Ознакомление с кодами, используемыми в измерительной технике

Лабораторнаяработа № 1

В измерительной технике для представления чисел – результатов измерений – чаще всего применяются цифровые коды.

Цифровым кодом называют форму представления числового значения величин, удобную для реализации различными дискретными устройствами.

По используемым системам счисления, коды делятся на: единичные, десятичные, двоичные, единично-десятичные, двоично-десятичные.

Рассмотрим десятичный, двоичный и двоично-десятичный коды.

Десятичный код применяется для управления звеньями визуального цифрового отсчета или цифровой регистрации, в которых используется десятичная система счисления. Для представления ряда чисел от 0 до 999 в десятичном коде при наличии устройства с девятью устойчивыми состояниями необходимо только три таких устройства, а при использовании устройства с двумя устойчивыми состояниями необходимо 30 устройств.

Двоичный код применяется в вычислительных устройствах и кодирующих преобразователях и удобен малым числом элементов и каналов. Для представления ряда чисел от 0до 999 в двоичном коде необходимо десять устройств - с двумя устойчивыми состояниями. Однако преобразователи двоичного кода в десятичный код, необходимые для управления звеньями цифровой индикации и регистрации, сложны. Поэтому в измерительной технике часто применяются различные двоично-десятичные коды, более удобные для преобразования в десятичный код и мало отличающиеся от двоичного кода числом необходимых элементов таблица 1.

В двоично-десятичном коде число 10 в каждом десятичном разряде кодируется четырьмя знаками. Для представления ряда чисел от 0 до 999 в двоично-десятичном коде необходимо только 12 каналов или элементов с двумя различными состояниями. Для арифметических операций пригодны только взвешенные двоично-десятичные коды, т.е. коды в которых каждый знак имеет определенное численное значение, не зависящее от положения других знаков.

Взвешенные двоично-десятичные коды должны удовлетворять следующим требованиям:

• минимальное числовое значение цифры кода должно равняться единице, так

как в противном случае нельзя закодировать в данном коде число 1;

• одна их остальных цифр кода должна иметь числовое значение равное

1 или 2, чтобы можно было закодировать число 2;

• сумма всех числовых значений цифр кода должна равняться или быть больше

9, причем с их помощью должно осуществляться кодирование всех чисел от 1 до 9.

Значительным недостатком двоично-десятичных кодов является их неоднозначность, заключающаяся в том, что некоторые численные значения кода выражаются не одной, а несколькими сочетаниями или комбинациями его знаком.

Все двоично-десятичные коды с суммой цифр 9 имеют неоднозначность как внутри декады, так и вне декады при многодекадном отсчете. Например, в коде с весами

4 2 2 1 число 2 может быть представлено кодом 0100 и 0010 т.д. Код с весами

8 4 2 1 имеет неоднозначность только вне декады. Например, число 101 в трех декадном коде 8 4 2 1 можно представить следующими комбинациями:

	Декада сотен	Декада десятков	Декада единиц
1-я комбинация
2-я комбинация

В таблице 1 приведены цифровые символы первичных цифровых кодов общего применения.

Таблица 1

Нормальный ряд чисел	Двоичный нормальный код	Двоично-десятичный код
		00 0000 0000
		00 0000 0001
		00 0000 0010
		00 0000 0011
		00 0000 0100
		00 0000 0101
		00 0000 0110
		00 0000 0111
		00 0000 1000
		00 0000 1001
		00 0001 0000

Применение кодов в автоматических цифровых измерительных приборах

В каждом цифровом измерительном приборе определяется числовое значение измеряемой величины в определенной системе счисления. В цифровых вольтметрах для измерения постоянных напряжений и цифровых мостах постоянного и переменного тока используется метод уравновешивания.

В этом методе компенсирующее напряжение вырабатывается повторяющимися циклами в определенной последовательности и сравнивается с измеряемым значением

При этом используются следующие системы счисления:

• десятичная;
• двоичная;
• двоично-десятичная и другие.

Рисунок 2.2 Вид рабочего стола – двоичный код

Рисунок 2.3. Вид рабочего стола – двоично-десятичный код

Порядок выполнения опыта

Порядок проведения опыта:

• нажать кнопку «Вариант» - выбрать вариант;
• нажать кнопку «Десятичный»;
• нажать кнопку «Пуск»;
• подобрать код, соответствующий заданному числу при нажатии кнопки

«Вариант», следя за подсказками «СС», при появлении знака «=» - код выбран;

• записать код и определить число, которое кодировалось.

Последовательно нажать кнопки «Десятичный» и «Двоично-десятичный» и подобрать соответствующие коды.

4 Пример определения числа по известному значению кода.

1. На рис.3.1 представлено изображение рабочего стола при выполнении равенства преобразуемого числа и соответствующего ему десятичного кода.

Рисунок 3.1. Рабочий стол. Десятичный код

Преобразуемое число – 92.

2. На рис.3.1 представлено изображение рабочего стола при выполнении равенства преобразуемого числа и соответствующего ему двоичный код.

Код числа 0010 0111 – преобразуемое число .

Рисунок 2.2 Рабочий стол. Двоичный код

3. На рис.3.3 представлено изображение рабочего стола при выполнении равенства преобразуемого числа и соответствующего ему двоично-десятичного кода.

Рисунок 3.2. Рабочий стол. Двоично-десятичный код

Код числа 1001 0010 – преобразуемое число .

Лабораторнаяработа № 1

Ознакомление с кодами, используемыми в измерительной технике

Цель работы: изучение кодов, применяемых в измерительной технике, экспериментальное представление чисел в двоичной, двоичной и двоично-десятичной системах счисления.

Порядок выполнения работы:

1. Изучить теоретические сведения (раздел 1).
2. Ознакомиться с имитационной моделью (раздел 2).
3. Выполнить опыт 1.

3.1. Ознакомиться с порядком выполнения опыта 1 (раздел 3).

3.2. Включить программу

3.3. Выполнить опыт.

1. Теоретические сведения

Кодирование, системы счисления и цифровые коды

Кодирование – это операция перевода по определенным правилам формального объекта, выраженного совокупностью кодовых символов одного алфавита, в формальный объект выраженный символами другого алфавита. Примерами кодирования являются: перевод текста (формального объекта) с одного языка на другой; шифровка определенных сообщений; представление последовательности операций, выполняемых машиной, выраженных слов одном из алгоритмических языков.

Кодирование в информационно-измерительной технике применяется при кодовом представлении результата измерения для цифровой обработки, а также при передаче результатов измерения и других сообщений по каналам связи. Наиболее широкое применение получило числовое кодирование.

Числовое кодирование в широком смысле является операцией отображение формального объекта числами, и его результат может и не быть результатом измерения. В процессе измерения определяется значение физической величины, состоящее из ее числового значения и единицы. Числовое кодирование в измерении является операцией перевода числового значения данной величины в другую систему счисления.

Системы счисления, используемые в измерительной технике

Количественная информация выражается числами, состоящими из группы символов.

Система счисления – метод представления количественной информации при помощи символов некоторого алфавита, называемых цифрами. Системы счисления подразделяются на непозиционные и позиционные.

В непозиционной системе счисления числовое значение символа не зависит от его места в числе, а в позиционной – зависит от его места в числе.

Простейшей непозиционной системой счисления является единичная - , в которой данное целое число изображается в виде совокупности единиц, повторенных соответствующее число раз. Например, число 5 изображается как 1 1 1 1 1. Для изображения больших чисел единичная система счисления неудобна.

В удобной и компактной форме числа представляются в позиционной системе счисления, в которой используется не одна, а несколько цифр. Каждая цифра имеет определенное числовое значение (или вес), причем числовое значение каждой цифры зависит от положения цифры в числе.

В общем случае в позиционной системе счисления любое число можно выразить в следующей форме:

(1)

Символ «В» обозначает основание системы и равен числу символов или знаков в данной системе, например, в десятичной В = 10, а в двоичной – В = 2. В каждой системе счисления есть знак для обозначения нуля. Поэтому наибольшее числовое значение знака в каждой системе равно (В -1). Например, в десятичной системе наибольшее значение знака равно девяти, а в двоичной – единице. Символ обозначает номер старшей позиции или числа разрядов данного числа. Символы являются знаками или цифрами данной системы счисления, стоящие в соответствующем разряде каждого числа. В десятичной системе счисления символы являются цифрами от 0 до 9, а в двоичной – 0 и 1.

Используя формулу 1, представим для примера число , равное 76:

;

Наибольшее значение числа, которое может быть выражено в данной системе счисления при данном количестве разрядов :

.

Число разрядов необходимое для представления числа 60000:

- в десятичной системе счисления - ;

- в двоичной системе счисления - .

Коды, используемые в измерительной технике

Общие сведения

Кодом называется форма представления сообщений, в которой реализуются определенные правила, обеспечивающие соответствие между совокупностью кодовых символов и кодируемыми сообщениями.

Кодовым сигналом называется совокупностью элементов, реально представляющих совокупность символов, которой закодировано сообщение или число.

В вычислительной технике, телеуправлении, телеизмерениях и других областях техники применяется большое количество различных кодов.