# Лекция 5. Цифровые устройства

В системах автоматики помимо аналоговых устройств (устройств с непрерывным сигналом) также широкое распространение получили дискретные устройства (устройства с дискретным сигналом).

Процесс преобразования непрерывной величины в дискретную называется квантованием.

Дискретные системы подразделяют на:

- Импульсные
- Релейные
- Цифровые

В импульсных системах квантование происходит по времени – то есть через равные промежутки времени происходит измерение входного сигнала. Выходной сигнал передается в виде импульса.

В релейных системах квантование происходит по уровню – когда входной сигнал достигает определенного уровня, происходит скачкообразное изменение выходного сигнала.

В цифровых системах квантование происходит и по времени, и по уровню.

## Цифровые системы

Системы с цифровым сигналом обладают теми же достоинствами, что и импульсные системы, а кроме того, лучше защищены от по¬мех, поскольку определенный достигнутый уровень передается с по¬мощью двоичных сигналов, которые очень четко отличаются друг от друга.

Как известно дискретный – прерывистый, раздельный, значит сигнал, управляющий устройством должен быть не постоянным, а прерывистым. Для управления цифровым устройством используют некоторую систему сигналов – 0 и 1, причем за 0 принимают отсутствие сигнала, а за 1 наличие сигнала. То есть, если в качестве сигнала мы используем ток с напряжением 5, 4.7, 5,2 В, то устройство интерпретирует их, как единицу, если же тока нет – то, как ноль.

Также можно за единицу принять значение напряжения тока выше какой-то границы, например 5 В. Тогда сигналы, с напряжением 6, 7, 8 В будут интерпретироваться, как единица, а 0,2 и 5, как ноль.

## Устройства памяти

Основным устройством, которое способно запомнить цифровую информацию, является триггер. Триггер — это устройство, которое имеет два устойчивых состояния, одно из которых принимается за «1», а другое — за «0».

Электромагнитное реле тоже можно рассматривать как триггер, поскольку реле имеет два состояния — включено и выключено. В цифровых схемах для автоматики наибольшее распространение получили полупроводниковые триггеры, выпускаемые в виде интег¬ральных микросхем. Такие триггеры, как правило, являются двухкаскадными усилителями постоянного тока с положительной обрат¬ной связью (выход усилителя соединен с его входом).

## АЦП и ЦАП

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) предназначен для авто¬матического преобразования (измерения и кодирования) непрерыв¬но изменяющихся во времени (т. е. аналоговых) величин в соответ¬ствующие значения числовых кодов. В данном случае под словом «цифра» понимается двоичный код. Когда, например, говорят о цифровой звукозаписывающей и воспроизводящей аппаратуре или о цифровой телефонии, то подразумевают, что непрерывно изменя¬ющийся звуковой сигнал записывается или передается именно в виде двоичных (бинарных) кодов, т. е. «оцифрованным».

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) предназначен для авто¬матического преобразования (декодирования) входных величин, представленных числовыми кодами, в соответствующие им значе¬ния непрерывно изменяющихся во времени (т. с. аналоговых) вели¬чин. Иными словами ЦАП выполняет обратное по сравнению с АЦП преобразование. Выходные физические величины АЦП чаще всего представляют собой электрические напряжения и токи, но это могут быть и временные интервалы, и угловые перемещения, и т. п.

## Устройства индикации

Для отображения информации в системах автоматического управле¬ния широко используются индикаторные устройства. Чаще всего информация отображается с помощью оптических индикаторов, по¬скольку именно с помощью зрения человек воспринимает основной (более трех четвертей) объем информации, используемой и в произ¬водственной деятельности, и в быту. Кроме оптических индикато¬ров используются звуковые (акустические) индикаторы. Например, для сигнализации аварийных ситуаций наиболее приемлемы имен¬но звуковые сигналы (сирена, гудок) в сочетании с привлекающими внимание персонала световыми (т. е. оптическими) сигналами.

В системах автоматики широко применяются следующие устройства индикации: лампы накаливания, светодиоды, светодиодные табло, ЖК и ЭЛТ экраны.

Светодиод в настоящее время является наиболее распространенным активным устройством индикации. Принцип работы светодиода основывается на том, что при протекании электрического тока через полупроводниковый диод происходит излучение фотона (т.е. световой волны). Светодиоды получили свое распространение за счет низкой стоимости, надежности, низкое энергопотребление и небольшим размерам.

Лампа накаливания — осветительный прибор, искусственный источник света. Свет испускается нагретой металлической спиралью при протекании через неё электрического тока.

Светодиодное табло – табло, состоящее из сегментов, которые состоят из светодиодов. Из сегментов могут образовываться буквы, цифры и специальные символы. При подаче тока на определенный контакт, загорается определенный сегмент, что позволяет отображать на табло текстовую информацию.

ЭЛТ монитор - электровакуумный прибор, преобразующий электрические сигналы в световые.

ЖК монитор - плоский монитор на основе жидких кристаллов. Сейчас ЖК мониторы стары использоваться намного шире, из-за низкого энергопотребления.

Вопросы и задания

1. Какие существуют виды дискретных систем? Опишите принцип их работы.
2. Постройте схему триггера, используя реле.
3. Что такое АЦП и ЦАП?
4. Какие устройства индикации используются в системах автоматики?
5. Какие устройства индикации применяются наиболее часто.