6 курс / Медицинская реабилитация, ЛФК, Спортивная медицина / Сон,_его_расстройства_и_электролечение_Кипенский_А
.pdfи может записываться в нулевой канал ПТ один раз за весь интервал преобразований.
В том случае, если длительность выходных импульсов находится в функциональной зависимости с периодом их следования (как при ЧИМ2 и ЧИМ4) число N0 при любом варианте преобразований должно определяться по выражению
N0(ЧИМ2,ЧИМ 4 ) |
N1 |
N2 |
(4.47) |
|
Q |
||||
|
|
и записывается в нулевой канал ПТ каждый раз при обновлении начального содержимого первого или второго каналов.
С поступлением на вход ЦИП сигнала «ПУСК» RS-триггеры DD2 и DD8 устанавливаются в единичное состояние. Сигнал с выхода DD2 поступает на входы GATE1 и GATE2 ПТ DD3, а сигнал с выхода DD8 – на вход GATE0. При этом во всех трех каналах ПТ начинается отсчет ранее записанных чисел N0 , N1 и N2 . Временные диаграммы процесса ЦИ-преобразований приведены на рис. 4.17 – для первого варианта и на рис. 4.18 – для второго варианта.
Отсчет записанных в ПТ чисел N0 и N1 производится путем их уменьшения на единицу с приходом каждого из импульсов uТИ1, поступающих от генератора тактовых импульсов и следующих с частотой fТИ1 (рис. 4.17,а,б,е и рис. 4.18,а,б,е). Отсчет числа N2 производится путем его уменьшения на единицу с приходом каждого из тактовых импульсов uТИ2, которые формируются на выходе OUT1 ПТ DD3 и следуют с частотой fТИ 2 fТИ1N1 (рис. 4.17,в,г и рис. 4.18,в,г).
По окончании отсчета числа N0 , т.е. при равенстве нулю начального содержимого нулевого канала ПТ, на выходе OUT0 формируется фронт, который устанавливает RS-триггер DD8 в нуль (рис. 4.17,е,ж,з и рис. 4.18,е,ж,з). Вновь в единичное состояние RS-триггер DD8 устанавливается по окончании отсчета числа N2 , когда на выходе OUT2 формируется фронт (рис. 4.17,г,д,з и рис. 4.18,г,д,з).
Кроме того, по окончании отсчета числа N2 формирователем DD9 формируется сигнал «ЗАПРОС», приводящий к прерыванию процессора. С поступлением этого сигнала процессор производит
100
Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/
запись в каналы ПТ новых значений чисел N2 – для первого метода |
|||||
и N1 – для второго (рис. 4.17,г и рис. 4.18,б). Таким образом, осу- |
|||||
ществляется преобразование цифрового кода в частоту следования |
|||||
выходных импульсов. |
|
|
|
||
uТИ1 |
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
t |
N1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N1 |
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
t |
uTИ2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(ОUT1) |
|
|
|
|
|
в |
|
|
|
|
t |
N2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
21 |
N22 |
N23 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
г |
|
|
|
|
t |
uOUT2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
д |
|
|
|
|
t |
N0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N0 |
|
|
|
е |
|
|
|
|
|
uOUT |
|
|
|
|
t |
0 |
|
|
|
|
|
ж |
|
|
|
|
t |
uВЫХ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
з |
И |
|
И |
И |
t |
|
|
||||
|
|
И |
|||
|
|
Т1 |
Т2 |
|
Т3 |
Рисунок 4.17 – Первый вариант выполнения ЦИ-преобразований |
|||||
|
|
по частотно-импульсному закону |
|
|
101
Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/
uТИ1 |
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
N |
1 |
|
N12 |
|
|
t |
|
|
|
N13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
N11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
uТИ2 |
|
|
|
|
t |
|
(OUT1) |
|
|
|
|
|
|
в |
|
|
|
|
|
|
N2 |
|
|
|
|
t |
|
N2 |
|
|
|
|
||
г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
uOUT2 |
|
|
|
|
t |
|
д |
|
|
|
|
|
|
N0 |
|
|
|
|
t |
|
N0 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
е |
|
|
|
|
|
|
uOUT0 |
|
|
|
|
t |
|
ж |
|
|
|
|
|
|
uВЫХ |
|
|
|
|
t |
|
з |
|
И |
И |
И |
И |
|
|
|
t |
||||
|
|
Т1 |
Т2 |
|
Т3 |
|
Рисунок 4.18 – Второй вариант выполнения ЦИ-преобразований по частотно-импульсному закону.
Для прекращения процесса преобразований на вход ЦИП достаточно подать сигнал «ОСТАНОВ». Кроме того, в преобразователе предусмотрен вход «УСТ. В 0», на который подается короткий импульс при подключении к преобразователю напряжения питания.
Зависимость частоты выходного сигнала ЦИП с ЧИП от преобразуемого числа называется передаточной характеристикой.
Для анализа передаточных характеристик ЦИП может быть использована координатная плоскость [23]. При этом для удобства и упрощения математических выкладок по осям всех квадрантов установим такие же знаки, что и в первом квадранте.
На рисунке 4.19 представлены результаты анализа передаточной характеристики ЦИП с ЧИП по первому варианту.
102
Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/
|
f * |
2 |
1 |
Т* |
N* |
3 |
4 |
|
N*2 |
Рисунок 4.19 – Анализ передаточных характеристик ЦИП с ЧИП по первому варианту преобразований
Здесь прямой 4 в четвертом квадранте в относительных единицах
N* |
|
N2( I ) |
и N* |
N |
(4.48) |
|
|
||||
2( I ) |
|
N2( I ) max |
|
Nmax |
|
|
|
|
|
показана зависимость числа N2( I ) , записываемого во второй канал ПТ, от преобразуемого числа N. Эта зависимость имеет вид
N* |
N* . |
(4.49) |
2( I ) |
|
|
Период следования выходных импульсов в функции от числа N2( I ) (см. рис. 4.17,в,г,з) определяется как
|
Т( I ) N2( I )ТТИ 2( I ) . |
|
|
|
|
|
(4.50) |
||||||
|
При использовании относительных единиц |
|
|||||||||||
|
Т * |
|
|
Т( I ) |
и |
N* |
|
|
N2( I ) |
, |
(4.51) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
( I ) |
|
Т max |
|
2( I ) |
|
N2( I ) max |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
где |
Т max |
|
1 |
|
, выражение (4.50) может быть переписано в виде |
||||||||
|
fmin |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
103 |
|
|
|
Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/
Т * |
N* |
, |
(4.52) |
( I ) |
2( I ) |
|
|
которому соответствует прямая 3 в третьем квадранте. Зависимость частоты формируемых импульсов от периода их
следования, в свою очередь, определится по выражению
f |
|
|
1 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
(4.53) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
( I ) |
|
Т( I ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Используя относительные единицы |
|
||||||||||||
f * |
|
|
f( I ) |
|
|
|
и |
T * |
|
T( I ) |
, |
(4.54) |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
( I ) |
|
|
fmax |
|
|
|
|
|
( I ) |
Tmax |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f * |
|
|
fmin |
|
kf |
. |
|
|
|
|
(4.55) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
( I ) |
|
T * f |
|
|
T * |
|
|
|
|
|
|||
|
|
max |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
( I ) |
|
( I ) |
|
|
|
|
|
Зависимость (4.55) приведена на рис. 4.19 в виде кривой 2. Совместив в первом квадранте соответствующие абсциссы
прямой 4 и ординаты кривой 2, получаем передаточную характеристику ЦИП с ЧИП по первому варианту (кривая 1), которая будет описываться выражением
f * |
|
kf |
. |
(4.56) |
|
||||
( I ) |
|
N* |
|
|
|
|
|
На рис. 4.20 приведены результаты анализа передаточной характеристики ЦИП с ЧИП по второму варианту.
104
Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/
|
f * |
2 |
1 |
f * |
N * |
ТИ2 |
|
|
4 |
3 |
|
|
N*1 |
Рисунок 4.20 – Анализ передаточных характеристик ЦИП с ЧИП по второму варианту преобразований
Кривой 4 в четвертом квадранте показана зависимость числа N1( II ) от управляющего воздействия N
N* |
N* . |
(4.57) |
1( II ) |
|
|
Зависимость частоты следования тактовых импульсов fТИ 2( II ) от числа N1( II ) (см. рис. 4.18,а,б,в), записываемого в первый канал ПТ, определяется выражением
f |
|
fТИ1 |
. |
|
|
|
|
|
(4.58) |
|
|
|
|
|
|
||||
ТИ 2( II ) |
|
N1( II ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Введя относительные единицы |
|
|
|
|
|||||
f * |
|
fТИ 2( II ) |
и |
N* |
|
N1( II ) |
. |
(4.59) |
|
ТИ 2( II ) |
|
fТИ 2( II ) max |
|
1( II ) |
|
N1( II ) max |
|
||
|
|
|
|
|
|
выражение (4.58) может быть переписано в виде
f * |
|
kf |
, |
(4.60) |
|
||||
ТИ 2( II ) |
|
N* |
|
|
|
|
|
||
|
|
1( II ) |
|
105
Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/
которому соответствует кривая 3 в третьем квадранте.
Частота выходных импульсов, в свою очередь, зависит от числа N2( II ) (рис. 4.18,в,г,з), записываемого во второй канал ПТ,
f |
|
|
fТИ 2( II ) |
. |
|
|
|
|
|
(4.61) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
( II ) |
|
|
N2( II ) |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Используя относительные единицы |
|
|
|||||||||
f * |
|
f( II ) |
; |
и |
f * |
|
fТИ 2( II ) |
, |
(4.62) |
||
|
|
||||||||||
( II ) |
|
|
fmax |
|
ТИ 2( II ) |
|
fТИ 2( II ) max |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
выражение (4.61) может быть переписано в виде
f * |
f * |
. |
(4.63) |
( II ) |
ТИ 2( II ) |
|
|
Зависимость (4.63) показана прямой 2 во втором квадранте. Передаточная характеристика получается путем графического
совмещения соответствующих абсцисс прямой 4 и ординат прямой 2 (кривая 1 в первом квадранте). Эта передаточная характеристика описывается выражением
f * |
|
kf |
. |
(4.64) |
|
||||
( II ) |
|
N* |
|
|
|
|
|
Из проведенного анализа видно, что выполнение ЦИ-преобра- зований любым из рассмотренных вариантов обеспечивает идентичные передаточные (статические) характеристики ЦИП с ЧИП. Однако анализ временных диаграмм позволяет сделать вывод, что второй вариант преобразований, в отличие от первого, дает возможность осуществлять корректировку периода следования выходных импульсов непосредственно во время его формирования, что свидетельствует о лучших динамических свойствах цифро-импульс- ного преобразователя.
Еще одним результатом проведенного анализа передаточных характеристик ЦИП с ЧИП является то, что при любом варианте преобразований модулирующая функция N(t) линейно связана с периодом следования выходных импульсов, что соответствует частот- но-импульсной модуляции третьего и четвертого рода.
106
Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/
Если возникает необходимость с помощью ЦИП реализовать ЧИМ1 или ЧИМ2, то преобразователь должен быть снабжен дополнительным вычислителем.
Структурную схему ЦИП с ЧИП при этом можно представить в виде, показанном на рис. 4.21. Здесь с помощью вычислителя может быть осуществлена предварительная обработка исходного, преобразуемого числа N по любому заранее определенному закону. Полученное в результате обработки число M f (N ) загружается в делитель частоты и является коэффициентом деления частоты fТИ тактовых импульсов, поступающих на другой вход делителя. Для формирования заданной длительности И выходных импульсов служит формирователь.
ЦИФРО-ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ЧИП
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М f (N ) |
|
|
|
|
|
|
f |
fТИ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f ( М ), И |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Вычислитель |
Делитель |
|
M |
|
|
Формирователь |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
частоты |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
импульсов |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
fТИ
Рисунок 4.21 – Структурная схема ЦИП с ЧИП, снабженного вычислителем
Частота следования выходных импульсов ЦИП с ЧИП будет в этом случае определяться выражением
f |
fТИ |
|
fТИ |
|
. |
(4.65) |
|
М |
f ( N ) |
||||||
|
|
|
|
Для определения функциональной связи между числами М и N, которая бы позволила с помощью ЦИП реализовать ЧИМ1 или ЧИМ2 (линейная связь выходной частоты с модулирующей функцией) также может быть использована координатная плоскость [23].
Синтез линейной передаточной характеристики ЦИП с ЧИП начнем с того, что в четвертом квадранте координатной плоскости
107
Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/
построим желаемую зависимость f N (прямая 4 на рис. 4.22). Далее в третьем квадранте строим зависимость (см. выражение (4.55)) между частотой и периодом выходного сигнала (кривая 3 на рис. 4.22). Во втором квадранте координатной плоскости прямой 2 показываем зависимость (см. (4.52)) между периодом выходного сигнала и числом M , которое записывается в делитель частоты.
|
M* |
2 |
1 |
T * |
N * |
|
4 |
3 |
|
|
f * |
Рисунок 4.22 – Синтез передаточной характеристики ЦИП с ЧИП на координатной плоскости
Для определения в графическом виде функциональной связи между числами М и N, в первом квадранте координатной плоскости (рис. 4.22) совмещая соответствующие абсциссы прямой 4 и ординаты прямой 2, получаем кривую 1.
Аналитическое выражение для определения функциональной связи между М и N может быть найдено с помощью дополнительных преобразований. Из рисунка видно, что кривая 1 может быть получена путем поворота кривой 3 (функциональная зависимость для которой аналитически определена см. (4.55)) на угол относитель-
но начала координат.
Такому перемещению будут соответствовать переходные уравнения
108
Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/
N |
OM |
|
) |
T |
Оf |
|
) |
; |
(4.66) |
|
( N |
|
(T |
|
|
|
|||||
М |
|
) |
f |
|
|
) |
. |
|
(4.67) |
|
( N OM |
(T Оf |
|
|
|
|
Используя выражение (4.55) и переходные уравнения (4.66) и (4.67), получаем аналитическое выражение для искомой функциональной связи в относительных единицах
M |
kf |
|
|
(4.68) |
||
N |
||||||
|
|
|
||||
или в абсолютных значениях |
|
|||||
M |
kf Nmax Mmax |
. |
(4.69) |
|||
|
||||||
|
|
|
N |
|
Убедиться в том, что преобразование исходного числа N в соответствии с выражением (4.69) обеспечит линеаризацию передаточной характеристики ЦИП с ЧИП, можно подставив (4.69) в (4.65)
N fТИ |
|
f kf Nmax Mmax . |
(4.70) |
Из (4.70) видно, что передаточная характеристика ЦИП с ЧИП будет действительно линейной.
Таким образом, для реализации ЧИМ1 или ЧИМ2 с помощью ЦИП с ЧИП необходима предварительная математическая обработка исходного преобразуемого числа N, заключающемся в делении на него некоторой постоянной величины, значение которой зависит от разрядности ЦИП и ширины диапазона изменения частоты выходного сигнала.
Использование в электротерапевтических аппаратах цифроимпульсных преобразователей с различными законами преобразований позволяет осуществлять точное дозирование процедур по таким параметрам как амплитуда, частота и длительность импульсов, уровень дополнительной постоянной составляющей и продолжительность процедур [24].
Вопросы для самопроверки
109
Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/