном диапазоне температур между точкой кристаллизации и точкой превращения в однородную жидкость

Полупроводниковые индикаторы
Инжекционная электролюминесценция

Газоразрядные индикаторы
Тлеющий разряд

Характеристики индикаторов

Пересчетные устройства, например, применяют для деления частоты импульсов и для преобразования единичного кода в двоичный или двоично-десятичный и т. д. (компаратор со счетным входом, шифратор).
Преобразователи кодов
Невесовые преобразователи кодов преобразуют информацию для ее дальнейшего отображения
Весовые преобразователи кодов преобразуют информацию из одной системы счисления в другую

Аналого-цифровое преобразование
Номинальная характеристика преобразования (примеры)

Методы преобразования
Последовательного счета
Последовательного приближения
Считывания

Цифро-аналоговое преобразование

Характеристики АЦП и ЦАП
Разрядность характеризует количество дискретных значений, которые преобразователь может выдать на выходе.
Быстродействие определяется входным сопротивлением и быстродействием устройством сравнения. Быстродействие же цифрового СИ в целом ограничивается инерционностью зрительного восприя­тия.
Погрешность квантования – методическая погрешность, представляющая собой погрешность округления, которая появляется вследствие замены мгновенного значения преобразуемого аналогового сигнала ближайшим разрешенным уровнем.

Погрешность квантования

Погрешности аналого-цифрового преобразования
Номинальная характеристика преобразования
Реальная характеристика преобразования

Погрешности аналого-цифрового преобразования
Интегральная нелинейность аналого-цифрового преобразователя характеризует отклонение реальной функции преобразования от идеальной линейной

Погрешности аналого-цифрового преобразования
Дифференциальная нелинейность характеризует неоднородность ширин ступеней входного аналогового сигнала при аналого-цифровом преобразовании

Шумы аналого-цифрового преобразования
Шум, приведенный к входу

Амплитудно-цифровой преобразователь последовательного счета
АЦП двухтактного интегрирования

Структурная схема АЦП последовательного приближения