Author: Четвериков В.Н.  

Tags: компьютерные технологии   кодирование   информационные технологии   системы управления   учебник для вузов   передача информации  

Year: 1974

Similar

Передача информации в АСУ

Системы передачи информации

Передача информации с обратной связью

Приближенные методы расчета помехоустойчивости и искажений в системах передачи информации

Text 
                    В. Н. ЧЕТВЕРИКОВ
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ
И ПЕРЕДАЧА
ИНФОРМАЦИИ
В АСУ
Допущено Министерством
высшего и среднего
специального образования СССР
в качестве учебника
для студентов высших учебных заведени!J,
обучающихся по специальности
«Автоматизированные системы управлени1111
~••,...,, .. ,,-.-
-
111
l,- ~-
МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА• 1974


Ч-52
6Ф7.3
Ч-52
УДК 681.323(0.75.8)
Рецензенты:
кафедра вычислительной техники Московского института электронной
техники н проф. К. А. Санников
Четвериков В. Н.
Преобразование и передача
Учебник для вузов. М., «Высш.
320с.сил.
информации в АСУ.
школа», 1974.
В учебнике излагаются основные сведения о кодах и кодировании, мето­
дах и средствах преобразования, передачи, подготовки, ввода и вывода ин­
формации в автоматизированных системах управления, построенных на основе
использования электронных цифровых вычислительных машин.
Основное внимание уделяется системам и устройствам, используемым
человеком для преобразования и передачи данных, оформленных в виде не•
которого документа. Даются сведения об автоматическом аналого-цифровом
преобразовании параметров, вырабатываемых источником в виде непрерывных
сигналов, а также цифро-аналоговом преобразовании.
Предназначается для студентов, специализирующихся по автоматизнро•
ванным системам управления, а также может быть полезен инженерно-тех•
иическим работникам, работающим в областв технических средств АСУ.
ч 30501-213
001(01)-74
127-74
@ Издательство «Высшая школа" 1974
6Ф7.З


ПРЕДИСЛОВИЕ
При разработке автоматизированных систем управле­
ния (АСУ) существенное внимание уделяют организации
и техническим средствам сбора, первичного преобразова­
ния и передачи информации от источников к получателю.
Обобщенно все эти устройства называют периферийными
(внешними) по отношению к вычислительной машине. От
совершенства периферийных устройств во многом зависит
успех двусторонней связи между человеком и ЦВМ в че­
ловеко-машинных системах, какими являются АСУ. По­
этому в учебнике существенное внимание уделено устрой­
ствам, выполняющим функции связующего звена между
человеком и машиной. С помощью этих устройств можно
собирать и вводить исходные данные и программы, необ­
ходимые для решения задачи, получать соответствующие
результаты и обращаться к машине с различными запро­
сами.
В общем случае в АСУ может использоваться и инфор­
мация о ходе производственного процесса от автомати­
ческих датчиков. Если датчики вырабатывают аналоговые
сигналы, т. е, сигналы, непрерывно изменяющиеся на не­
котором интервале времени, то возникает задача их пред­
варительного преобразования в цифровой код, а при ис­
пользовании результатов вычисления для управления объ­
ектом - обратное преобразование цифрового кода в анало­
говый сигнал. Этим вопросам посвящены заключительные
главы учебника.
При удаленности абонентов от вычислительной машины
в территориально разнесенных АСУ широко используют
системы передачи данных по различным каналам связи.
Сами физические каналы связи в книге не рассматривают­
ся, однако информационным аспектам передачи отведены
специальные главы.
3


Учебник написан по материалам лекций, прочитанных
автором в МВТУ им. Баумана,
Автор благодарен коллективу кафедры «Вычислитель­
ная техника» Московского института электронной техники
и докт. техн. наук, профессору К. А. Санникову, взявших
на себя труд по рецензированию учебника и сделавших
весьма ценные замечания по его улучшению, а также
В. Н. Кононыхину, В. А. Галкину, А. Е. Осьминину и
Г. И. Ревункову за помощь, оказанную при подготовке
отдельных параграфов книги.
Автор будет признателен за все критические замечания
по содержанию книги, которые следует направлять по
адресу: Москва, К-51, Неглинная ул., д, 29114, изда­
тельство «Высшая школа».
Автор


ГЛАВА 1
ИНФОРМАЦИЯ И ЕЕ МЕРА
§ 1.1 . ФОРМА ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ
Под информацией понимают любые сведения о каком-либо собы­
тии (объекте). Понятие информации в кибернетике родственно поня­
тию отражения, рассматриваемому в диалектическом материализме.
Свойство отражения присуще не только объектам, но и процессу и
заключается в том, что между состояниями взаимодействующих объ­
ектов существует определенная связь. Но философию прежде всего
интересуют качественные различия между типами отражения, а ки­
бернетику - количественные описания.
Поэтому имеются ли в виду, например, соответствия между ощу­
щениями и реальностью или положением стрелки вольтметра и напря­
жением на его клеммах, в подобных ситуациях один объект отражает
другой, один объект содержит информацию о другом. На основании
этого можно сказать, что информация есть отражение одного объекта
другим, проявляющееся при наличии соответствия их состояний.
Один объект может быть отражен несколькими другими объектами (из
них одними лучше, а другими хуже).
Информацию, фиксированную в определенной форме, называют
сооб~цением. Сообщение может иметь самое различное содержание,
но независимо от этого всегда отображается в виде сигнала (электри­
ческого, звукового, светового и др.).
Формирование любого сигнала связано с передачей сообщения
от отправителя (источника) к получателю (приемнику), которые в об­
щем случае разделены пространством и временем. Поэтому сигнал
можно характеризовать как средство перенесения информации в про­
странстве и времени. Однако данное определение сигнала, будуч11
связанным с его служебной стороной, не учитывает строения послед­
него как объекта исследования.
Анализ любых ситуаций, в которых участвует сигнал, приводит
к выводу о том, что, хотя сигнал всегда и связан с материальным объ­
ектом, !50J1ьшинство конкретных свойств этого объекта несущественно.
(При ознакомлении с содержанием печатного текста неважно, напри­
мер, какого сорта чернила или бумага; различие текстов (сигналов)
в первую очередь определяется по различию написаний, т. е. состоя­
ний объекта]. Следовательно, можно сказать, что в качестве сигналов
используются не сами объекты, а их состояния. Образование сигнала
5


происходит за счет изменения состояния объекта. Для соответствия
между сообщением и сигналом, т. е. возможностью извлечения сооб­
щения из полученного сигнала, последний должен формироваться по
определенным правилам. Построение сигнала по определенным пра­
вилам называют кодированием.
Отвлекаясь от физической сущности сигнала, отметим, что в про­
цессе передачи информации от источника к потребителю возникает
ряд задач, связанных с ее преобразованием как для удобства обра­
сотки, так и для удобства передачи. Рассмотрим это на примере.
Пусть некоторый источник вырабатывает сообщения в виде кодовых
комбинаций (слов), состоящих из букв (цифр) определенного алфавита.
Число элементов в алфавите обозначим буквой l. Тогда каждое сооб­
щение а из множества А может быть представлено в виде последова­
тельности элементов х множества Х. Преобразование сообщения в сиг­
нал при таком его расчленении на элементарные сообщения существен­
но упрощается. Вместо составления длинного (в общем случае даже
бесконечного) словаря, устанавливающего взаимосвязь между сооб­
щениями множества А и сигналами, достаточно установить однознач­
ную взаимосвязь сигналов с ограниченным числом элементарных сооб­
щений х множества Х. Необходимое количество сигналов для представ­
ления таких элементарных сообщений очевидно будет определяться
числом l букв (ци( р) алфавита.
Таким образом, каждое сообщение а из множества А может быть
представлено в виде последовательности а= (х 1 , х 2, ... ,
Хп), где
п - длина сообщения (разрядность).
Для передачи сообщения а, представленного в виде элементарных
сообщений х1 , в канал связи поочередно посылаются сигналы z1 (t).
На практике объем l алфавита Х может быть достаточно большим
(цифр десятичной системы - десять, букв р~ского алфавита
-
32),
поэтому вводят дополнительное преобразование - кодирование, ко­
торое заключается в переходе от алфавита Х объемом l к алфавиту
У объемом т ( m < 1). Такое кодирование позволяет поставить в со­
ответствие каждой букве х некоторую последовательность симвоJJов у.
Под термином «кодирование» в широком смысле понимают преоб­
разование сообщения в сигнал, а в узком смысле - отображение дис­
кретных сообщений последовательностью заранее выбранных сим­
rолов.
Уменьшение числа букв (цифр) алфавита влечет за собой умень­
шение количества видов используемых для их передачи сигналов
Z; (t) и снижение ограничений, накладываемых на длительность каж­
дого из этих сигналов. В результате организация лередачи упрощается.
Для надежного перенесения информации в пространстве и времени
используемые сигналы должны быть устойчивы по отношению к из­
менению времени или положения в пространстве. Количественные
характеристики устойчивости определяются конкретными условиями
использования сигнала. С точки зрения устойчивости все сигналы
можно разделить на статические и динамические.
Статическими сигналами называют такие сигналы, в качестве ко­
торых используют устойчивые стабильные состояния физических объ-
6


ектов (печатный текст, состояние триггера, регистра цифрового уст­
ройства, положение механического элемента и т. п.).
Динамическими сигналами называют такие сигналы, в качестве
которых используют состояния физических объектов, изменяемые во
времени (изменения состояний электромагнитного поля, электриче­
ских параметров, звуковые сигналы и т. п.).
Динамические сигналы применяют преимущественно для передачи
информации, а статические сигналы - для ее хранения. Но такое
распределение функций не обязательно, т. е. динамический сигнал
может использоваться для хранения информации, а статический -
для ее передачи.
По структуре сигналы подразделяют на непрерывные и дискретные
как по аргументу, так и по значению функции. Сигнал называют не­
прерывным, если множество возможных значений параметра образует
непрерывную последовательность (непрерывно изменяющиеся значе­
ния электрических токов, напряжений, механических перемещений).
Дискретные сигналы характеризуются конечным (счетным) множест­
вом значений. В зависимости от характера представления функции и
аргумента сигнала возможны следующие его разновидности.
Непрерывная функция непрерывного аргумента. Функция, описы­
вающая такой сигнал, в произвольные моменты времени может при­
нимать любое значение из бесконечного множества в некотором конеч­
ном интервале значений:
F(t)min ~F(f)~F(t)max•
При этом на характер изменения функции не накладывают ни­
каких ограничений.
Примером таких сигналов могут быть сигналы, снимаемые с дат­
чиков давления, напряжения, положения и т. п., в виде непрерывно
изменяющихся напряжения, тока.
Непрерывная функция дискретного аргумента. Функция, описы­
вающая такой сигнал, может иметь любое значение из непрерывного
множества, но в фиксированные наперед заданные моменты времени
U1i=kЛt,k=0,1, ..., п).
Дискретная функция непрерывного аргумента. Функция, описы­
вающая такой сигнал, во всякий момент времени может принимать
любое значение F (t)i, но из конечного множества значений. К датчи­
кам этих сигналов можно отнести все шкальные механизмы, с которых
считываются в любой момент времени данные в виде числовых зна­
чений с точностью, определяемой ценой делений шкалы (ЛF).
Дискретная функция дискретиоrо аргумента. Функция, описыва­
ющая такой сигнал, может принимать любое значение из конечного
множества, но только в дискретные, фиксированные моменты времени
F (Лt1i)j, Эти сигналы свойственны цифровым вычислительным маши­
нам и устройствам с определенным тактом выдачи числового значения.
При построении систем обмена приходится иметь дело как с непре­
рывным, так и с дискретным сигналами и проводить преобразование
сигналов из непрерывных в дискретные и обратно, т. е. переходить
от одной разновидности сигнала к другой.
7


§ 1.2 . КВАНТОВАНИЕ И КОДИРОВАНИЕ
В большинстве случаев информация о протекании того или иного
физического процесса вырабатывается соответствующими датчиками
в внде сигналов (параметров) F (t), непрерывно изменяющихся во
времени. Чтобы передать информацию по дискретному каналу связи
или ввести в ЦВМ для обработки, преобразуют непрерывный сигнал
в дискретный. Преобразование осуществляется с помощью специаль­
ных устройств - преобразователей непрерывных сигналов и может
быть двух видов: квантование по времени и квантование по уровню.
Под квантованием по времени (дuc-
F(t)~ кретизацией) понимается представлени~
непрерывного сигнала в виде конечнои
последовательности определяющих ор­
динат.
Под квантованием по уровню пони­
t
мается представление мгновенных знa-
f(i./(L
111 чений сигнала из непрерывного множе-
.
'f 1'r ства значений некоторым значением из
1
1
'I, конечного множества, т. е. представле-
rtriТ
} ние в виде некоторого кода, обычно
1111
1 цифрового.
t, t~
tк
гt
Квантование по времени и квантова-
п ние по уровню могут быть реализованы
Рис. 1.1 . График квантованного и раздельно и одновременно.
по времени сигнала
Квантование по времени. Квантова-
ние по времени (аргументу) сводится
к замене непрерывной функции F (t), содержащей бесконечно боль­
шое число значений, счетным числом мгновенных значений, взятых
через определенные (равные или неравные) промежутки времени Лt
(рис. 1.1). Такой вид квантования аналогичен амплитудно-импульсной
модуляции с импульсами бесконечно малой длительности.
Выбор частоты квантования f = 1/ Лt производится из учета
требуемой точности последующего восстановления непрерывного
сигнала по его мгновенным значениям в моменты времени f1,..
Для
точного восстановления произвольной непрерывной функции F (t)
на конечном интервале времени Т необходимы мгновенные значения
этой функции во всех точках интервала, т. е. непрерывное множество
значений, отстоящих друг от друга на бесконечно малые интервалы.
Восстановление непрерывной функции по конечному числу ее
значений в конечном интервале Т приводит к погрешности, завися­
щей как от числа значений функции на этом интервале (частоты кван­
тования), так и от выбранного способа интерполяции. Но для некото­
рого класса функций по отдельным мгновенным ее значениям можно
произвести полное восстановление непрерывной функции (это харак­
-rерно, например, для функций, спектр частот которых ограничен).
Определение частоты квантования для функций с ограниченным
спектром может быть проведено на основании теоремы В. А. Котель­
никова: непрерывная функция времени F(t),не
8


содержащая частот выше fе,полностью опре­
деляется конечным числом мrновенных зна­
ченийF(kЛt)вточках,отстоящихдруrотдруrа
на интерваJ1ы
Лt=
aj
= 1/(2fе),гдеk=О, 1,2, •.•, п. F(t)trrr
Эта теорема позволяет пред-
_ -------11[
ставить любую функцию F (t),
.
QТТ
состоящую из частот от О до
__
_
fе, в виде
Dt?
..1 t
к
t
+оо
F(t)=~F(kЛt) sinФе(t-kЛt)
~
We (t-kЛt)
-оо
(1.1)
гдеФе=2nfе•
Из (1.1) следует, что функ­
ция F (t), состоящая из ограни­
ченного спектра частот, может
быть представлена в виде суммы
(бесконечной), каждое слагаемое
которой выражается функцией
вида z=у(sinx)/x, где у=
= F(kлt); Х=Фе(t- kлt)
sinx
-х-
Рис 1.2 . График функции
Sin х/х
о)
,
f('JtTr 11tП f.
б)11111
11
Z, iF{t,~
iIi
i1
1111
11
111
1
11
111
1
11
t
8)
D
Рис. 1.3 . График функции F(t) (а), мгио-
• венных значений функции F (t,) (6) и ее
слагаемых (в, г, д)
(рис. 1.2), и отличается от остальных слагаемых амплитудой и вре­
менным сдвигом. Функции, определяющие sin х/х в моменты отсчета,
т. е. при t = kЛt, принимают максимальные значения, равные еди­
нице. Сумма же (1.1) в каждый k-й момент времени определяется
только одним k-м слагаемым, так как все остальные слагаемые в этот
момент времени обращаются в нуль (рис. 1.3). Внутри промежутка
Лt восстанавливаемая функция определяется всеми слагаемыми.
Таким образом, функция F (t) с ограниченным спектром может
быть полностью задана счетным множеством ее мгновенных значений,
взятых через равные промежутки времени Лt. С другой стороны, есяи
имеются числовые значения функции F (tk) во всех точках отсчета
(через Лt), то она может быть полностью восстановлена путем сум­
мирования функций вида z.
В теореме В. А. Котельникова говорится о непрерывной функции
F (t), имеющей ограниченный спектр частот, т. е, функции, не оrрани-
9


ченной во времени. На практике же обычно исследуемые физические
процессы ограничены во времени, имеют начало и конец, а следова­
тельно, функции, выражающие их, имеют ограниченную длитель­
ность. У ограниченных во времени функций не может быть ограничен­
.ный спектр (т. е. спектральная плотность не равна нулю вне конеч­
ного интервала}, но это противоречит условию теоремы В. А. Ко­
тельникова. Однако можно ввести разумное допущение на ширину
реального спектра как интервала частот, вне которого спектральная
плотность меньше некоторой заданной величины. В этом случае об­
щий смысл теоремы В. А. Котельникова, состоящий в том, что функция
определяется на интервале Т посредством п = 2f с Т значений, сохра­
няется, но не означает, что задание всех п отсчетов на интервале Т
Рис. 1.4. График ошибки
полностью определяет функ­
цию на нем, так как опреде­
ляющие функции, относящие-
ся к точкам, не лежащим в
этом интервале, тоже влияют
на восстанавливаемую функ-
r t; цию (исключение составляют
точки отсчета fk, в которых
все определяющие функции,
кроме одной, обращаются
в нуль).
Ограничение членов выражения (1.1) конечным числом значений
F (tk), находящихся на интервале квантования Т, приводит к появле­
нию ошибки:
п
бk=F(t)- ~ Dk sinffic[l-k/(2/c))
_. ;..
ffic lt-k/(2/c>J
-т
где Dk = F (kЛt).
Можно показать, что
бk< -V 2 р lsiпnfct,-. f_i _т_=Р.р,
(1.2)
п
V tc r2-t2
где р - полная энергия, которую несет функция F (t),
fc
р= ~ S(ro)dro;
.
-fc
v2\•
/-.
/1
1::=-п- sш nfct V !с· т
График поведения множителя Е в выражении (l.2) приведен на
рис. 1.4. Из этого графика видно, что при использовании конечного
числа членов ряда Котельникова ошибка равна нулю лишь в точках
отсчета, внутри же участка квантования она будет максимальна. Ве­
личина максимальных значений ошибки возрастает по мере прибли­
жения к границам интервала представления функций.
10


В качестве чисел, определяющих функцию с ограниченным спек­
тром, ранее брались отсчеты мгновенных значений функции, но этими
числами могут быть и коэффициенты ее разложения в ряд Фурье,
Рассмотрим применение теоремы В. А. Котельникова на примере
квантования сигнала, выражаемого экспоненциальной зависимостью
f(t) = Ae-f\1 или f (t) = Aef:11,
где А - амплитуда, а ~ = l!-t ('t - постоянная времени).
Для определения частоты квантования по теореме В. А. Котель­
никова ограничим спектр частот рассматриваемого сигнала величиной
f е, выбираемой из условия, что энергия суммы отброшенных гармоник
не превышает энергии ошибки. Допустим, что ошибка восстановления
сигнала по его квантован:ным значениям не должна превышать kЛр,
где k - коэффициент, Лр
-
шаг квантования по уровню. Тогда пол­
ную энергию экспоненциального сигнала р э можно разбить на два
слагаемых:
Рэ =Ре+ Ро,
(1.3)
rде Ре - энергия сигнала, ограниченного частотой f е: р0 - энергия
отброшенных гармоник, равная энергии ошибки воспроизведения.
Полная энергия сигнала Рэ может бьпь найдена по его спектраль­
ной плотности S {ro), которая для рассматриваемых видо! экспонент
соответственно равна:
S (ro) = А/(~+ jro); S (ro) = A/{jro -
~),
(1.4)
или
S (ro) = (A/JIр2 +ro2) ej arctg (ro/11) •
( 1.5)
Для сигнала, содержащего все гармоники от О до оо,
00
100
Рэ=~[f(t)]2dt= ~~S(ro)S*(ro)dro,
(1.6)
о
о
где S* (ro) - функция, комплексно сопряженная с функцией S (@}.
Подставив (1.5) в (1.6), получим
00
Р=_1_5[
А е- jarctg (ro/1\)
А
э~У~+~
У~+~ х
о
00
е
ro- -
---uw--.
х ;arctg(ro/jl)]d _ 1 J А* ,1 __ _ А3
2л ~2 +ro3
4~
(1.7)
о
Аналогично (1. 7) энергия сигнала ре, ограниченного частотой
(с (2:лfс = roc),
(1.8)
))


Учитывая, что по условиям измерения любое значение сигнада
в пределах от О до пЛр (где п - максимальное число шагов шкалы
уровней) равновероятно, получим выражение среднего 3наче1111я
Рэ в виде
пЛр
Рэ= (1/пЛр) ~ х' dx = п2Лр2/3.
о
(1.9)
Энергию ошибки найдем, полагая, что любое ее значение в преде­
J1ах заданной величины kЛр также равновероятно. Тогда среднее зна­
чение энергии ошибки воспроизведения определяется аналогично
(1. 9):
kЛр
ls
k2Лр
1
fJo= kЛр
х2dх=-з- •
о
Из совместного решения выражений (1.9) и (1.10) находим
kz
Ро=-Рэ=62Рэ,
пz
где 6 = klп - относительная ошибка.
(1.10)
(1.11)
Подставив значение р 8 из выражения (1.7) в уравнение (1.11),
определим
Ро=6
2
А 2/4~.
Найденные значения р 8, Ре и р0 подставим в уравнение (l.3),
и полученное выражение преобразуем:
Фе
А2
15
Аа
AZ
41} = 2.n
pz+юzdro+62 4Р ;
о
we
(l -6
2
)~=-
1
-J ~ dro;
4(:1
2.n
pz +(1)2
о
(1-62) ~ =~ -1
-
arctg ffie •
4(:1
2.n (:\
(:\
Из последнего выражения находим
или
roe = tg~(t-62).
(:\
2
Учитывая, что ~ = 1/т и ffie = 2лf с, получим
fс= -
1
-
tg ~ (1---62).
<t2.n
2
12


На основании теоремы В. А. Котельникова частота квантования
Это выражение позволяет определить частоту квантования f не­
прерывно изменяющегося экспоненциального сигнала при заданных
ошибках воспроизведения kЛр и максимальном диапазоне И3менения
параметра пЛр или при заданной относительной ошибке б. Внутри
интервалов квантования Лt восстановление сигнала должно прово­
диться так, как указано в теореме, и тогда ошибка квантования порож­
дается только за счет ограничения спектра частот этого сигнала. Так,
для экспоненты с 't = 1 с значения б и f будут следующим11 (табл. 1.1):
Т;iбли11;i 1.1
0,5
0,2
О,1
0,05
t, 1/с ! 20,22! 80,9/ 2021,62 / 8077,781 50080,96
195405, 14 705979,88
Как видно из таблицы, при б = 0,05%, f > 700 кГц, т. е. является
достаточно высокой.
Задачу квантования по времени можно
рассматриватьикак задачуаппроксимации,
прикоторойотыскиваетсяфункцияqi(t)клас­
еа Ф,внекотором определенном смысле наи­
боле е приближающаяся к воспроизводимой
функцииf(t)классаF.
Построение аппроксимирующей функции можно произвол_~пь ин­
терполированием, среднестепенным или равномерным прибт,жением.
При интерполировании требуется построить интерполяционный
пол11номqi(t) степени п, который в п+1точках t0, t1,
... ,
t" при­
нимает те же значения, что и функция f (t):
Решение задачи сводится к определению коэффициентов ai (i О,
1, ... , п) полинома
<р(t)=ао+й1t+й2t2+ ...+ йпi11
из уравнений
a0+a1to +а2 ti + •·· +ап t~ = f (to);
а0+а1t1+а2tf+•·· +ап t1 f(t1);
13


Решение может быть найдено и по формуле Лагранжа:
п
<р(t)= ~f(tд<pi(t) =
i=O
п
(t-i0) (t-t1) ... (l-l;-1) (l-!;+1) ... (f-fп)
= ~ <р (t;) (t;-/0) (l;-ti) ...(t;-t;_ 1) (t;-lн1), . .(t;-tп)
i=O
В общем случае в точках t, не являющихся узлами интерполяции
t; (i = О, 1, ... , п), приближаемая функция f (t) и интерполяционный
полином <р (t) не совпадают и их разность б (t) = f (t) - <р (t) пред•
ставляет собой погрешность приближения. Оценку этой погрешности
можно произвести на основании теоремы Ролля: если F (tk) = О
(k= О, 1, ..., п), где t0< t1< ...< tn, то существует точкаs(t0<
<s<tп)такая, чтор(п)(s) =о.
Считая t постоянным числом, отличным от узлов интерполяции
ti (i = О, 1, ... , п), введем переменную Т и рассмотрим функцию
F(Т)=f(Т)-<р(t)-б(Т) А(Т),
:1.12)
А (t)
гдеА(Т)=(Т- t0)(Т- t1)...(Т
-
tп).
Функция F (t) обращается в нуль в следующих п + 2 точках:
а) узлах интерполяции f; (i = О, 1, ..., n), так как f (t;) = <р (f;) и
А(tд=О(i=О,1, ..., п);
б) рассматриваемой точке t:
F (t) = f(t)-<p (t)-_!Ш_ А (t) = О.
(1. 12а)
•
А (t)
Согласно теореме Ролля, F<n+I) (Т) обращается в нуль в некото•
рой точке ; из промежутка tO< Т< fп.
Дифференцируя выражение (1.12), имеем
p(n+l) (Т) = f<n+l) (Т)-q;(n+l) (Т)- (бТ) A<n+I) (Т},
А (t)
Из (1, 12а) следует, что
A<n+i>(T)=_!Ш_(n+t)I
(1.13)
А (t)
Но поскольку <р (t) суть полином п-й степени, то IJ)<n+t> (Т) = О,
Поэтому
14
p(n+l) (Т) = f(n+l) (Т)-(п + 1)1 ~ •
А (t)
Гогда равенство F<n+I) (s) = о можно переписать в виде
F<n+i> (s)=t<n+i> Ш-(п + 1)! ~=О.
А (t)
Отсюда
б(t) =[<n+I> Ш А(t) •
(п+1)1
(1.14)


Верхняя граница погрешности на интервале t 0 < t < tn
max/6(/)/= max If(n+IJ(f)1 А(/) 1=
i0 <t<tп
(п+I)!
=---
max
П (t- t,.)
,
м
Iп
1
(п+1)1t0<t<tn k=O
'
где М=max//(п+~>(t)1-
В частности, при линейной интерполяции (п = 1)
6=6Ч)3⁄4 maxlf"(t)I max /(t-t0)(t-t1)/=
(1+1)! 10<1<tn
м
=- max 1(l-t0) (f-/1) /.
2t,<1<tn
Найдем наибольшее значение величины I А (t) / = \(t - /0) (/ - tJ /: •
dA (t)
---;ц-=t-t0 +t-t1 =2 t-{0 -t1 •
Из условия dA (/) = О следует, что t = (t0 +t1)/2.
dt
Тогда
max /А(t)1= шах1(/-10)(t~11) \ = /(t-fo)(t-t1) \ =
=l t1-fo fo-t1 l=-l-(ti-to)2 = Лt2 •
2
2
4
4
М Л/2
МЛt 2
O1,ончательно имеем 6 3⁄4 - -- =
-- , где М =тахIfin+1)(t)\.
24
8
Если выбрана линейная интерполяция и известно максимальное
значение второй производной / f" (t) / max рассматриваемой функции,
то шаг квантования Лt может быть установлен из следующего выра­
жения:
Лt = V8'5/ 1f" (t) lmax •
(1.15)
При этом предполагают, что рассматриваемая функция f (t), ха­
рактеризующая квантуемый параметр, принадлежит классу дважды
дифреренцируемых функций и заранее известно максимальное значе~
ние второй производной этой функции в диапазоне квантования. Час­
тота квантования, определяемая по этому методу в пределах реальных
погрешностей и процессов, как показывают вычисления, оказывается
значительно меньше. Например, частота квантования для ранее рас­
смотренной экспоненциальной зависимости е-1 1-г. при т = 1 с по
методу линейной интерполяции
f= 1/Лt=f\f"(f)lmах/86
имеет следующие значения (табл. 1.2):
15


Таблица 1.2
б,%
10
5
· 0,5
0,2
.0,1
0,05
f. 1/с
1, 12
1,59
3,55
5
8
11,2
15,9
При рассмотрении задачи в более общем плане интерес представ­
ляет случай, когда при заданном интервале квантования Лt и извест­
ной величине нормы I f~ax (t) 1, определяемой интерполируемой функ­
цией, величина погрешности будет наименьшей. Последнее имеет место,
как это следует из выражения (1.14), при наименьшей величине поли­
нома А (t), т. е. полином А (t) должен иметь наименьшую норму из
всех полиномов степени п на участке [а, Ь ]. Таким свойством обла­
дают полиномы Чебышева.
При построении интерполяционного полинома <р (t), совпадающего
с функцией f (t) в точках f; (i = О, 1, ... , m), оказывается, что степень п
полинома ер (t) не может быть меньше т. При больших значениях п со­
ставление интерполяционного полинома связано со сложными выклад­
ками. Кроме того, даже большое число равноотстоящих точек интер­
полирования не всегда обеспечивает хорошее приближение. Поэтому
целесообразно найти полином ер (t) данной степени п меньшей, чем
т, который принимал бы в точках fr(i = О, 1, ... , m) значения <р (!;),
F(t);
наименее уклоняющиеся (в неко­
тором определенном смысле) от
значений f(t;) (i = О, 1, ...,
m)
интерполируемой функции. Наи­
более распространенным методом
,
решения этой задачи является ме­
тод наименьших квадратов, при
t котором задача аппроксимации сво­
дится к отысканию функции q> (t)
Рнс. 1.5 . График квантования по таким образом, чтобы обратить в
уровню
минимум выражение [<р (t) -
-
f (t)J2.
В результате получают систему линейных алгебраических уравне­
ний, решение которой не вызывает принципиальных затруднений.
Поэтому метод наименьших квадратов и получил широкое распрост­
ранение.
При равномерном приближении абсолютное отклонение <р (t) от
f(/) max 1 <р(t) - f(t) 1<бдолжнобытьнаименьшим.
Решение возникающей при этом задачи приводит к громоздким
вычислениям, из-за чего использование равномерного приближения
непосредственно для практических целей ограничено.
Квантование по уровню. Квантование по уровню заключается
в представлении текущих значений непрерывно изменяющегося сиг­
нала значениями уровней из конечного множества (рис. 1.5). В ре­
зультате квантования по уровню непрерывно изменяющийся сигнал
16


F (t) заменяется ступенчатой функцией F (t)j, зависящей только от
характера изменения квантуемого сигнала. Если при квантовании по
времени в моменты отсчета сигнал представляется мгновенными. зна­
чениями, которые принципиально точно соответствуют сигналу; 10
квантование по уровню по своему существу есть приб.1иженное 11рt·д­
ставление. Степень приближения определяется величиной шага кван­
тования ЛF (t) по уровню - разностью между соседними квантован­
ными значениями функций:
Шаг квантования обычно выбирают из условия требуемой точности.
Один из простейших способов квантования по уровню заключается
в следующем. Текущее значе-
ние функции F (t) сравнивается F( tк)j
с одним из уровней квантова-
ния (см. рис. 1.6). В момент,
когда текущее значение функ-
ции F (t) по амплитуде станет
равно этому уровню, оно со­
храняет это значение до тех
пор, пока текущее значение
функции не станет равно еле- Рис. l.6 . График кодово-пмпу.'lьсной мод
ЛЯЦIШ
дующему соседнему значению
N квантованного уровня.
~ Таким образом, если на некотором интервале времени приращение
'-:_-,,ункции происходит в пределах шага квантования, то она представ­
~яется в виде неизменного (квантованного) значения.
~ Другой способ квантования сводится к замене непрерывной функ­
~~ ближайшим квантованным уровнем. Погрешность квантованич
"'f пределах шага квантования будет величиной переменной:
б=F(t)- F(t)1i;б~ЛF(t)(k=О,1, ..., п).
Эrу погрешность квантования называют шумом кsантоваrшя.
Чем меньше шаг квантования, тем меньше шум квантования. Можно
полагать, что шум квантования в пределах шага квантования имеет
равновероятный закон распределения, т. е. любое значение функции
в пределах шага будет равновероятным.
Квантование по времени и амплитуде. Квантование по времени и
амплитуде основывается на одновременном использовании рассмотрен­
ных выше методов квантования, т. е. квантование по амплитуде осу­
ществляется в каждый фиксированный момент времени.
Рассмотрим два наиболее распространенных примера квантования
по времени и амплитуде: кодово-импульсную модуляцию и дельта­
модуляцию.
Кодово-импульсная модуляция. При этом виде
модуляции осуществляется квантование сигнала по в емени с выбран-
ным шагом Лt и предста .
• ний
функции
...........
•·,
l
~:к~·1-тjХ:j1:,,~11t1г '
17
·
.
БЛЯ·.
•
.•,
'
..
•


в дискретные моменты времени
ближайшим квантованным уров­
нем (рис. 1.6).
Дельта-модуляция,
Эта модуляция сводится к по­
строению ступенчатой функции
Fл (t) по следующему правилу.
t В каждый дискретный момент
Рис. 1.7. График дельта-модуляции
времени tk текущее значение
функции сравнивается с пре­
дыдущим значением ступенчатой функции Fл (tk_ 1). Если разность
оказывается положительной или равной нулю, то ступенчатая функ­
ция увеличивается на шаг квантования по амплитуде, если же раз­
ность оказывается отрицательной - уменьшается на шаг квантова­
ния по амплитуде (рис, 1. 7).
§ 1.3. КОЛИЧЕСТВО ИНФОРМАЦИИ
В общем случае, когда информация определяется вероятностными
характеристиками, количественную оценку удобно проводить по сте­
пени неопределенности случайного процесса на некотором этапе его
рассмотрения. Поясним это на следующем примере.
Пусть один человек задумает любое число от 1 до N, а другой чело·
век должен угадать это число. При этом на его вопросы следуют одно•
сложные ответы «да» или «нет». Спрашивается, сколько вопросов надо
задать, чтобы отгадать задуманное число?
Очевидно, количество заданных вопросов будет завйсеть от при­
нятого метода угадывания. Если начать перечислять все числа, начи­
ная с l, то количество таких вопросов может оказаться равным N.
Количество вопросов можно существенно сократить, если принять сле­
дующий путь поиска. Все числа разбивают на две равные группы. Вы·
бирают одну из групп и спрашивают, здесь ли находится задуманное
число. После любого ответа («да» или «нет») останется половина чисел.
Далее следует действовать аналогично. Группа, в которой находится
отыскиваемое число, вновь разбивается на две равные группы и т. д.•
пока не останется одно искомое число.
Если общее количество чисел N является четным числом, то необ•
ходимое и достаточное количество вопросов
Н=log2N,
если нечетное, то -
Н=[log2N)+I.
Таким образом, количественная оценка поиска будет найдена.
Для того чтобы понять, какую роль при этом играет информация,
рассматривают ту же задачу с иных позиций. Предполагают, что ис~
точник информации выдает слова, состоящие из букв некоторого алфа­
вита, и имеется телеграфный аппарат, могущий передавать две цифры-­
О и I. Требуется передавать вырабатываемый источником текст по те-
18


леграфу. Чтобы осуществить такую передачу, необходимо каждой
букве поставить в соответствие вполне определенное число.
Спрашивается, какова должна быть разрядность этого числа?
Если предположить, что слово может состоять из п букв, а коли­
чество букв алфавита равно N, то число всех возможных слов будет
равно No, а количество разрядов двоичного числа должно быть равно
пlog2Nили [пlog2N]+l.
В среднем на одну букву текста необходимо тратить log 2 N раз­
рядов. Следовательно, log 2 N можно использовать в качестве меры ко­
личества информации.
К. Шеннон, один из основателей теории информации, показал,
что log 2 N в вероятностных задачах не является полной характеристи­
кой источника информации. Это видно из сравнения следующих двух
. «источников
информации»: в первом - ребенок бросает монету, во
втором - цветной кубик, одна грань которого окрашена в голубой
цвет, а остальные пять - в розовый. В обоих случаях алфавит источ­
ника сообщений будет состоять из двух букв: Г (герб, голубая грань)
и Р (решетка, розовая грань). Для записи получЕ;_нноrо те~ста как
в первом; так и во втором с.Jiучаях достаточно однои двоичнои цифры
на букву. При этом log 2 2= 1, т. е, характеристика источника сообще­
ний не учитывает вероятностные характеристики источника инфор­
мации.
Если пользоваться только наиболее вероятными текстами, то можно
показать, используя теорему Муавра -Лапласа и формулу Стирлинrа,
что для рассматриваемых случаев придется тратить лишь Н двоичных
знаков на одну букву источника:
Н=
-
р\og2р-(1-р)logz(1-р),
В случае, когда р = 1/2 (бросание монеты),
1
1
1
1
Н= --log2 ---log2-. = 1.
2
2
2
2
Это означает, что кодирование вероятных сообщений не приводит
к сокращению количества двоичных цифр на одну букву,
В случае, когда р = l/6 (бросание кубика),
Н= --
1
log2 -
1
-~ log2 ~=О, 1957,
6
6
6
6
т. е. получают сокращение более чем в пять раз.
Величину Н К. Шеннон назвал энтропией источника.
В более общем случае, если источник (объект) имеет конечное число
возможных состояний А 1 , А 2,
.•• ,
А 11 с соответствующими вероятно­
стями р1, р2, •..,
р 11 , то его энтропия
п
Н(А)=Н<Р1, Р2,•,,, Рп) = -
~ Pk log2 Pk•
k=I
19


Таким образом, энтропия является мерой неопределенности истоц­
ника и удобной оценкой количества информации. Количество информа­
ции / о некотором объекте равно разности априорной и апостериорной
энтропий этого объекта:
f = Напр-Напоет•
Так, до наблюдения сигнала, несущего информацию об исследуемом
объекте, считают, что известно только распределение вероятностей
Ph по возможным состояниям. Неопределенность ситуаций до приема
сигнала характеризуется, следовательно, энтропией
Н = -LiPk log2 Pk·
k
После приема сигнала, если он не содержит ошибок, можно дать
точный ответ (в каком состоянии находится объект) и, следовательно,
неопределенность относительного состояния объекта станет равной
нулю. Таким образом, в результате приема сигнала, с одной стороны,
произошло уменьшение неопределенности от величины Н до О, а с дру­
гой стороны - получено количество информации /, численно рав­
ноеН,т.е. количество информаuии равно раз­
н о ст и энтропий объекта до и после приема
сиrнала.
Из рассмотренного примера видно, что количество информации
численно равно априорной энтропии, если при приеме информации
отсутствуют ошибки.
Количество информации с учетом числа символов в последователь­
ности при отсутствии ошибок определяют по формуле Шеннона:
т
1= -п Li Р; log2P;,
(1.16)
i=I
где п - число символов в последовательности (сигнале) из алфавита,
содержащего т символов.
В частном случае равновероятности и статистической независимо­
сти символов при любом п все возможные сигналы оказываются также
равновероятными, т. е. р; = 1/т, и тогда количество информации опре­
деляется формулой Хартли:
т
тI
1
l=-n Li P;log2 p;=-n Li -\og2 -=nlog2 m.
i=I
i=m m
111
(1.17)
Если же в принимаемом сигнале есть ошибки, то сделать однознач­
ное заключение о состоянии объекта невозможно, т. е. в этом случае
энтропия не уменьшается до нуля и для определения количества ин­
формации необходимо учитывать и апостериорную энтропию.
Рассмотрим некоторые свой~тва энтропии.
1. Н (А) = О в том и только в том случае, если какое-нибудь из
Ph равно единице, а следовательно, все остальные равны нулю. Это
соответствует случаю, когда исход опыта может быть предсказан с nол­
ной достоверностью и отсутствует всякая неопределенность, Напри-
20


мер, если в ящике находятся шары, помеченные только одной цифрой,
то вероятность извлечения шара р = l, а энтропия Н (А) =
= - 1 log 2 1 = О. Во всех остальных случаях энтропия положитель­
на,так как р< l.
2. Наибольшего значения энтропия достигает при р 1 = р 2 =
= ... = р,. = 1/п, т. е. в случае наибольшей неопределенности, по­
скольку при этом нет никаких оснований для предпочтения одного из
возможных событий.
Допустим, что в ящике находятся 99 шаров, помеченные цифрой 1,
и один шар, помеченный цифрой О. При извлечении шаров следует
ожидать, что вероятность появления шара, помеченного единицей, р 1
равна 0,99, а шара, помеченного нулем, р 2 равна 0,01.
Энтропия для этого случая, выраженная в двоичных знаках,
Н(А)=
-
(0,99 log 2 0,99 + 0,01 log 2 0,01) = 0,081.
Если число шаров, помеченных цифрой 1, будет равно числу шаров,
помеченных цифро_й О, и р1 = р2 = 0,5, то
Н(А)= - (0,5log20,5+0,5log20,5)=1,
Чем бu.,nшс Hcu11vcдc,11,:;1111u\..1n \..uбn11ий, 1,:;м бu,11nillc дu,11ж1:1<1 бы,Ь
получаемая о них информация и, наоборот, чем меньше неопределен­
ность событий, тем меньше требуется информации для суждения
о них. В предельном случае, когда ожидаемое событие известно досто­
верно и нет никакой неопределенности, Н (А) = О.
3. Энтропия объекта АВ, состояния которого образуются совмест­
ной реализацией состояний А" и В 1 , равна сумме энтропии исходных
объектов А и В:
Н(АВ)=Н(А)+Н(В).
Действительно, если вероятность s" 1 состояния А"В 1 в случае
независимости А и В равна произведению p"q1, то
Но поскольку по определению вероятностей ~ q1 = ~ Pk = 1, то
1
k
Н(АВ)=Н(А)+Н(В).
Разберем случай, когда сообщения у (t), рассматриваемые как
случайный процесс, передаются с помощью сигналов z (t). Количество
информации относительно у (t), содержащееся в сигнале z (t), назы­
вают количеством взаимной информации / (у, z). Соответственно при
приеме сигнал z* (t), принятый с искажением, будет отображать
сообщение у* (t) и, следовательно, количество взаимной информации
выразится как / (у*, z*).
21


Энтропия Н (у) случайного процесса у (t) не всегда совпадает
с количеством информации / (у, z), содержащейся в процессе z (t).
Действительно, если по наблюдаемому процессу z (i) нельзя полно­
стью снять неопределенность относительно передаваемого сообщения
у, то остается некоторая неопределенность, которая может быть выра­
жена как взаимная условная энтропия Н (у, z).
Отсюда количество взаимной информации / (у, z) может быть выра­
жено как разность энтропий сообщения НУ и взаимной энтропии
Н (у, z):
/(у,z)=Н(у)-Н(у,z).
В силу симметрии у и z можно написать, что
/(у,z)=/(z,у)=Н(z)-Н(z,у).
Поэтому / (у, z) = / (z, у) и называют количеством взаимной ин­
формации.
Рассмотрим энтропию для более общего класса источников сооб­
щений, в котором вероятность выбора очередного элемента зависит
от того, какие элементы были выбраны перед этим. Такая вероятност­
ная зависимость может быть, например, в сообщениях, записанных на
русском (или другом) языке (здесь можно указать некоторую вероят­
ность появления вслед за гласной буквой согласной, вслед за некото­
рым сочетанием букв или слов - вполне определенной буквы или
слова).
Процессы, характеризующиеся вероятностной связью выбора оче­
редного элемента сообщения от предшествующих, математически
отображаются цепью Маркова.
Если вероятность р (xk) появления элемента на k-й позиции за­
висит только от элемента на (k - 1)-й позиции, то такую последова­
тельность называют простой (односвязной) цепью Маркова. Если ве­
роятность р (xk) выбора очередного элемента зависит от предшеству­
ющих элементов, то такую последовательность называют цепью Мар­
кова п-го порядка.
Таким образом, вероятность р (xk) в процессе выбора букв алфавита
не остается постоянной - последние п букв определяют вероятность
Рч (xk) выбора k-й буквы.
Если для каждой очередной буквы задана вероятность Рч (xk) и
известно, какое состояние определяется любой последовательностью
из п элементов, то можно вычислить вероятности Рq каждого из со­
стоянийsq (q=1,2, ..., r).
Безусловная вероятность р (xk) выбора k-го элементарного сооб­
щения для всех источников, представляющих практический интерес,
,
Р(xk)= ~ РчРч(xk).
Q=I
Энтропия источника, находящегося в q-м состоянии,
п
Нч= ~ Рч(xk)log2Pq(xk).
(1 .19)
k=I
22


Энтропия _источника, приходящегося на одну букву сообщения,
,
п
Н(х)=-~ ~ PчPч(xk)\og2 pq(xk).
(] .20)
q=I k=I
Вычисление энтропии позволяет оценить избыточность сообщения
rx, являющуюся следствием неодинаковых вероятностей элементов
сообщения:
Гх = (Hmax-H (x))/Hmax•
откуда
Следовательно,
Гх=l - Н(x)/log2п.
Для рассмотренного ранее примера о шарах, помеченных цифрами
и О, Н (х) = 0,081. Максимального же значения энтропия достигнет
в случае р 1 = р 2 , т. е. когда количество шаров, помеченных цифрой 1,
равно количеству шаров, помеченных цифрой О.
Следовательно, избыточность сообщения r х = l - 0,081/1 = 0,919.
Таким образом, чем меньше будут отличаться вероятности р 1 и р 2
друг от друга, тем меньше избыточность сообщения.
Рассмотрим процесс, характеризующийся простой цепью Маркова.
Источник выдает сообщения алфавита, состоящего из букв А и Б.
Безусловные вероятности появления каждой из этих букв равны,
т. е. р (А) = р (Б) = 0,5. Известны также вероятности выбора каж­
дой буквы А в зависимости от предшествующего выбора р (А/А) =
= р(Б/ Б) = 0,8 (если в предшествующем выборе была буква А, то веро­
ятность следующего появления буквы А равна 0,8). То же самое можно
сказать о букве Б. Известно также, что р (А!Б) = р (Б/А) = 0,2
(если в предшествующем выборе была буква А, то вероятность появ­
ления затем буквы Б равна 0,2).
Безусловные вероятности р (А) и р (Б) для рассматриваемого ис­
точника будут равны. Действительно, на основании формулы полной
вероятности
р(А)=р(А)р(А/А)+[l- р(А}] р(А/Б);
р(Б)=р(Б)р(Б/Б)+[l- р(Б)]р(Б!А).
Так как р (А) = р (Б) = 0,5, то на основании (1.20)
Н= - 0,5 •0,8 log2 0,8-0,5 •0,2 log2 0,2-0,5 •0,8 log2 0,8-
-
0,5 •0,2 log2 0,2 = 0,722 дв. ед.
Избыточность rх сообщения для этого случая равна 0,278.
Рассмотрим теперь случай, когда безусловные вероятности появле­
ниякаждойизбуквАиБразличны,т.е.р(А)=1=р(Б)иfJ(А/А)=
= 0,3; р(Б!А)=0,7; р=(А!Б) =0,1; р(Б/Б)=0,9,
23


Безусловные вероятности р (А) и р (Б) вычислим по формулам пол­
ной вероятности:
р(А) = О,125; р(Б) = 0,875.
Тогда на основании (1.20)
Н=
-
0,125 (0,3 log2 0,3+0,7 log2 0,7)- 0,875 [0,1 log2 0,1 +
+0,9 log20,9)~0,52дв. ед.
Отсюда Гх = 0,48.
Важной характеристикой источника информации является произ­
водительность /' (х) - количество информации, выдаваемое за еди­
ницу времени. Если сообщение у (t) представляет собой последователь­
ность дискретных элементов, вырабатываемых источником со ско­
ростью Vx (число элементов в секунду), то,
/' (х) = Vxl (х),
где / (х) - количество информации в элементе,
§ 1.4 . ЭНТРОПИЯ НЕПРЕРЫВНОГО ПРОЦЕССА
Дадим оценку неопределенности непрерывных случайных процес­
сов, рассматривая их как предельный случай.
Для этого проведем квантование значений непрерывной случайной
величины на четное число уровней, т. е. разобьем всю область ( - оо,
+ оо) возможных значений х на равные участки Лх. Проводя обоб­
щение по аналогии с дискретным случаем, можно заметить, что роль
Рн
распределения вероятности в не­
р(ж)
.х
Рис. 1.8 . График плотности вероятно-
сти случайной величины х
прерывном процессе играет плот­
ность вероятности р (х*), являю­
щаяся размерной величиной. Для
перехода к безразмерной величине
(чтобы не иметь дела с логариф­
мами размерных величин) введем
размерный коэффициент 1/х 0 (х 0 -
единица измерений плотности ве­
роятности); тогда
Следовательно, плотность вероятности р (х) будет безразмерной
функцией.
При выполненном разбиении (рис. 1.8) плотность вероятности р11
(равна заштрихованной площади), соответствующая k-му участку
разбиения,


Если считать, что непрерывная случайная величина х состоит из
дискретных величин х', то к ее оценке можно применить понятиЕ;
энтропии, т. е. можно написать, что
Начнем одновременно уменьшать все Лх. При достаточно малых
Лх и достаточно гладкой р (х)
Поэтому
хk+Лл
j p(x)dx~p(xk)Лx.
ч
1imН(х')~ Iim {-~р(xk)Лхlog2[р(xk)Лх]'} =
лх~о
Дх-t-0
-оо
"
-]im {- ~ p(x k) [l og2 p(xk)]Лx}+
Лх-+0
_
00
+1!~о {- j
00
Р(xk) [log2 Лх] Лх} =j
00
р(х)log2р\х)dx+
+\im {-[log2Лх] ~ р(xk)лх}=
Лх-+0
-оо
00
=- j p(x)log2 p(x)dx-lim1og2 Лx.
-оо
Лх-+0
(1.21)
Полученное выражение энтропии для непрерывной величины
(Лх➔ 0) за счет второго члена (lim log2 Лх) стремится к бесконечности.
лх-о
Отсюда можно сделать вывод, что непрерывные случайные объекты
не допускают введения конечной абсолютной меры неопределенности,
поэтому вводят относительную количественную меру неопределеи­
ности, называемую относительной энтропией Не (х).
Возьмем в качестве стандарта для сравнения неопреде.Тiенность рав­
номерного распределения в интервале шириной в. Производя кванто­
вание равномерно распределенной в в величины, получим, что предел
неопределенности дискретной величины х" по аналогии с (1.21) будет
Iim Н (х") = log2 в-lim log2 Лх.
ЛХ-+0
лх-+0
Относительной энтропией Hi (х) случайной величины х назы­
вают предел, к которому стремится разность энтропий квантованных
величин х' и х":
Не (х) = lim [Н (х')-Н(х")].
ДХ➔ О
t1 .22)
25


Выражая значения Н (х') и Н (х") по формуле (1.21) и подставляя
их в (1.22), получим
00
00
Нв(Х)= - f р (х) log2р (х) dx- log2в= f р (х) log2вр (х) dx.
-оо
Данная разность конечна.
Если принять в = l, то
-оо
00
Нв=1(х) =
-
f р (х) log2р (х) dx.
-оо
Число Не (х) называют также энтропией непрерывной величины,
а благодаря ее связи с дифференциальным законом распределения
вероятностей - дифференциальной энтропией.
Не (х) обладает свойствами, в ряде случаев обобщающими свой­
ства энтропии дискретных объектов.
Единицы измерения энтропии. За единицу измерения энтропии
принимается неопределенность случайного объекта, заданного так,
чтобы
п
Н(А)=- ~ Pklog2Pk=1.
k=I
Например, возьмем наименьшее число возможных состояний, при
котором объект еще остается случайным (п = 2), а основание логариф­
ма равным 2.
Тогда Н (А) =
-
р1 log2 р1 - р2 log2 р2 = 1 и, следовательно,
на основании свойства 2 энтропии р 1 = р 2 = 0,5.
Отсюда можно сделать вывод, что единицей неопределеннос1 и
служит энтропия случайного объекта с двумя равновероятными воз­
можными состояниями. Эту единицу называют двоичной единицей
энтропии. При других основаниях логарифма получают другие еди­
ницы энтропии (например, при основании логарифма 10 - десятич­
ную и т. п.). Неопределенностью в одну десятичную единицу обладает
сбъект с десятью равновероятными состояниями. Аналогично опре­
;::ел яют единицы при непрерывных процессах.
§ 1.5 . е-ЭНТРОПИЯ ДИФФЕРЕНЦИРУЕМЫХ ФУНКЦИЙ ,
При рассмотрении квантования по времени и уровню была решена
задача определения шага квантования для обеспечения заданной точ­
ности. Определим теперь требуемый объем двоичной информации для
восстановления исследуемого непрерывного процесса с заданной точ­
ностью io. Такая задача возникает в связи с тем, что, как правило, вы­
рабатываемая датчиками информация характеризуется большой из­
быточностью, которая затрудняет передачу информации по каналам
связи и увеличивает объем машинной памяти. Поэтому, прежде чем
передавать информацию по каналам связи и перерабатывать в ЦВМ,
необходимо оценить ее избыточность и при необходимости провести
сжатие.
26


Предположим, tiro фу11кциональная зависимость исследуемого про­
uесса неизвестна, но ее можно заранее характеризовать принадлеж­
ностью к определенному пространству (классу). Количественной ме­
рой такого процесса является в-энтропия.
При вычислении энтропии источника непрерывных случайных
сигналов поступают следующим образом. Пространство всех возмож­
ных сигналов (число которых в общем случае бесконечно) разбивают
на подмножества так, чтобы число подмножеств было конечным.
Если в каждом подмножестве можно зафиксировать точку (центр),
находящуюся от всех других точек на расстоянии не более в, то
тем самым аппроксимируется исходное пространство с точностью до в.
Пространство, в которое введено расстояние, называют метри­
ческим.
Если в пространстве диаметра d можно указать такую точку
(центр), которая удалена от всех других точек на расстояние, мень­
шее d/2, то его называют центрируемым.
Если пространство можно разбить на конечное число подмножеств,
его называют компактным.
Таким образом, источник сообщений указывает точки компакт­
ного центрируемого метрического пространства. Необходимо только
~~pennnи~· M"H"Mn n• Н'т•- '"'B01'1" '1"1'TT 'l:7IO nап"nь
~on,r1'Te••нo~ онфоnна•···11
VIJ
Д~J 1D
nпOJIDJIVд
na..iny
.:)
rн...
11 111]"1 . п
r.t
rJ
1.п~• ЦСI "
по которой можно было бы восстановить каждую точку сообщения
(исследуемого процесса) с заданной точностью до в. Для этого разобьем
компактное пространство А на подмножества диаметром d 3⁄4 2в (по­
лучаемая система называется в-покрытием). Тогда знание центра каж­
дого подмножества позволит определить любую точку пространства
с точностью до в. Обозначим наименьшее число подмножеств диаметра
d 3⁄4 2в через Ne, Тогда минимальное число двоичных знаков последо­
вательности для записи каждого подмножества (любой точки с точ­
ностью до в) будет равно log 2 Ne, т. е.
Не (А)= log2 Ne,
где Не (А) - в-энтропия (невероятностная, абсолютная) метриче­
ского пространства.
Вычисление в-энтропии в общем случае может быть проведено на
основании теоремы: для всякого компактного множества А, содержа­
щегося в метрическом пространстве R, выполняются следующие
неравенства:
R
..,
112 е(А) 3⁄4 Не(А) 3⁄4 Не (А),~
(1.23)
гдеh2e(А) =log2n2e(А); н:(А) =log2N~(А)
lh2e (А) - максимальное число точек в 2в-различимом подмножестве
пространства А; N: (А) - минимальное число точек в в-сети для
пространства А J.
2в-различимым подмножеством называют такую совокупность точек,
в которой расстояние между любыми двумя точками будет больше в.
27


в-Сетью называют такую совокупность точек, в которой можно
указать точку, отстоящую от избранной точки пространства А на
расстояние не более е.
-
Таким образом, вычисление е-энтропии метрического пространства
сводится к построению е-сети и 2е-различимоrо в пространстве А мно­
жества. Для функций, характеризующихся наличием ограниченных
производных порядка S (такими функциями описывается широкий
круг физических процессов), оценка е-энтропии в общем виде дается
теоремой Колмогорова - Витушкина: при всяких S ~ 1, L > О,
С > О существуют две положительные константы А и В, зависящие
лишь от S, такие, что при доста-
ер(t)
точно малых е > О выполняются
неравенства
АТ (L/e)l/s 3⁄4 Н8 (F) 3⁄4 ВТ (L/e)l/s,
где F - пространство функций
С f (t), заданных на интервале О3⁄4
3⁄4t3⁄4Т, у которых всюду на
oit::-~ ~ ~~ ~~ ._ ;)/1!::.. -- "'--
этом отрезке существует (s - 1)-я
t производная, удовлетворяющая ус­
ловию Липшица с константой L,
итаких, чтоIf<k>(О)13⁄4С(k=О,
1,2, ..., s- 1).
Рис. 1.9. Построение е-сети
Итак, чтобы определить е-энтропию, необходимо вычислить кон­
станты А и В, что делается для каждого конкретного функциональ­
ного класса особо посредством соответствующих функциональных
построений (единых рекомендаций по проведению таких построений
нет). Показателем рациональности выбранного метода построения
может служить степень сближения констант А и В.
Проведем вычисления е-энтропии для функций, удовлетворя­
ющих условию Липшица (s = 1), и для дважды дифференцируемых
функций (s = 2).
Вычисление е-энтропии для функций, удовлетворяющих условию
Липшица. Обозначим через F пространство, которое включает в себя
функции f (t), принадлежащие классу Липшица и имеющие I f (О) 1 3⁄4
~ С, а через Ф - совокупность функций IJJ (t) (рис. 1.9), представ­
ляемых на интервале (0, Т) в виде t:
t
<р(t) = IJJ(О)+Lfф(!)dt,
о
где L = в! Лt; ф (t)-функция, принимающая лишь значения+ 1 или
-
l и постоянная на каждом из участков Лt.
Числа l 'P (О) 1 < С таковы, что для двух различных функций q> 1 (t)
t
и IJJ2 (t) на интервале (О, Т) IJJi (t)=IJJ 1 (О)+ L f ф (/) dt; ЧJ2 (t) = IJJ2 (О)+
о
t
+Lf'Ф(t)dt.
о
28


Функция, заданная на отрезке (а, Ь), принадлежит классу Лип­
шица первого порядка, если If(t1) - f(t2) 1~ L Iх1- Х21 удов­
летворяют неравенству
l(f)1 (0)-(f)2 (0)1~2kв (k=O, 1, 2, ... , С!е).'
Из рис. 1.10 видно, что совокупность Ф функций (f) (t) образует
е-сеть мя пространства F. А это означает, что соответствующим выбо­
ром на каждом участке знака функции 'ljJ (t) = + 1 можно добиться
того, чтобы всюду на интервале (О, Т) выполнялось неравенство
1f(t)-(j) (t) 1< 8,
Подсчитаем количество элементов в-сети для F.
Число значений, которые может принимать функция при t = О,
равно С/в. Число участков Лt на интервале [Т] будет равно Т/ Лt.
Отсюда число функций (f) (t), образующих в-сеть для пространства
F, равно (С/в) 2т1м.
На основании (1.23) для оценки в-энтропии сверху можно записать,
что
или
He(F)~_I _ +log2 S.- .
Лt
8
Чтобы получить оценки е-энтропии снизу, построим 2в-различимые
множества в пространстве F.
Зафиксируем некоторое число '11 > О и положим
в+'11 = в' =L'Лt.
Покажем, что функции (f)t (t) и (f) 2 (t), представленные в виде
t
(f)t (t) = (f)' (О) +L'J'lj,(t) dt
(1.24)
о
хотя бы в одной точке интервала (О, Т) отличаются более чем на 2в.
Числа 1 (f)i (О) 1 < С таковы, что для двух различных функций
(f)1 (t) и (f) 2 (t) удовлетворяют равенству
1(f)1 (0)-(f)2 (О) 1= 2kв' (k = О, 1, 2, ... , С/в').
Если (f)1 (О) =p(f)2 (О), то
1(f)1 (0)-(f)2 (О) 1~ 2в'
и
1(f)1 (0)-(f)2 (О) 1> 2в.
Предположим, что
(f)1 (О)= (f)2 (0).
29


Тогда, учитывая что
получим
tk
1<pt(tk)-<p2 (tk)l=L' J \[Ф1(t)-Ф2(t)]dtl=
о
tk
= L'J2dt=2L'Лt=2L'в'/L'=2е'>2в.
о
Таким образом, функции <р 1 (t) и q, 2 (t) различимы в простран­
стве 2в.
Из рис. 1.9 ясно, что в пространстве F имеется таких элементов
(попарно отстоящих друг от друга более чем на 2е) менее чем
(С/е') 2т ! лt.
Следовательно,
Так как последнее неравенство справедливо при сколь угодно
малом '11, то на основании (1.23) имеем
TL'
С
He(F)~ - - +Iog2-.
(1.25)
е'
е'
Учитывая неравенства (1.24) и (1,25) и что Лt = в/L, получаем
ТL
С
ТL
С
--+log2 -
~ He(F) ~ --+Iog2 -,
8
8
8
-
т. е.
ТL
С
He(F)=-+log2- .
8
8
(1.26)
Константы А и В в теореме Колмогорова - Витушкина для это­
го случая равны между собой.
Вычисление в-энтропии для дважды дифференцируемых функций.
Обозначим через F пространство, которое включает в себя функции
f (t), заданные на интервале (О, Т):
где N и М - константы.
/f (О) 1~С; 1
lf' (t) 1~ N;
lf"(t) 1~ м,
Чтобы оценить в-энтропию, следует также построить в-сеть для
пространства F и 2в-различимое в пространстве F множество.
Для построения в-сети можно воспользоваться семейством Ф функ­
ций <р (t), которые можно представить в виде
t
<р(/)=<р(О)+kJф(/)dt.
о
30


где k = е!Лt; 'lj) (t) - постоянная на каждом из участков Лt ['lj) (t) =
= О;+1;+2; ...;+(Nlk+1)].
Функции 1р (t) семейства Ф таковы, что 1 1р (О)
1
~С;11р'(t)1~N.
Геометрически Ф представляет собой семейство кусочно-линейных
непрерывных функций, допускающих определенное конечное коли­
чество возможных наклонов на каждом из участков. Если подобрать
функции (JJ (t) так, чтобы всюду соблюдалось неравенство
1f(t)- (JJ(t)1~(е+б2М/8) =е'
(где б2 М/8 - погрешность аппроксимации), то Ф будет представлять
е-сеть для пространства F.
Подсчитав количество элементов е' -сети, как и в предыдущем слу­
чае, можно определить верхний предел е-энтропии.
Для оценки е-энтропии снизу построим 2е-различимое в простран­
стве F множество. Затем обозначим через G множество функций g (t),
представимых на интервале в виде
t
g(t)=g(О)+МJ'iJ(t)dt.
о
Получим
jg(t)j~N; jg'(t)j<М.
Функция 'Ф (t) на каждом из участков Лt принимает лишь одно
издвухзначений(+1или- 1),
Очевидно, что совокупность функций f* (t), записанных в виде
t
f*(t)=f* (О)+Jg(t)dt,
(1.27)
о
при условии, что I f* (О) 1 ~ С, принадлежит пространству F. На функ­
ции (1.27) можно наложить такие условия, чтобы они представляли
собой 2е-различимое в пространстве множество.
Следует отметить, что учет более полных априорных сведений
об исследуемом процессе связан с тяжелыми математическими выклад­
ками, а получаемое при этом уточнение е-энтропии практически не­
существенно.
Итак, с одной стороны, е-энтропия позволяет определить мини­
мальную двоичную последовательность для представления исследу­
емого процесса с заданной точностью е; с другой стороны, если источ­
ник вырабатывает информацию в виде двоичных чисел, с помощью
е-энтропии представляется возможность оценить ее избыточность
и, следовательно, целесообразность проведения сжатия.


ГЛАВА 2
КАНАЛЫ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ
§ 2.1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Информация независимо от своего конкретного содержания и формы
всегда передается от источника к потребителю. Информацию, пред­
ставленную в определенной форме, называют сообщением. Для пере­
дачи сообщения от источника к потребителю, удаленных друг от друга,
необходима система связи.
Системой связи (системой обмена) называют совокупность техни­
ческих средств и математических методов, предназначенных для орга­
низации обмена сообщениями между пунктами. Схема такой системы
связи между двумя пунктами приведена на рис. 2.1. Она включает
в себя передатчик П, канал К и приемник Пр. Передатчик - это
комплекс технических устройств, предназначенных для преобразова­
ния сообщения некоторого источника в сигнал, который может быть
передан по данному каналу. Канал связи - совокупность техниче­
ских средств и физическая среда, предназначенные для передачи сиг­
нала. Физическая среда, по которой распространяется сигнал (напри­
мер, электромагнитные колебания), называется линией. Приемник -
комплекс технических устройств, осуществляющих преобразование
сигнала, появляющегося на выходе канала, в сообщение.
Преобразование сообшения в сигнал при передаче сводится к опе­
рациям кодирования и модуляции, для реализации которых в пере­
датчике имеются кодирующее устройство и модулятор. Соответствен­
но приемник включает в себя демодулятор и декодирующее устройство.
Каналы классифицируют по различным признакам. В зависимости
от назначения системы, в состав которой входят каналы, их подразде­
ляют на телефонные, телевизионные, телеграфные, телеметрические,
телекомандные, передачи цифровой информации и др.; по использу­
емым линиям связи - на кабельные, радиорелейные и др.; по полосе
занимаемых частот - на тональные, надтональные, высокочастотные,
коротковолновые, световые и др.
В зависимости от структуры сигналов каналы подразделяют на
непрерывные, дискретные и комбинированные (непрерывно-дискрет­
ные или дискретно-непрерывные). В непрерывных каналах связи дJiя
передачи сообщений используют непрерывные сигналы, в дискрет­
ных - дискретные и, наконец, в комбинированных
-
сигналы того
и другого вида. Такое подразделение каналов связи и введенное μа•
32


нее подразделение сигналов на непрерывные и дискретные приводит
к четырем возможным разновидностям организации передачи сооб­
щений от источника к потребителю.
1. Источник информации вырабатывает непрерывный сигнал, до­
ставляемый потребителю в форме непрерывной функции, - канал
связи непрерывный.
2. Источник информации вырабатывает непрерывный сигнал, дос­
тавляемый потребителю в дискретной форме, - канал связи непре­
рывно-дискретный.
3. Источник информации вырабатывает дискретный сигнал, дос­
тавляемый потребителю в форме непрерывной функции, - канал свя­
зи дискретно-непрерывный.
Источник
сооi5щения
Помехи
Получатель
соооще.чия
Рис. 2.1. Структурная схема системы связи
4. Источник информации вырабатывает дискретный сигнал, достав­
ляемый потребителю в дискретной форме, - канал связи дискретный.
Выбор того или иного канала зависит от характера источника ин­
формации, возможности преобразования первичного сигнала, выраба­
тываемого источником информации, возможности использования того
или иного канала в конкретной АСУ, характеристик потребителя
информации с точки зрения структуры обрабатываемого сигнала.
Классификация дискретных и непрерывных каналов условна,
так как часто дискретный канал содержит внутри себя непрерывный
канал, на входе и выходе которого имеются непрерывные сигналы.
При математическом 011исании дискретного канала связи обычно
не учитывают то, что в нем имеется непрерывный канал связи.
Теоретически дискретный канал определяют, _задаваясь алфавитом
кодовых символов на входе, алфавитом кодовых символов на выходе,
количеством информации, пропускаемой каналом в единицу времени,
и значением вероятностных характеристик.
В зависимости от количества кодовых символов в алфавите (ис­
пользуемой системы счисления) канал называют двоичным, если
т=2,троичным- m=3ит.д.
Источники и потребители информации могут объединяться между
собой как по прямым (некоммутируемым) каналам, так и по транзит­
ным трактам, составленным из нескольких каналов путем их коммута­
ции (КК - коммутация каналов) или поэтапной передачей сообщений
через центры коммутации по мере освобождения каналов данного на­
правления (КС - коммутация сообщений).
Каналы, объединяющие между собой оконечные устройства (ис­
точники, потребители) и центры коммутации, называют абонент­
скими (АК).
2 Зак. 744
33


§ 2.2. МОДУЛЯЦИЯ И ДЕМОДУЛЯЦИЯ
Модуляция. При передаче информации по линии связи переносчиком
информации служит сигнал (в электрических линиях связи - постоян­
ный или переменный ток, в радиолиниях - электромагнитные коле­
бания). На передающем пункте воздействуют на сигнал с целью из­
менения его параметров таким образом, чтобы он однозначно отражал
передаваемое сообщение (букву или слово). Процесс перехода от кодо­
вых символов к элементам сигнала называют модуляцией.
Различные виды модуляции характеризуются различными видами
физических сигналов и их параметров, подвергающихся воздействию.
aJ
z(tJ~I ______
_о)
t
z(t)V\ (\ .
вJГVVt
zщlпплПППt
Для образования сигналов могут ис­
пользоваться постоянные состояния, ко­
лебания или импульсы любой физиче­
ской природы (акустические, электри­
ческие, радио, рис. 2.2).
Носитель информации z (t), показан­
ный на рис. 2.2, а, характеризуется по­
стоянным состоянием (например, по­
стоянный уровень электрического тока
или напряжения). Модуляция в данном
случае сводится к такому изменению
сигнала, при котором устанавливается
необходимое соответствие с кодовой
комбинацией (например, единице соот­
Рис. 2.2 . Виды кодовых сигна- ветствует 6 В, а нулю - 0,5 В).
лов
Носитель информации z (t), показан-
ный на рис. 2.2, 6, характеризуется
гармоническим колебанием, что свойственно линиям связи с частот­
ным уплотнением и радиолиниям, где переносчиком информации
является несущая частота. Параметрами, которые могут подвер­
гаться при этом воздействию, будут амплитуда И0 , фаза q> и частота
ro: и = ИO cos (w0 t + q>0), где И0, w0, q>0 - соответственно амплитуда,
частота и начальная фаза.
Носитель информации z (t), показанный на рис. 2.2, в, характери­
зуется периодической последовательностью импульсов, что находит
применение в многоканальных системах с временным разделением
каналов. При этом изменению могут подвергаться амплитуда И0
импульсов, их позиция или фаза q>, длительность импульсов или
пауз т, частота импульсов f и коды, образуемые ими.
В системах связи основное распространение получили модуляция
гармонических колебаний и импульсная модуляция.
Модуляциягармоническихколебаний. Вка­
налах с частотным уплотнением и радиолиниях используют сигналы
высоких несущих частот. Спектры сигналов в системах управления и
передачи цифровой информации часто находятся в области низких
частот. Поэтому для организации передачи информации возникает
необходимость модуляции (введения переносчика).
В зависимости от того, какой параметр изменяется в гармониче-
34


ском колебании, различают модуляцию амплитудную, частотную,
фазовую.
Амплитудная модуляция. При амплитудной модуляции гармони­
ческого колебания (рис. 2.3) воздействию подвергается амплитуда сиг­
нала, которая изменяется во времени в соответствии с передаваемым
низкочастотным сигналом:
(2.1)
Сигнал при амплитудной модуляции в общем виде записывается
так:
илм =[Ио+ Лиf (t)] cos (@0 t + q:>0),
или
идм=Ио [1+ t: f(t)] cos(ro0 t +(J)o),
(2.2)
где Ли - предельное изменение амплитуды низкочастотного сигнала;
f (t) - функция низкочастотного сигнала во времени (модулирующая
функция); Ли!U 0 = М - коэффициент модуляции.
t.
Рис. 2.3. Амплитудная
моду.,яция (АМ) синусо­
ида.,ьного сигнала
Сигнал
1
-
....- -:,:1+-,__,,,_ .___
Перенос.чикО /\ /J•/\ /\ О О /\ /\ .t
rvvovоооvvt
AMr
iЛ1\R
L\OJJL\l\/\/\/\
Рис. 2.4 . Амплитудная модуляция
(АМ) при скачкообразном изменении
сигнала
При амплитудной модуляции во избежание искажений, связан­
ных с перемодуляцией, необходимо, чтобы коэффициент модуляции
был меньше единицы (М < 1).
На рис. 2.4 изображена модуляция при скачкообразном измене­
нии модулирующей функции.
Если Лиf (t) представляет собой низкочастотное гармоническое
колебание с параметрами частоты Q и фазы Ф, то
Uдм = Ио [1 +м cos (Qt +Ф)] cos (wot +сро)
или
.lлм = И0 [cos (@о t +ср0) +м cos (Qt + Ф) cos (@0t +q,0)]. (2.3)
2*
35


Заменяя в последнем слагаемом произведение косинусов на их сумму,
получим
А1
илм = U 0 {cos ((i)o/ +q:>o) + -· co s [(roo+Q) t+(J)o+ФJ +
2
+~ cos [(w,1-Q) t + (j)0-ФI}.
(2.4)
2
Это выражение показывает, что спектр амплитудно-модулирован­
ного сигна.r1а состоит из трех составляющих: несущей с частотой ro 0
Сигнал 1
.
f'
'
(первое слагаемое), боковой с ча­
стотой (i) 0 + Q (второе слагаемое)
и боковой с частотой (i)o - Q
(третье c.llaraeмoe).
.
VVUVV~VVVt
ЧМ
1
'
•~ 11 r. l't}l'Sd 11 /1 /1
V\ГМf Jf VО \Г\Г\J t
1
1
Частотная модуляция. При ча­
стотной модуляции в соответствии
с передаваемым низкочастотным
сигналом изменяется частота сиг­
нала (рис. 2.5):
Рис. 2.5 . Частотная модуляция (ЧМ)
(i) = (i)o + Л (i)f (i), (2.5)
где Лffi - преде.llьное изменение
-
девиаuия частоты от модуляции
низкочастотным сигналом; f (t) - функция низкочастотного сигнала
во времени.
Написанное выражение нельзя непосредственно подставить в вы­
ражение
как это делалось в предыдуще~1 случае, поскольку при изменении
частоты всегда меняется и фаза, а при изменении фазы меняет­
ся и частота, т. е. частотная и фазовая модуляции взаимосвязаны
(иногда их вследствие этого объединяют под общим названием угло­
вой модуляции).
Допустим, что
Л(J)f (t) = Лwmcos (Щ + Ф).
(2.6)
Подставляя (2.6) в (2.5), получи~~
ffi = (i)0 + Лwmcos (Qt + Ф).
Если теперь использовать носитель информации в виде стабиль­
ного по амплитуде переменного напряжения
и=иOcosе(t)
(2.7)
(где 0 (t) = w0 t + ср0 - мгновенная фаза переменного напряжения),
то частота не постоянна и ее мгновенное значение определяется как
w = d0Jdt,
36


а фаза колебаний с перемецной угловой скоростью как
Учитывая это, (2. 7) можно записать в виде
1
и= Ио cos Jrodt.
о
(2.8)
Таким образом, чтобы составить выражение для частотной моду­
лящш, необходимо проинтегрировать выражение (2.5):
1
t
J'rodt= f[ro0 +Лrof (t)J dt,
о
о
откуда с учетом (2.8)
0=ro0 t+ЛroJf (t)dt.
о
f
Обозначив f f (t) df = Р (t), мu,,шu ->ш1111.:<11ь, ч1u
о
Ичм= И0 cos lw0t + ЛrоР(f)].
(2.9)
(2.10)
(2.11)
Если f (t) представляет собой гармоническое колебание с пара­
метрами Q и Ф, то
t
Ичм= И0cos[ro0t+Лwfcos(Q/+Ф)dt]= И0cos[w0t+
о
+ (Л(l)/Q) siп (Qf + Ф) + qJ0].
Отношение Лffi/Q = т называется индексом модуляuии и имеет
смыс.л наибольшего отклонения фазы в проuессе модуляuии:
ичм=И0coslw0t+тsin(Qt+Ф)+<р0].
Если модулирующая функuия f (t) имеет более сложный вид и
может быть представлена как сумма косинусоид, то
"
Ичм=Иоcos[root+ ~ mksiп(Qkt+Фk)+<vo],
(2.12)
k=I
где mk = Лmk/Qk - частотные индексы модуляuии, зависящие от
амплитуд и частот соответствующих гармоник.
Фазовая модуляция. Фазовая модуляция характеризуется изме­
нением фазы сигнала в соответствии с передаваемым сообщением
(рис. 2.6):
(JJ = (J)o + ЛqJf (t),
(2.13)
где Лrр - предельное изменение фазы от модуляции низкочастот­
ным сигналом; f {t) - функция низкочастотного сигнала.


Аналитическое выражение для фаза-модулированных колебани~
можно получить путем подстановки (2. 13) в уравнение для синусои­
дальных колебаний:
ИФМ = И0 cos [ro0t +ЛqJf(t)],
(2.14)
где ЧJо =О.При сравнении выражений (2.14) и (2.11) видно, что в аргу­
менте косинуса в выражении при частотной модуляции стоит интеr­
t
рал модулирующей функции J f (t) dt, а при фазовой модуляции -
о
сама модулирующая функция f (t). Если ,же модулирующие (ин<J?орма­
ционные) функции представляют собои синусоиды f (t) = sш Qt
с постоянной частотой Q, то сиг­
налы при частотной и фазовой мо­
дуляциях различить трудно. При
сложной модулирующей функции
с частотой Q (t), изменяющейся
во времени, аналитические выра­
жения сигналов при частотной и
фазовой модуляциях различаются
легко.
Сигнал I
....--',+/___.,, ____
ОереносчикА 0
:
i
.
t
_J\{}f\1\11f\1\~
V V~V \ГР Vl11/t
Фм~(\ffi(\{\\(\(\(\ ,
V{Г!VV\VVVV t
1
Рис. 2.6 . Фазовая модуляция (ФМ)
модуляцияимпульс­
ных сигналов. Вимпульс­
ных системах передачи переносчи-
ками информации являются после­
;;.овательности импульсов, длительность тм котор:,1х обычно значитель­
но меньше периода следования Т0 • Чем больше скважность i' = Тоfт м,
тем меньше энергия импульсного сигнала по сравнению с энергией
непрерывного сигнала (при одинаковых пиковых значениях). Уве­
личение временных интервалов между импульсами одновременно поз­
воляет увеличить размещение в них импульсов других каналов, т. е.
осуществить многоканальную связь с временным разделением каналов.
Выражение для импульсного переносчика информации будет
и=И0Щ1(t- f0- iT0) (i=О;1;2...),
(2.15)
i
где ИO - амплитуда импульса; f 1 (t) - функция, описывающая фор­
му одиночного импульса; t 0 - начальная фаза (сдвиг относительно
выбранного начала отсчета); Т0 - период следования импульсов.
Чаще всего последовательность однополярных прямоугольных
импульсов характеризуется четырьмя параметрами: И 0 , t 0 , Т 0 , дли­
тельностью импульсов ти.
Процесс изменения параметров импульсной последовательности
сигнала переносчика называют импульсной модуляцией. Различаются
следующие виды импульсной модуляции: амплитудно-импульсная,
широтно-импульсная, фаза-импульсная, частотно-импульсная.
Рассмотрим сущность каждого из вышеперечисленных видов
модуляции.
Амплитудно-импульсная модуляция. Амплитудно-импульсная мо­
дуляция - это модуляция, при которой изменяется только амплитуда
38


импульсов - переносчиков информации. При ней сигнал записы-.
вается в виде
(2. IG)
Различают два вида амплитудно-импульсной модуляции: в одном
случае (рис. 2.7, а) амплитуда каждого из импульсов изменяет­
ся в соответствии с изменением модулирующей функции; в другом
а)
5)
f(t) ,,-
~!.!~;;:
'
f{t) -
,.._ __
~..---- ~.. - '"::'
'
.....,/
О'-.и.&.---"'..._....1<.1.._14,__ o._ ..,.. __ ..._ -" "' - -J" "- -
t
t
Рис. 2.7. Амп.1нтуд1ю-нмпульсная моду.1яцня
(АИМ)
(рис. 2.7, б) - амплитуда каждого из импульсов остается постоянной
и равной значению модулирующей функции в некоторый момент
времени в пределах существования импульса (например, значению
модулирующей функции в момент начала импульса). Модулирующей
же функции соответствует общий характер
изменения последовательности импульсов. Сигнал 1.
Шuротн.о-импульсная модуляция. Этот
~
Ь-
вид модуляции характеризуется из~1ене- Переносчик 1 :
1
t
нием (увеличением) длительности нмпуль- •
.П
П:QЦП~1ПП
б
ф
11,,,1
,11
t
сов за счет смещения о оих его рантов
ошимj ,~ ,, No 111
в функции модулирующего сигнала
.О
Пi1.:iфw·rnПО
(рис. 2.8). Поэтому такой вид модуляuии
шим 111 11 11 111
t
иногда называют длительно-импульсной
Iп n!tn ltill!В nt о п
модуляцией. Разновидностью этого вида
t
модуляции является одностороннее изме- Рис. 2.8 . Широтно-11мпульс-
нение длительности импульса за счет сме-
пая моду.~ящ1я (ШИМ)
щення одного из фронтов. Предположим,
что немодулированные видеоимпульсы имеют прямоугольную форму
и длительность •и• Примем за начало отсчета времени момент, соот­
ветствующий середине импульса, так что на интервале, равном
периоду следования Т0 , сигнал
f1<t<t2;
t1>t >t2,
С'2.17)
39


где t 1 и t 2 - соответственно времена, определяющие положение пе•
реднего и заднего фронтов импульса; •и= i2 - t 1 •
Пусть при модуляции ширины импульса по закону f (t) = sin Qt
ссответственно изменяется лишь временное положение переднего
q:ронта импульса, а положение заднего фронта остается неизменным,
т. е. реализуется односторонняя широтно-импульсная модуляция.
Обозначим максимальное отклонение переднего фронта импульса
через Лт (Лт ~ тп)· Тогда положение фронтов импульсов при моду­
ляции выражается соотношениями
t1(t)= - 0,5'fи- ЛтsinQt;
f2 (t) = О,Sт11•
Представим немодулированную последовательность видеоимпуль­
сов прямоугольной формы рядом Фурье:
00
и (t) = Ио (tz-ti) + Ио ,I .! . _ [sin kQ0 (t-t1)-sin kQo (t-t2)]. (2.18)
То
лk=Ik
или, подставляя значения t 1 и t 2 , получим выражение модулирован­
ного сигнала:
ишим(t) = Ио (О,Sти+О,Sти+ЛтsinЩ)+
То
+J::o. ~ J__ [sinkQ0 (t+O,Sт11 +ЛтsinQ/)-siпkQ0 (t-O,Sт11)],
л .....,.
k
k=I
откуда
00
ишим(t)=~ •11 + Ио ЛтsinQf+J::o. ~
-
1
-
[sin kQ0 (t +
Т0
Т0
л ,"'1. k
k=I
+ О,5т11 + Лт sin Qf)-sin kQ0 (t-0,Sти)J.
(2.19)
Это выражение говорит о том, что при модуляции коэффйциенты
ряда Фурье не остаются неизменными, а являются некоторыми пе­
риодическими функциями времени. Спектр сигнала при широтно­
импульсной модуляции имеет более сложную структуру, чем спектр
сигнала при амплитудно-импульсной модуляции при том же законе
модуляции, так как в этом спектре появляются искажения, вызванные
модуляцией.
Фаза-импульсная модуляция. Фаза-импульсная модуляция харак­
теризуется тем, что временное положение импульсов может изменять­
ся в соответствии с информационной функцией (рис. 2.9). Поэтому такой
вид модуляции называют также позиционно-импульсной модуляцией.
Ширина импульсов при фазо-имnульсной модуляuии не изменяется,
Пусть информационная функция имеет вид
f(t)= sin Qf.
40


Примем, что при sin Qt > О импульсы сдвигаются влево от исход­
ной точки (т. е. в сторону опережения), а при sin Qt < О - вправо
(в сторону отставания). Тогда изменение положения фронтов импуль­
сов при фазо-импульсной модуляции можно записать так:
t1(t)=0,5•и- ЛtsinQt;
(2.21..')
t2(t)= 0,5•и- Лt sinQ(t- Лt),
где Лt - величина смещения импульса во времени.
Подстановка этих значений в выражение для немодулированноi'1
последовательности видеоимпульсов прямоугольной формы, записан­
ной в виде ряда Фурье, дает следующее выражение:
и (t) = i [О,5ти-лt sin Q[(t-Лt)-О,5ти + Лt sin Qt] +
00
+~ "'-
1
[sin kQ0 (t-О,5ти + Лt sin Qt)-
л~k
k=I
sin k Q0 [t- О,5ти-Лt sin Q (t-Лt)].
(2.21)
Из (2.21) видно, что коэффициенты ряда Фурье изменяются из-за
модуляции. Исследование спектральной структуры показывает нали­
чие частотных искажений. По этим причинам демодуляция сигнала
фазо-импульсной модуляции осуществляется путем его преобразова­
ния в сигнал широтно-импульсной
модуляции с последующим выделе­
нием спектра сообщения с помощью
фильтра нижних частот.
Чш:тотно-импульсная модуляция.
При этом виде модуляции изменяется
частота следования импульсов в со­
ответствии с передаваемым сообще­
нием.
Различие между фазо-импульсной
и частотно-импульсной модуляциями
Сигнал'
"---4- - ____ .,_, -
i
1
llереносчик
I
i
1
ПП!ППППIППП
1
1
ФИt-1 /
i
t
t
1
1
1
1
t
аналогично различию между фазовой Рис. 2.9 . Фазо-11мпу.1ьсная модуля-
и частотной модуляциями синусои-
цпя (ФИМ)
дального переносчика.
Демодуляция. Демодуляция - это процесс выделения низкочас­
тотного (модулирующего) сигнала из высокочастотного, т. е. про­
цесс, обратный модуляции. При непрерывной модуляции демодуля­
ция принципиально равнозначна процессу детектирования, который
состоит из двух частей: создания низкочастотного сигнала на основе
модулированных высокочастотных колебаний, отфильтрования полез­
ного низкочастотного сигнала от высокочастотных колебаний.
Первая часть процесса детектирования обычно осуществляется
с помощью детекторов, вторая - с помощью фильтров.
При детектировании амплитудной модуляции колебаний часто
применяют двухтактное детектирование, что влечет за собой двухпо-
11упериодное выпрямление несущей частоты. Если, например, модули-
41


рующая функция f (t) представляет собой sin Qt и ср 0 = О, то на осно­
вании (2.2) для амплитудно-модулированного напряжения
Илм=U0(1+МsinQt)sinffi0f.
(2.22)
Ток в цепи линейного детектора (iлм = k I илм 1 ) можно опреде­
лить, взяв модуль выражения (2.22), а так как модуль произведения
равен произведению модулей сомножителей, то находят модуль каж­
дого из сомножителей. Поэтому, учитывая, что первые два сомножи­
теля всегда положительные, ток
iлм=kU0(1+МsinQt)1sin roof1,
(2.23)
где I sin ro 0 t 1 - выпрямленная синусоида при двухполупериодном
выпрямлении.
Разложение в ряд Фурье I sin ro 0 f I дает
1
•
I- ~(l_2IooCOS2kffio/)
SIПffi0t -
----'--
.
rt
4k2 -l
k=l
_
Следовательно,
iлм=~kU f(1 + MsinQt)-2 ~ cos 2kffio! -
n
оl
k~l 4k2-1
_2М ~sin Q/ cos 2kffio t].
,._
4k2 -l
k=I
(2.24)
Формула (2.24) показывает, что в выражение для тока входят сла­
гаемое 1 + М sin Qt (модулирующий сигнал, выделение которого
и является целью демодуляции), частные гармоники несущей частоты
с частотами 2kro 0 (первая сумма) и с частотами 2kffi 0 + Q (вторая
сумма). Если характеристика детектора имеет вид, отличный от ли­
нейной характеристики, то для детектирования годятся нелинейные
зависимости, симметричные относительно оси ординат. Зависимости
такого рода должны содержать четную часть, например функции
1 х 1 , х2, х4 , cos х и т. д. пригодны в качестве характеристик де­
текторов, а функции х, х3 , sin х и т. д. - непригодны.
Демодуляция частотно-модулированных колебаний состоит в том,
что сначала эти колебания преобразуются в амплитудно-модулиро­
ванные колебания, а затем детектируются, как описано выше. Де­
модуляция амплитудно-импульсного модулированного сигнала почти
не отличается от детектирования амплитудно-модулированного коле­
бания. Различие состоит лишь в составе высокочастотной части спект­
ра, которая все равно должна быть отфильтрована. То же относится
и к широтно-импульсной модуляции, так как составляющая низкой
частоты после обычного детектирования импульсно-модулированного
сигнала пропорциональна площади импульса и неважно, будет ли
меняться в огибающей импульса при модуляции амплитуда или дли•
тельность.
42


При фазо-импульсной модуляции площадь импульса остается не­
изменной, а модуляция состоит лишь в смещении импульса относи­
тельно тактовой точки. Поэтому при демодуляции фаза-импульсной
модуляuии нужно предварительно преобразовать ее в амплитудно­
или широтно-импульсную модуляции или же в такую форму, в кото­
рой изменяется площадь импульса. В качестве преобразователя фазо­
импульсной модуляции в широтно-импульсную модуляцию может
быть использован триггер, включаемый тактовыми импульсами,
а выключаемый импульсами фаза-импульсной модуляции.
§ 2.3. ПОМЕХИ
Из-за различных несовершенств каналов связи, передатчиков,
линий связи, приемников, а также внешних возмущений передава­
емая информация подвергается воздействию различных помех, из-за
чего передаваемый сигнал z (t) искажается.
В непрерывном канале помехи вызывают изменение формы, мас­
штаба и задержки принимаемого сигнала относительно передаваемого.
В дискретных каналах следствием помех являются искажения пере­
даваемых сигналов или появление ложных символов.
Если искаженный сигнаJ1 z'(t) на выходе связан с входным сигна­
лом z (t) вполне определенной функциональной зависимостью, кото­
рая позволяет в точности восстановить первоначальный сигнал,
то такие искажения называют регулярными.
Если из-за помех нарушается взаимооднозначное соответствие между
сигналами на входе и выходе, то такие помехи называют нерегулярными.
По виду воздействия на основной сигнал помехи~ (t) можно разде­
лить на аддитивные ~а (f) и мультипликативные ~ м (f).
В случае наличия аддитивных помех зависимость между прини­
маемым сигналом z' (t) и передаваемым сигналом z (t) можно предста­
вить в виде суммы:
z'(t)= z(t)+~а(t).
(2.25)
При мультипликативных помехах принимаемый сигнал можно
представить в виде произведения:
z' (t)= z(t)~м(t).
(2.26)
Помехи могут иметь самую различную природу возникновения и
учесть индивидуальные особенности каждого источника помех почти
невозможно. Поэтому обычно используют статистические характе­
ристики помех, сводя их к нескольким типичным видам, которые
можно подразделить на флуктуационные и импульсные.
Флуктуационные помехи представляют собой непрерывную слу­
чайную функцию времени. Такой функцией может описываться широ­
кий класс помех, происходящих от многочисленных источников (про­
мышленных источников помех). Характерной особенностью флук­
туационных помех является наложение большого количества пере­
ходных процессов, отдельных выбросов и практическое отсутствие
выбросов, превышающих основной уровень более чем в 3-4 раза. В си-
43


лу последнего явления флуктуационные помехи называют гладкими
шумовыми помехами.
В статистической теории случайных процессов доказывается, что
при наложении большого числа независимых воздействий их суммар·
ное распределение близко к нормальному. Отсюда в большинстве
случаев флуктуационные помехи имеют нормальный закон распре•
деления.
Импульсные помехи представляют собой последовательность им­
пульсов произвольной формы со случайными по величине амплиту­
дой, длительностью и моментом появления. В этом виде помех нет
наложения переходных процессов отдельных выбросов. Источниками
импульсных помех являются различные промышленные электриче­
ские источники (искрообразование при включении и выключении
двигателей, электросети, работе электросварочных аппаратов).
Часто случайные импульсные помехи называют хаотическими
uмпульснылщ помехами. Из хаотических импульсных помех наиболь­
шую опасность представляют помехи, имеющие параметры, по величи­
не близкие к полезному сигналу и возникающие при работе приемных
устройств по пороговому принципу.
§ 2.4. ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ КАНАЛА СВЯЗИ
Рассмотрим некоторый канал связи, на вход которого поступает
множество сигналов z (t), а на выходе имеется множество сигналов z'(t).
С помощью сигнала z (t) передается сообщение у (t). Количество
информации /' (у, z) относительно У (t), содержащееся в передава­
емом сигна.1е z (t) и поступающее на вход канала за одну секунду,
называют скоростью ввода информации в канал связи.
Количество информации / (у, z') относительно у (t), содержащееся
в принимаемом сигнале z' (t) и передаваемое за одну секунду, назы­
вают скоростью передачи информации по каналу связи.
Будем считать, что сигнал z (t) на входе канала полностью ото­
бражает входную инq:ормацию, т. е. У (у, z) = У (у), и соответствен­
нонавыходеУ(у,z') =У(z, z').
Если скорость передачи символов сигнала z' (t) по каналу равна
Vz, то сЕорость передачи информации
У'(z, z') =V2, У(z, z'),
где У (z, z') - количество информации, содержащееся в символе на
выходе.
ТаккаЕ/(у,z) =Н(у) - Н(у, z),томожнозаписать,что
У(z, z') =Н(z)- Н(zlz') =Н(z') - Н(z'lz),
(2.27)
где Н (z) - энтропия символа входного сигнала; Н (z') - энтропия
символа выходного сигнала; Н (zlz') - условные (взаимные) энтро­
пии символов входного и выходного сигналов.
В результате действия помех при передаче дискретной последова­
тельности символов г.о реальному каналу связи последняя искажается,
44


т. е. на некоторой i-й позиции символ у[ на приемной стороне будет
отличаться от передаваемого символа у;.
В простейшем случае условные вероятности р (у' /у) того, что на
i-й позиции с выхода канала будет выдан символ у', если на вход ка­
нала был подан символ у, для всех позиций i одинаковы и не зависят
от значений у' и у на других позициях. В этом случае дискретный канал
связи называют стационарным дискретным каналом без памяти,
или однородным каналом.
Если условные вероятности перехода зависят от времени или от
имевших место ранее переходов, то канал связи называют неоднород­
ным, или каналом с памятью.
В простейшем случае дискретный канал связи может быть пред­
ставлен как симметричный канал без памяти. Симметричным кана­
лом связи без памяти называют такой стационарный дискретный ка­
нал, в котором вероятности искажения любого из символов одинако­
вы. В этом канале верность передачи не зависит от статистики переда­
ваемой последовательности. Воздействие помехи при этом можно пред­
ставить как позиционное суммирование входной последовательности
алфавита кодовых символов у; с независящей от нее последователь­
ностью Е; мешающих символов, выдаваемых условным источником
помехи, статистическая характеристика которой полностью опреде­
ляет канал.
В симметричном канале без памяти ошибки кратности t подчи­
няются биномиальному закону распределения. Если обозначить
вероятность ошибки символа через р, а вероятность безошибочного
его приема - через q = 1 - р, то распределение ошибок в кодовой
комбинации, состоящей из п символов, определится из разложения
бинома:
Каждый член разложения (2.28) характеризует вероятность появ­
ления t-кратной ошибки в комбинации при заданной вероятности р
ошибки символов.
Значительно больший практический интерес представляют собой
симметричные каналы с памятью, в которых вероятности перехода
р (у' /у) для каждой пары ij зависят как от времени, так и от переходов,
имевших место ранее.
В симметричном канале с памятью распределение числа ошибок на
протяжении некоторого блока символов любой длины п не всегда под­
чиняется биномиальному распределению. Подавляющее число реаль­
ных каналов имеет склонность к многоступенчатому группированию
ошибок, в чем и выражается запоминание некоторого состояния
канала.
При описании группирования ошибок с помощью простой цепи
Маркова канал представляется набором S; состояний, которые пере­
ходят друг в друга с вероятностью Pu и в каждом из которых ошибки
неза~,и_симы и происходят с вероятностью р;. Простейшей моделью
'45


такого типа является модель Гилберта, в соответствиl! с которой канал
может находиться в состояниях S 1 и S 2• Причем в состоянии S 1 ошибки
отсутствуют, т, е. р 1 = О, а в состоянии S 2 ошибки возникают с ве­
роятностью р 2 , Если известны вероятности прямого р 12 и обратного
р 21 переходов, а также вероятности сохранения состояний р 11 и р 22 ,
то в этом случае статистика ошибок образует простую марковскую
цепь последовательности состояний и определяется матрицей
P(S)=II:: Р1211 •
Р22
(2.29)
С тем чтобы было выполнено условие группирования ошибок в па­
кеты, переходные вероятности состояний должны быть значительно
меньше вероятностей сохранения состояний, т. е.
Р12«Pu; Р21«Р22•
Вероятности пребывания канала в состояниях S 1 и S 1 соответст­
венно:
р_
Р21
1-
Р12 +Р21
р_
Р12
2-
Р12 +Р21
а вероятность ошибки символа
р-Рр-Р Р12
-
2'2-
2
•
Р12 +Р21
причем р обычно много меньше р 2, поэтому р12 < р 21,
Простейшим обобщением модели Гилберта является модель, допус­
кающая ошибки как в плохом, так и в хорошем состоянии. Статистика
ошибок для нее будет определяться матрицей переходных вероятно­
стей Р (S) вида (2.29) и двумя вероятностями р 1 и р 2 , а вероятность
ошибки символа
(р_рр+рр_'Р1•Р21+Р2•Р12
-
1'1
2' 2-
•
Р21 + Pia
Остальные характеристики остаются такими же, как и у модели
Гилберта, так как матрица переходных вероятностей Р (S) для этих
моделей одинакова.
Недостатком рассмотренных моделей является то, что они не от­
ражают момента образования групп пакетов ошибок и реального рас­
пределения их длин. Однако это обстоятельство не умаляет их цен­
ности при анализе систем передачи дискретной информации,
Максимально допустимую скорость передачи информации по всем
допустимым распределениям входных сигналов называют пропуск­
ной способностью канала связи и обозначают через С:
С= max /(z, z').
Если известна пропускная способность на один символ
-~· 1,:.:.. ,
С1= max Н(z, z'),


то
с= vz cl'
Во всех практических случаях пропускная способность канала
связи является величиной конечной.
На основании знания пропускной способности К. Шеннон сфор·
мулировал теорему кодирования, которая заключается в том, что
сообщения всякого дискретного источника
могут быть закодированы сигналами z(t) ка­
нала и восстановлены по сигналам z'(t) на
выходе канала с вероятностью
ошибки,
сколь угодно близкой к нулю, если прои3-
водительность источника информации мень­
ше пропускной способности канала.
Для случая, когда в канале отсутствуют искажения у (t) =
= у' (t), количество информации, содержащееся в принятых симво­
лах, будет совпадать с энтропией источника:
/(у,у')=н(у) - н(у/у')=н(у).
Пропускная способность по определению равна max /' (у, у'),
но поскольку помехи отсутствуют, то /' (у, у') достигается лишь тогда,
когда на вход канала поступают символы со скоростью Vmax от ис­
точника, имеющего энтропию Hmax (у). Но Hmax (у) будет в случае
равной вероятности появления любого символа алфавита объемом m:
Р1=Р2= ... = Рт= 1/т; Hmax= log2т,
Следовательно, пропускная способность канала без помех
С=Vlog2т.
Пропуск.ная способность симметричного канала падает с увели­
чением энтропии Н (Е) мешающего источника:
С1=log2т- Н(Е).
Для двоичного симметричного канала т = 2, поэтому при отсут­
ствии помех пропускная способность С = V, т. е. чис.iiенно равна
скорости поступления символов от источника информации.
§ 2.5 . СТРУКТУРА И СПОСОБЫ ОРГАНИЗАЦИИ
ИНФОРМАЦИОННЫХ СЕТЕЙ СВЯЗИ
Комплекс технических средств в системе связи, обеспечивающий
передачу информации, называют сетью связи (сетью обмена).
К сетям связи, предназначенным для передачи какого-либо одного
вида информации, относят сети связи телеграфные, телефонные, пере­
дачи дискретной информации и др. Эти сети связи в свою очередь де­
лятся на локальные, интегральные, государственные и глобальные.
Локальные сети связи (рис. 2.10) включают в себя информационно­
вычислительный центр ИВЦ и несколько абонентских пунктов АП,
47


связанных с ИВЦ с помощью тех или иных каналов связи. В случае
использования некоммутируемых каналов они сопрягаются с ИВЦ
через мультиплексор М, при коммутируемых каналах соединение
АП
осуществляется по телефонной
АП
или телеграфной сети через со­
ивц
АП
ответствующие станции комму­
тации АТС, АТА. Информа­
ция, обрабатываемая, хранимая
и появляющаяся в локальных
сетях, замыкается внутри них.
Интегральная сеть связи
(рис. 2.11) в отличие от локаль­
ной сети состоит из нескольких
НВЦ и их АЛ. Поэтому она
включает в себя и абонентскую
и межцентровую сети.
Государственные и глобаль­
ные сети обшна ГСО (рис. 2.12)
создаются на базе территориаль-
Рис. 2.10. Структурная схема локальной но разнесенных АСУ и объектов
сети связи
управления. Абонентами ГСО
являются отдельные АСУ (фир­
мы, отрасли, министерства и др.), объединяемые в единую государ­
ственную или глобальную сеть обмена информацией общего пользо­
вания через центры коммутации сообщений ЦКС и главный инфор­
мационно-вычислительный центр ГНВЦ.
Рис. 2.11. Структурная схема интегральной сети CBЯJII
ГСО отличаются высокой степенью надежности и обеспечивают
максимум пропускной способности, так как каждый ЦКС объеди­
няется с соседними по крайней мере двумя некоммутируемыми кана­
лами.
Абонентские сети имеют радиальную структуру и объединяют
абонентские пункты с ЭВМ через мультиплексор или просто через
48


оператор. В качестuе каналов здесь чаще всего используют каналы
городских или районных телефонных и телеграфных сетей.
Межuентровые сети организуются путем соединения между собой
пентров коммутации и ИВЦ некоммутируемыми каналами. Соедине­
ние может осуществляться как по принципу «каждый с каждым»
(рис. 2.13, а), так и по радиально-узловому (рис. 2.13, 6), рад11ально­
кольuевому (рис. 2.13, в) 11 сеточному (рис. 2.13, г) принципам.
----------
АП
~
АП
-.. _, .------/
АП
1
}АП
j
Р11с. 2.12. Структурная схема государственной сети обмена
Основным видом каналов, применяемых в межцентровой сети, яв­
ляются некоммутируемые дуплексные телефонные каналы многока­
нальных систем связи. Обмен информацией в межцентровых сетях пол­
ностью автоматизирован.
В сетях обмена применяют два способа организации трактов для
передачи информации:
1) способ коммутаппи каналов (КК), при котором тракт передачи
информации организуется путем образования сквозного канала, свя­
зывающего через центры коммутации один оконечный пункт с другим;
2) способ коммутации сообщений (КС), при котором тракт передачи
информации организуется путем поэтапной передачи сообщений через
uентры коммутаuии по мере освобождения каналов данного направ­
ления.
При коммутации каналов абонент, желающий передать информа­
uию, посылает в центр коммутации заявку на соединение по опреде­
ленному адресу. Центр коммутации в соответствии с полученным адре­
сом соединяет один или несколько каналов в единый тракт передачи,
связывающий вызывающего и вызываемого абонентов. Это соединение
разрешается только после передачи всей необходимой информации.
В случае занятости канала в направлении вызываемого абонента центр
49


коммутации вырабатывает сигнал отказа в соединении, что вынуждает
вызывающего абонента вновь подавать заявку на соединение. Поэтому
сеть с коммутацией каналов называют также сетью с отказами.
В сети с коммутацией сообщений передача информации осущест­
вляется поэтапно от источника до ближайшего центра коммутации, где
она запоминается вместе с адресом получателя. При занятости канала
на одном из участков тракта следования информации к потребителю,
сообщение ставится в очередь
и хранится в запоминающем
а)
устройстве до освобождения
канала. Поэтому сеть с ком­
мутацией сообщений назы­
вают также сетью с ожида­
нием.
ВсетисККвсилуот­
сутствия запоминающих уст­
ройств превышение величины
средней загрузки каналов
приводит к резкому увеличе-
нию вероятности отказа,
следствием чего является
лавинообразное возрастание
числа вызовов.
В сети с КС наличие запо­
минающих устройств обеспе­
чивает полную независимость
каналов, что позволяет оп­
тимальным образом перерас­
пределять их загрузку. Бла­
годаря этому обстоятельству
сеть с КС обеспечивает в
Рис. 2.13. Геометрическое представление 2-3 раза большую пропуск-
структуры сети обмена
ную способность по сравне-
нию с сетью с КК.
В сети с КК возможна связь только однотипных источников и по­
требителей, работающих на одинаковых скоростях и по одинаковым
каналам.
Сеть с КС позволяет осуществлять обмен информацией между раз­
нотипными как по скорости, так и по формату сообщений абонентами
в силу полной развязки процедуры обработки и передачи информации
на различных участках тракта обмена, кроме того, сеть с КС, являясь
полностью автоматизированной системой, обеспечивает условия для
обгона информации в зависимости от категории срочности.
Как правило, сеть с КС имеет интегральную, а сеть с КК - ра­
диальную структуры. Структура сети должна содержать определенную
избыточность в числе каналов, с тем чтобы иметь возможность орга­
низации обходных путей при выходе из строя или перегрузках отдель­
ных каналов и центров коммутации. Структурная избыточность поз­
воляет адаптироваться к непрерывно изменяющимся условиям обмена
50


информацией. Избыточность в числе каналов может вводиться либо
раздельным резервированием каналов между соседними центрами
коммутации, либо общим резервированием, которое образуется при
развитии конфигурации всей сети обмена.
Одним из важнейших показателей эффективности структуры сети
является вероятность Q (G 0 ) существования пути между любой парой
центров коммутации G; и Gj, которая определяется произведением
коэффициентов готовности Qg и Qa каналов и центров соответственно.
Как правило, Qg зависит от протяженности каналов и изменяется в пре­
делах О,7+0,97, а Qa зависит от надежности входящего в него обору­
дования и равен 0,99 - 0,999.
Минимальное значение вероятности Q (Gii) при раздельном резер­
sировании определится из выражения
Qp(Gu)=c~: Q; G~t [1-:~: (1-Qg)]}Q(G;)Q(Gj), (2.30)
где G - количество транзитных центров, g - число резервных ка­
налов.
При общем резервировании
Qo(Gu) = r1- с;?(1- сп\ Qi П Qg)lQ(G;)Q(Gj), (2.31)
L с=1\
с=1
g=1
/
J
.
где ~ - число обходных путей.
Из (2.30) и (2.31) следует, что для эффективного увеличения ве­
роятности существования пути Q (Gu) структурную избыточность не­
обходимо увеличивать вначале по схеме раздельного резервирования
и только потом- по схеме общего резервирования. Так, например,
результаты моделирования различных структур показывают, что ве­
личина Q (Gu) при радиальной структуре всегда меньше, чем при ра­
диально-кольцевой структуре, использующей то же число каналов.
Кроме того, при выборе структуры сети необходимо стремиться к тому,
чтобы надежность работы центров коммутации была всегда выше на­
дежности каналов, так как незначительное уменьшение коэффициента
готовности Qa резко снижает величину Q (Gii) даже для каналов вы­
сокой надежности.
Бурное развитие систем обмена информацией в качестве первооче­
редной задачи ставит задачу совершенствования сетей, на которых они
базируются. В настоящее время намечается тенденция постепенного
перехода к использованию не только существующих сетей связи, но
и созданию новых сетей обмена, работающих по принципу коммутации
каналов и сообщений (при этом последние благодаря своим высоким
технико-экономическим показателям получают наибольшее распро­
странение). Создание новых сетей повышает эффективность йсполь­
зования крупных информационных вычислительных центров и пре­
дотвращает ухудшение качества работы телефонных и телеграфных
каналов,


ГЛАВА 3
КОДЫ И КОРРЕКЦИЯ ОШИБОК
Кодом называют систему соответствий между дискретными эле­
ментами (символами), при помощи которых эти элементы могут быть
зафиксированы или переданы. Код представляет собой некоторый набор
кодовых комбинаций Хп, хп-I• ... , х 1 , состоящих из элементов Xi (сим­
волов) определенного алфавита. Общее число элементов алфавита может
быть записано в любой системе счисления с основанием т, в зависимо­
спi от значимости которого цифровые коды называют двоичными
(т = 2), троичными (т = 3) и т. д. Первичным, или простым, кодом
называют п-разрядный код с основанием т, в котором используются
все тn кодовых комбинаций (или во всяком случае больше тn-l ком­
бинаций).
Если число элементов (разрядов) во всех кодовых комбинациях
рассматриваемого кода одинаково, то такой код называют равно­
мерным, если число элементов (разрядов) неодинаково - неравно­
мерным.
Неравномерные Еоды позволяют уменьшить общее количество
элементов для передачи сообщений. Например, если передавать деся­
тичные цифры О, 1, 2 ... , 9 с помощью комбинаций четырехразрядных
двоичных цифр, то общее количество двоичных символов для передачи
всех десяти цифр будет 40. Если же построить неравномерный двоич­
ный код, например такой:
0-.О; 2-. 10; 4-. 100; 6-. 1 10; 8- . 1000;
1-. 1; 3-. 11; 5-.101; 7-.1 1 1; 9- . 1001,
то общее количество двоичных символов сократится до 28. Недостатком
неравномерных кодов, ограничившим сферу их использования, яв­
ляется трудность в автоматическом декодировании и, в частности,
вывода на алфавитно-цифровую печать.
Появление первичных кодов связано с появлением первичных про­
стейших телеграфных систем.
§ 3.1 . ТЕЛЕГРАФНЫЕ КОДЫ
Из первичных телеграфных кодов наиболее характерен код Морзе,
первый вариант которого был предложен С. Морзе в середине
XIX в. для изображения десятичных цифр (цифры изображались зуб-
52


чатой кривой с соответствующим количеством зубцов, а нуль - одним
опрокинутым зубцом).
В современном усовершенствованном варианте кода Морзе ис­
пользуют комбинации точек и тире (рис. 3.1). Для построения кодовых
комбинаций буквы алфавита расположены в порядке, соответствующем
их частоте появления в текстах. Короткие комбинации точек и тире
отведены для букв, наиболее часто встречающихся в текстах латин­
ской письменности, например А (точка, тире), Е (точка), И (точка,
точка), .М (тире, тире), Н (тире, точка), Т (тире) и т. д. Поскольку ве-
АА--
БВ---•
В.W•-­
Г G---
ДD---
ЕЕ-
ЖV----
3Z---
ИI
йJ----
кк---
лL
мм--
н N·--
Точка
О 0---
П Р---­
р R---
GS---
Тт-
!::1 и--­
ф F----
Xн----
ц с----
ч ----
ш ----
ЩQ----
ъьх----
Ь/ ----
ю ----
" ----
Э E••-•-
t -----
2 -----
3 -----
'+
-----
5
6 -----
7 -----
8 -----
9 -----
0 -----
Скобки
-•--·-
Точка с запятой -
•-
-•
Запятая-----­
КаВычка ------
ДВаетачие------
ПаВчеркиВание •• -
-
-
-
No
-----
Ждать
-----
Понял
----·-
?
------
Апастраф-----­
Тире, ------
Рнс. 3.1.
ДроонаR Черта -
••-
•
Знак р_аз8ела - - •
-
-
Переоои [испра9л. _ ••• _ •• _
ошиtfки)
Начало переВачи -
••-
-
•
Код Морзе
роятность появления любой десятичной цифры в числе одинакова,
то цифры в коде М.орзе представляются комбинациями точек и тире
одинаковой длины (пять элементов). Наиболее длинные комбинации
точек и тире, состоящие из шести элементов, отведены для представле­
ния знаков препинания и специальных символов, как правило, встре­
чающихся в те1,сте значительно реже букв.
Код Морзе относится к числу неравномерных кодов. Основными
его достоинствами являются легкость запоминания кодовых комбина­
ций, простота аппаратуры регистрации, возможность визуального
приема и на слух, относительно малое общее количество символов при
передаче текстов. Все это обеспечило коду широкое распространение
во всем мире. Но код Морзе не учитывает особенностей русского языка
и статистики букв русского текста. Для минимизации общего количест­
ва символов при передаче русских текстов можно было бы предложить
(и предлагалось) другое построение кодовых комбинаций, но это за­
труднило бы телеграфный обмен информацией с другими странами.
53


п
Основным недостатком, ограничившим применение кода Морзе,
является необходимость дополнительного декодирования текста перед
вручением адресату. Поэтому дальнейшее совершенствование телегра•
фии связано с автоматизацией декодирования, т. е. с созданием букво­
печатающих телеграфных аппаратов. Создание дешифраторов при ис-
Латинск. Русский
шрифт шриq;т
tА
1А
~Е2Е
3т.1
и
я. -~
ь
я
1/, и
ц.
!/
.
L,.
!i 11
а
6·з
щ
7G
,
8а
li
~
н
.
х
9с9и
+
F+ф
п
n
оп
.._,, .
-
-
t,.
...
,
х
'
6
:s
.
с
Пра8ап
рука
tоо
о1о
па1
1,а
,а,
о,1
1,1
1аи
п1о
оо,
1
'
п
1о1
-
,1
t
'
1
tоо
иtо
оо,
Ле8ая
рука
оо
оо
аа
оа
оо
оо
оа
1о
111
1п
,о
1а
1о
1о
а1
о1
аt
пользовании неравномерного кода,
каким является код Морзе, ока­
залось весьма затруднительным.
Дешифратор значительно проще
реализовать: если используется
равномерныи код, например про­
стой двоичный пятиразрядный код,
примененный в аппаратах Бодо
(рис. 3.2).
Ж. Бодо, так же как и С. Мор­
зе, расположил буквы алфавита с
учетом их статистики появления в
тексте. Наиболее часто встречаю­
щиеся буквы он поставил вначале,
·затем разделил весь алфавит на
ш:7.
:31tаоt
четыре части /, II, 1II, IV (по
семь букв каждая), внутри кото­
рых буквы кодировались трехраз­
рядно й комбинацией цифр 100,
010, 001, 110, 101, 011, 111, а
номера частей - двухразрядной
комбинацией цифр 00, 10, 01, 11.
Для передачи каждой буквы текста
необходимо было передать пяти­
разрядную комбинацию цифр: кода
буквы и кода части. Для этого ап­
парат Бодо имел пять клавиш, три
из которых управлялись правой
рукой, а две - левой. Телеграфист
в темпе, задаваемом скоростью вра­
щения распределителя, должен
был нажимать на клавиши при на-
т3тtоtо1
?w?воt1оt
'
Vlitюt1,аt
,.
кшкtоа11
)м
"
ма1о11
-
R-
р
11п1f1
Г/=L
-
лt1а11
/
Q/ы1а111
NoNN'н1аоао
1⁄4р1⁄4п11111
ии "nы
аоаfа
5ик6ы
аааа1
**
*
*
аоа11
'Рис. 3.2. Код Бодо
личии в комбинации кода единицы.
В коде Бодо наиболее часто встречающиеся в тексте буквы имели наи­
меньшее число единиц в кодовых комбинациях и передавались одной
правой рукой. Как видно из рис. 3.2, цифры и другие необходимые
символы в коде Бодо кодировались так же, как и буквы. Для их рас­
познавания имелся специальный код «цифры», «буквы».
Примерно четверть века спустя после создания аппарата Бодо по­
явился аппарат Дж. Муррея, который в отличие от ранее существо­
вавших аппаратов имел клавиатуру пишущей машинки, что облегttа­
ло процесс передачи сообщения.
В начале ХХ в. появилось в обращении несколько телеграфных
кодов, что затрудняло международные телеграфные связи. Поэтому
54


в 1931 г. Международный консультативный комитет по телеграфии
(МККТ) принял международный стандартный код No 1, который прак­
тически не отличался от кода Бодо, получившего широкое распростра­
нение в рулонных телеграфных аппаратах.
В 1932 г. был принят международный стандартный код No 2 (МТК-2)
для стартстопных аппаратов с клавиатурой пишущей машинки
(рис. 3.3). В его состав входят 32 различных информационных и слу­
жебных символа, представляемых пятиразрядным двоичным кодом.
Вариант международного кода No2 (РВМК-2) с учетом особенностей
рус~кого алфавита использован в нашей стране в аппаратах СТМ,
~ Ре,гистры Р1г111:тр Комбинации ноне~ Регистры Ptгucfflp КонЬинацuu
кон5и
ноции Лат _,Цuф Бук. Цщ 1 2 3 4 5 нации Лат l'ycc, Циф. r,ук6.1Циф. 1 2 3 4 5
1АА-А
-
11Ооо17Qя1Q1,11О1
zвБ?в?1оо1118flрцRцО1а1о
3сц
с
о111О19sса'пsаЬ1О1ао
lfD.4
KDID
Dх1оа,о20тт5т5ооао1
там.
.5ЕЕзЕзfоаао21иц7и"J111ао
6FфэF!1а11а·22Vж=V
=а,'11
7GгшG&D1а1123wв2w211ОО1
в·нхщн#оо1О124хь/х/1О111
9I
"'
вIва11оа25уы6у61а1о1
10зйю!/.Q11О1О26z3·+z+1ооа1
•. 11
кк(к(1111О2~"'
оз•ра: ааа t а
12/.л)/.)О1оо,
~9 Лат..
у1<6ыО1оаа
IJмм.м
аа111
t111f
14Nн•N1ао11О30Цифры Циrрры1tа11
15оо9о9аоа1131 Оробел Пробелаа1аа
16рп[)раа11а132 Русск. !Неиспольааааа
?нс. 3.3. Международный стандартный код No 2
применяемых при международных связях. Этот аппарат имеет три
регистра. На регистрах «буквы латинские», «цифры», он совпадает с ко­
дом ТК-2. Для указания перехода на русский алфавит использована
комбинация из пяти нулей. Поскольку разместить 31 русскую букву
аналогично латинским не удается, то пять русских бу~iш помещены
в цифровом регистре. Международный стандартный код No 2 в почти
неизменном виде применен и в телеграфных аппаратах РТА-50-2,
СТМ-2М.
§ 3.2. КОДЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ВВОДА ИНФОРМАЦИИ В ЦВМ '
Из этапов развития цифровой вычислительной техники видно, что
сначала она использовалась только для выполнения арифметических
операций и исходной информацией служили числа. Если числа запи­
сывались в десятичной системе счисления, а машина оперировала с ко­
дами чисел в двоичной системе счисления, то при вводе в нее чисел
возникала необходимость перевода их из одной системы счисления
55


в другую. В машинах первого поколения для ввода буквенно-цифро­
вой информации в основном применялся пятиразрядный международ•
11ый код No 2. С совершенствованием ЦВМ возникла необходимость
использования новых служебных, арифметических, логических и
других символов, отсутствующих в международном коде No 2, что
привело к созданию различных расширенных вариантов этого кода. По ~
1\:ере развития цифровой вычислительной техники и телеграфии стало
ясно, что пятиразрядный код не может удовлетворить их потребно­
стям, поэтому появились различные варианты шести- и семиразряд­
иых кодов.
/Ь1jЬ6 /Ь6 Ьц Ь3 Ь2 Ь,
•.
оооо
о/О*"А
р
F
V
__ ....
ооО1
1
+.... 6
с
G
л
_,,..
оо1О
2
(
в
т
1
::::,
·1-,.*
ои11
J
)
г
!:!
;;
-,
t*"
О1оо
'+
х
д
ф
L.
f!J~w
О1О1
5
=
Е
х
N
-
+ ....
О11о
6
'
ж
ц
Q %** V**
О111
7
[
з
ч
R
◊**
1Ооо
в
]
и
ш
s
1
1ОО1
9
*
й
щ
и
-
tоtо
+
'
л
ы
V
-
tо11
-
'
м
ь
w
!**
t1оо
✓
~
н
з
z
"
1tО1
'
<
к
ю
-
Ь**
1ttо
.
>
а
я
~
0*"
ttt1 L..l"*
п ДIJББ ~
/**
36
Рис. 3.4. Семиразрядный код (ГОСТ l0859-64)
В 1964 г. в нашей стране был введен в действие ГОСТ 10859-64,
согласно которому для ввода и вывода информации в ЦВМ стали ис­
пользовать семиразрядный код (рис. 3.4). Кодовая таблица построена
так, что в случае необходимости простым исключением старших раз­
рядов можно получить подмножество комбинаций меньшей разрядно­
сти. Например, с помощью трехразрядных двоичных комбинаций
можно представить цифры 0--: -7, с помощью четырехразрядных комби­
наций - все символы первой колонки таблицы: все десятичные цифры
и символы плюс, минус, дробная черта, запятая, точка и пробел. Вве­
дение пятого разряда позволяет закодировать еще 16 математических
и специальных символов. В частности, введение кодов «стрелки вверх»
и квадратных скобок позволяет соответственно печатать в одну строку
степенные функции (а t х означает «а в степени х») и величины с ин­
дексами (а [i] означает «а с индексом i»).
Шестиразрядный код дает возможность представить все цифры и
буквы русского алфавита, а полный семиразрядный код включает,
кроме того, часть латинских букв (которые по начертанию не совпа-
56
...


дают с русскими), символы отношений и логических функций, мате­
матические и специальные функции и несколько резервных позиций.
Это позволило увеличить число резервных свободных позиций (до 24)
для размещения дополнительных символов, которые могут появиться
в перспективе. Примерно по такому же принципу построен и прин.~-
111
о
о
а
о
1
1
f
1
о
о
1
f
а
п
1
1
о
,
а
1
о
,
о
,
1ь1lь6jь5 ь4 Ь3 ь2 ь,
а
,
2
.3
4
5
6
/
ооаа а
NUt.. (TC1)DLE Space а
ci)
р
'-
J)
ооа1 1 (те,)sон DC1
!
1
А
Q
а
q
оо' о 2 (TCz)STX DC2
"
2
в
R
ь
r
оо11 J (тс.)ЕТх DC3 #~
з
с
s
с
s
а1оо 4 (TCi,)EDT DC4
5
4
D
т
d
t
О 1 а 1 5 (TC5)ENIJ ТСв)NАС! 1⁄4
5
Е
и
е
и
О 1 , о 6 (ТС6)АСК rтc.)SYNC &
6
F
V
f
V
о1/,7
Bf.L ТС~о)ЕТВ /
7
G
w
g
1JJ
1ооо в FЕп)BS CAIV (
в
н
х
h
х
,аD1 9 (FE1)HT ЕМ
)
9
1
у
L
~
1а1о 10 (FE2)LFsив
*
:J
z
j
z
1а/1 11 (FE3)VTESC
+
;
к
([)
k
-
,1аа 12 (Ff4)FF{1S4)FS .
<
L
L
1 1 D1 13 (FE5)c,q (!S,1)GS -
'
=
м
(J)
т
111а 14
sa (1S21 RS
>
N
л
п
1111 15
SI (lS,)US /
?
а
-
о
DEt..
Рис. 3.5 . Новый семиразрядный международный ко;~
тый новый семиразрядный международный первичный код (рис. 3.5),
Логически он может быть разделен на четыре зоны колонки: 0-1,
2-3, 4-5 и 6-7-
Рнс. 3.6 . Четырехрядная к.1авиатура
В первой зоне расположены функциональные символы, за исклю­
чением символа DEL (Забой), для которого сохранено последнее место
(комбинация 1 1 1 1 1 1 1). Основная часть функциональных символов
этой зоны делится на четыре группы:
первая - для управления передачей информации по каналам свя­
зи (обозначенные в таблице ТС1 -; - ТС 10);
вторая - для управления печатью (обозначенные FE0 -; - FE5);
57


а
/
/
a
m
u
н
c
l
(
u
r
i
о
е
г
и
с
т
о
P
y
c
c
l
(
u
{
J
р
е
г
и
с
т
,
Э
1
П
а
и
и
1
1
1
1
а
и
и
и
Э
в
1
1
и
1
1
п
о
1
1
а
п
1
,
1
п
I
п
3
5
(
)
1
п
f
о
1
о
1
а
f
п
t
1
n
l
1
1
1
]
и
1
2
з
ц
s
6
·
1
в
С
/
1
а
1
1
1
г
,
J
1
4
,
5
о
п
н
е
(
c
c
7
J
A
P
,
П
р
а
i
'
i
е
л
о
Р
\
о
ю
п
ю
п
1
с
е
м
з
(
с
н
,
)
t
1
А
а
а
q
а
я
А
f
l
2
г
,
с
н
r
(
C
!
J
,
J
"
2
в
R
Ь
r
о
р
Б
Р
з
с
е
.
к
r
i
C
!
J
,
J
#
а
с
s
с
s
ц
с
и
с
1
.
/
-
(
С
С
,
к
п
С
!
J
,
,
\
С
Т
П
)
:
1
4
-
n
r
d
t
r
1
т
д
т
5
С
С
к
r
м
С
С
я
)
Н
Е
Т
3⁄4
5
Е
U
е
и
е
~
Е
~
Б
G
С
5
)
Д
д
C
C
g
)
C
U
A
8
,
6
F
V
f
1
1
П
8
Ф
>
К
Ф
Ж
7
з
в
с
с
т
)
К
Б
1
7
G
w
9
w
O
т
о
р
е
н
u
е
г
в
r
l
J
к
о
л
о
н
о
к
В
С
П
о
В
Ш
А
Н
(
В
Н
Х
h
Х
O
-
с
.
~
Х
Ь
Х
Ь
J
l
.
_
{
E
f
,
)
Г
Т
К
Н
)
9
1
у
i
,
!
J
U
Ы
И
Ы
1
0
(
С
П
,
)
П
С
З
М
*
:
J
Z
j
Z
U
З
И
З
1
1
С
П
,
В
Т
А
Р
,
+
К
Г
К
К
Ш
К
Ш
1
2
С
П
.
)
П
Ф
(
Р
И
4
)
'
<
L
.
V
L
Л
Э
Л
Э
t
J
с
п
,
J
в
к
l
р
и
,
>
-
м
J
m
м
ш
м
щ
J
.
!
!
~
T
I
Р
И
2
\
>
N
_
,
_
_
1
1
n
-
Н
Ч
Н
Ч
1
5
Р
У
С
_
(
Р
и
,
)
/
?
а
-
О
З
Б
О
-
З
б
Р
и
с
.
3
.
7
.
С
т
а
н
д
а
р
т
н
ы
й
к
о
д
(
Г
О
С
Т
1
3
0
5
2
-
6
7
)


-
7
О
о
о
о
о
о
о
о
1
t
1
f
1
1
1
1
6
О
о
о
о
1
1
1
1
о
о
а
о
1
1
1
1
5
О
о
1
f
о
о
1
1
о
а
1
1
о
а
1
1
1
1
4
О
1
о
1
о
f
о
1
о
1
о
1
о
1
о
1
1
7
1
6
l
5
1
'
+
з
2
1
а
о
1
2
з
4
5
6
7
в
9
f
O
f
f
1
2
1
З
1
ц
.
1
5
о
о
о
а
а
а
ю
п
р
Н
]
п
'
\
.
р
о
о
О
1
1
!
1
а
я
А
Q
А
я
а
q
о
о
1
О
2
'
'
2
б
D
в
R
Б
р
ь
r
о
о
1
1
3
.
#
3
ц
с
с
s
и
с
с
s
о
1
о
о
ц
.
а
.
ц
.
.
i
J
.
e
·
m
D
т
д
т
d
t
а
1
о
1
5
1⁄4
5
е
!
:
/
Е
и
Е
!
:
1
а
u
о
1
1
О
6
&
6
ф
ж
F
V
ф
ж
f
'
I
J
'
о
1
1
1
7
/
7
е
в
G
w
r
в
g
'
1
.
1
1
1
о
о
о
в
(
6
,
х
ь
н
х
х
ь
h
х
1
о
о
1
9
)
9
,
и
,
b
l
I
у
и
ы
i
!
1
1
о
1
о
1
О
*
.
й
з
а
z
и
з
J
-
Z
.
;
1
о
1
1
1
1
+
.
.
.
'
к
ш
к
[
к
ш
к
1
1
о
О
1
2
)
<
л
з
1
.
.
V
л
з
L
1
f
о
1
1
3
-
~
=
М
;
,
,
L
U
,
:
,
,
м
]
м
щ
т
1
r
1
·
D
1
4
.
.
.
,
.
,
>
"
'
'
.
Н
Ч
'
N
л
н
ч
п
·
-
1
t
,
1
1
-
1
5
;
/
·
r
i
!
J
,
?
►
·
О
,
,
·
-
,
•
D
.
.
-
(
)
,
3
5
о
Э
В
Р
и
с
.
3
.
8
.
В
о
с
ь
м
и
р
а
з
р
я
д
н
ы
й
к
о
д
(
К
О
И
-
8
)


третья - для управления оконечными устройствами (обозначен­
ные DC1 --;- DC4);
четвертая-для разделителей информации (обозначенные /S 1--; -/S4).
Все остальные зоны таблицы кода заняты печатаемыми (графиче­
скими) симвш1ами. Колонки 2-3 выделены для математических спе­
циальных символов, знаков пунктуации и цифр.
В двух последних зонах размещены прописные и строчные латин­
ские буквы в соответствии с требованиями лексика-графической упоря­
доченности (положение цифр, знаков пунктуации и пробела также
выбрано с учетом этих требований). Здесь расположены также все
резервные позиции.
Символ (Пробел) Space обычно не печатается, но все же относится
к числу графических и употребляется для разделения слов и переме•
щения позиции печати на один шаг вперед.
Цифры, как видно из таблицы, кодируются обычным двоичным
кодом. Построение четырехразрядных комбинаций для них произво­
дится отбрасыванием трех старших элементов.
В отечественных телеграфных аппаратах для передачи кода ис­
пользуют четырехрядную клавиатуру (рис. 3.6), что делает аппарат
похожим на пишущую машинку.
Новый международный код построен для текстов, использующих
латинский алфавит.
Отсутствие в нем символов, соответствующих русскому алфавиту, не
позволило использовать его в нашей стране. Поэтому в 1967 г. был
разработан новый вариант первичного стандартного кода (ГОСТ
13052-67) (рис. 3. 7). В этом коде символом «О» обозначен латинский
международный регистр, символом «1» - русский регистр. Зоны рус­
ского регистра те же, что и международного.
Во второй зоне все символы оставлены без изменений, первый де­
нежный знак обозначен символом, рекомендованным третьим проек­
том кода, второй денежный знак в таблицу не включен и позиция 2/3
используется для символа «Номер». Две последние зоны полностью
(за исключением позиций символов «Забой» и «Подчеркивание») заняты
русскими прописными и строчными буквами. То, что строчные буквы
находятся до прописных, отражает стремление использовать на первом
этапе (когда строчные буквы не очень нужны) код с одними только
прописными буквами и достичь этого с минимальными затратами на
кодопреобразование.
В ЕС ЭВ1v1 для ввода - вывода информации применяют восьмн­
разрядный код КОИ-8 (рис. 3.8). Этот код разработан на основе семи­
разрядного кода (ГОСТ 13052-67), но имеет несколько иной перечень
функциональных символов и иное расположение колонок другнх
символов.
§ 3.3. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О КОРРЕКТИРУЮЩИХ КОДАХ
Коды, которые позволяют обнаруживать и исправлять ошибки,
возникающие под воздействием помех, называют корректирующими.
Корректирующие коды, как правило, обладают некоторой избыточ­
ностью.
50


В зависимости от способа введения и использования избыточности
все корректирующие коды подразделяют на неразделимые и разде­
лимые.
У неразде.11имых кодов нет четкого разграничения позиций инфор­
мационных и проверочных символов. У разделимых кодов имеет место
четкое разграничение позиций информационных и проверочных сим­
волов и каждая п-разрядная кодовая комбинация содержит k (k < п)
информационных и п - k проверочных символов. Такое построение
позволяет любой первичный код преобразовать в корректирующий
путем добавления к нему проверочных разрядов.
Так, при вводе информации в современных ЦВМ для обнаружения
ошибок используют про.:тейшие корректирующие коды с одним допол­
нительным проверочным символом, который является суммой по
шоd 2 для всех информационных символов. Двоичная сумма информа­
ционных символов может равняться О или 1, т. е. четному или нечет­
~юму числу единиц. В корректирующем коде с проверкой на четность
путем простановки О или l в корректирующем разряде общая сумма
едини,ц всегда должна быть четной (нечетной). Выявление ошибок при
вводе информации в ЦВМ сводится к проверке на четность каждой
кодовой комбинации. Если четность соблюдается, то считается, что
кодовая комбинация не искажена. Такая проверка позволяет выявить
одиночные ошибки (или любое нечетное число ошибок). Любое четное
число ошибок при этом способе не обнаруживается. Положительным
качеством кодов с одной проверкой на четность является простота,
недостатком - обнаружение только одиночных ошибок и отсутствие
возможности автоматического исправления ошибок.
Одна из схем реализации проверки на нечетность приведена на
рис. 3.9. Она выполнена на матрицах потенциальных элементов. При•
нятое в регистр восьмиразрядное число (семь информационных раз­
рядов и один проверочный разряд) поступает затем на матрицы (пер•
вые три разряда - на матрицу /, четвертый, пятый п шестой - на
матрицу // и последние два разряда - на матрицу / / /), где реали•
зуются следующие связи:
на матрице /
на матрице// • на матрице / / /
Р1Р2РзР1zзр4Psр6р456Р1РвР1в
оооl
оооl
оо1
lооо
lооо
1оо
о1оо
о1оо
о1о
1lо1
1lоl
111
ооlо
ооlо
1оl1
lо11
оll1
оlll
11lо
l11о
61


Сигналы Р12з, Р4sв и P1s с выходов матриц /, /[ и ll l посту-
пают на матрицу IV, которая реализует следующие связи:
на матрице IV
Р12з р456 Р1в Вых.
оооо
1оо1
о1о1
11оо
оо11
1о1о
о11о
1111
Если на выходе матрицы IV будет О, то прохождение синхроим­
пульса на другие схемы запрещается, если же будет 1, то такого за­
прета нет.
Как разделимые, так и неразделимые коды могут иметь блочную
и непрерывную структуры. При блочной структуре операции, со­
вершаемые над информационными и проверочными символами, выпол­
Вх•
няются при определенной длине
Р1 ---
информационной последовательно­
I
ш
сти. При непрерыеной структуре
нет разбиения информационной по­
следовательности на блоки опреде­
ленной длины; передаваемая по­
следовательность символов обра­
зуется путем размещения nрове-
Вых рочных символов между информа­
ционными символами по определен­
ному алгоритму.
Если все кодовые комбинации
блочного кода обладают свойством
симметрии, т. е. любая кодовая
комбинация одинаково удалена от
других кодовых комбинаций, то
р 39с
такой код называют групповы.м.
ис. . . хема проверки на нечет-
носп,
Блочные коды делят на система-
тические и несистематические. У си­
сте.1,1атических кодов линейная операция (сложение по шоd 2), совер·
шаемая над любыми комбинациями кода, дает комбинацию этого же
кода. Наибольшую практическую значимость среди систематических
кодов имеют циклические коды, комбинации которых обладают свой­
ством цикличности при последовательной перестановке их элементов.
Несисте.1,штuческuе коды образуются путем выполнения нелинейной
операции над информационными символами.
Полная совокупность ненулевых комбинаций равно.1,1ерного п-раз-
рядного кода может быть определена единичной матрицей,
'
62


Под единичной матрицей Jn понимается матрица, включающая
в себя п строк и п столбцов, у которой элементы, расположенные на
главной диагонали, равны 1, а все остальные равны <<0»:
!10 ••• 0001
jo1 ••• ООО
Jn=
..
• ...
00
010
00 ... 001
(3.1)
Все строки (столбцы) данной матрицы линейно независимы, так как
сумма любых сочетаний из них не равна О. Единичная матрица вида
(3.1) является определяющей для равномерного кода, поскольку путем
последовательного сложения по mod 2 строк такой матрицы во всех
возможных сочетаниях могут быть получены N = 2п - 1 ненулевых
комбинаций кода. Например, для трехразрядного кода
100
Jп= 010
001
и такими комбинациями будут 100, 010, 001, 011, 101, 110, 111.
Образование ошибок при передаче п-разрядной кодовой комбина­
ции, состоящей из двоичных символов, происходит за счет того, что
некоторые из переданных символов заменяются неверными (единица -
нулем или нуль - единицей).
С целью обнаружения ошибок в равномерном блочном коде для
передачи используют не все N O = 2п возможных кодовых комбинаций,
а лишь некоторую часть разрешенных:
N0=2k<2n.
(3.2)
Остальные 2n - 2k неиспользуемые комбинации называются за­
прещенными и служат для обнаружения ошибок. Появление запре­
щенной комбинации является признаком ошибки, так как это может
произойти только вследствие искажения разрешенной комбинации.
Если искажения одной разрешенной кодовой комбинации приводят
к появлению другой разрешенной кодовой комбинации, то ошибка не
обнаруживается. Механизм искажения двоичной кодовой комбинации,
т. е. переход к запрещенной комбинации Вн, можно представить как
процесс сложения по mod 2 векторов кодовой комбинации А; и оши­
бок е1:
(3.3)
Векторы е1 представляют собой все возможные сочетания ошибок;
число единиц в них равно кратности ошибок t.
Относительное число обнаруживаемых ошибочных комбинаций при
таком построении
2k (2n-2k)
1
----'--=1---,
2k. 2n
2n-k
(3.4)
6.З


где 2k (2n - 2k) - число переходов в неразрешенные комбинаци11,
которые могут быть обнаружены; 2k • 2п - число возможных слу·
чаев перехода разрешенных комбинаций в любые другие, включая и
разрешенные.
1
Для того чтобы не только обнаружить, но и иметь возможносrь
исправить ошибку, множество запрещенных комбинаций {В1 }
(j = 1, 2, ... , 2п - 2k) разбивают на N непересекающихся подмножес1 в
М; (i = 1, 2, ... , N). Каждое из подмножеств М; приписывают одной
из разрешенных кодовых комбинаций А;, чем устанавливают их связь
с одним из подмножеств запрещенных комбинаций М;. Поэтому, если
появляется запрещенная комбинация из этого подмножества М;, 10
ошибку можно исправить переходом к приписанной разрешенной ком­
бинации А;. Количество исправляемых ошибочных комбинаций равно
2п- 2k.
Относительное число исправляемых ошибочных комбинаций
(3.5)
Выбор способа разбиения на подмножества М; необходимо согла­
совывать со статистикой ошибок.
Например, пусть используются следующие случайные комбинацни
(k=2); А 1 =0001, А 2 =0101, А 3 = 1110, А 4 = 1111. Допустим,
что эти комбинации подвергаются воздействию ошибок (все возможные
ошибочные комбинации Bu сведены в табл. 3.1).
Таблиuа 3.1
А;
А,
А,
0001
0000
0100
1111 *
1110*
0010
0011
Olll
1100
1101
1
0100
0101*
0001*
1010
1011
1000
1001
1101
0110
0111
0011
0010
0110
1101
1100
0101
0100
0000
1011
1010
1001
!ООО
1100
0111
0110
2
0110
О 111
0011
1000
1001
1010
1011
1111 *
0100
0101*
1100
1101
1001
0010
0011
Olll
0110
0010
1001
1000
1011
1010
1110*
0101*
0100
3
1'101
1100
1000
OO!l
0010
111 О
1111 *
1011
0000
0001*
1111
1110*
1010
0001*
0000
4
.
* Комбии;:.~ции, которые совпадают
с какой~либо разрешенной иомб11нацией, не моrу1'
быть обнаружены как искаженные.
64


Из таблицы видно, что под воздействием ошибок различной крат­
ности появляются запрещенные комбинации, среди которых имеются
и одинаковые в разных столбцах. Для сохранения однозначности со­
ответствия между М; и А; эти комбинации СJ1едует устрани1ь. Для
этого уменьшим кратность нсправ,'lяемых ошибок, вычеркивая все
комбинации, появляющиеся под воздействием ошибок, начиная
с t = 3 и t = 4. Однако и в оставшихся запрещенных комбинациях
встречаются одинаковые. Поэтому следующий просмотр таблицы нач­
нем слева с верхней строки и все повторяющиеся комбинации вычерк­
нем. В результате получим табл. 3.2 с неповторяющимися запрещен­
ными комбинациями. Комбинации каждого столбца таблицы объеди­
ним в подмножество М,.
0()00
ОЛl l
1001
0010
М1
А
0100
0111
А,
1100
1010
0110
1000
Мз
Таб.~ица3.2
А•
1101
1О 11
2
Mi
Из таблицы видно, что осталось десять комбинаций с одиночной
ошибкой и две комбинации с двойной. Построенный таким образом
корректирующий код позволяет по этим появляющимся запрещенным
комбинациям обнаружить и исправить много одиночных и две двой­
ных ошибок, т. е. восстановить правильную А;. Например, появление
запрещенной комбинации 0111 подмножества М 2 дает возможность
восстановить разрешенную комбинацию А 2 (0101), приписанную к это­
му подмножеству.
Подобную таблицу запрещенных комбинаций можно было бы по­
строить, оставляя ошибки большей кратности. В общем же случае
целесообразно при составлении корректирующего кода основываться
на знании статистики ошибок, с тем чтобы исправлять наибопее ве­
роятные.
Реализация корректирующего кода происходит за счет выполнения
операции декодирования, которая в общем случае заключается в сли­
чении принятых кодовых комбинаций со всеми 2п возможными комби­
нациями. Если принятая кодовая комбинация совпадает с одной из
разрешенных комбинаций, то она считается правильной, если же сов­
падает с какой-либо запрещенной комбинацией из подмножества М,, то
восстанавливается правильная комбинация. Схема, реализующая та­
кое декодирование для кода сп = 4 и k = 2, изображена на рис. 3.10.
Она состоит из переключателей (реле) на два положения, управляемых
3 Зак. 744
35


сигналами кодов соответствующих разрядов. Под действием кода 1
переключатель замыкается на правый контакт, под действием кода
О - на левый. Положение переключателя П4 зависит от кода старшего
разряда х4 принятой кодовой комбинации, положение переключателя
П3 - от кода следующего разряда принятой комбинации х3 и т. д.
В зависимости от кодов цифр, а следовательно, и от положения пере­
ключателей принятая комбинация появится либо на одной из четырех
выходных шин для разрешенных (правильных) комбинаций, либо на
одной из двенадцати шин для запрещенных комбинаций (шины запре­
щенных комбинаций объединяются в соответствии с подмножествами
аоо1
(А~
п"х~
i:-------0 _,1- _____x_J_ ПJ
о.,
~--о_,-,--~
0101
(Az)
Рис. 3.10. Схема декодирования'
111/
(А,_)
Mi, при появлении искаженной комбинации под:-шожества М 1 приня­
тая комбинация исправляется и выдается на выход как комби­
нация Ад.
Практическое использование того или иного корректирующего
кода во многом зависит от простоты реализации операции декодиро­
вания.
В п-элементном двоичном коде, в котором в качестве разрешенных
используются все возможные комбинации двоичных цифр, кодовое
расстояние d = 1 и любая одиночная ошибка переводит одну из раз­
решенных комбинаций в другую. Поэтому обнаружить ошибку не
удается. Однако из этого не следует делать вывода о том, что если
d = 1, то код не обладает корректирующей способностью. Поясним
это на примере четырехэлементного кода (см. рис. 3.10), в котором
используются следующие разрешенные комбинации: 0001; 0101; 1110;
1111. Для этого кода d, определенное как наименьшее расстояние,
равно 1 (между А 1 и А 2; А 3 и AJ, но обнаруживаться не будут только
те одиночные ошибки, которые вызывают переходы А 1 ~ А 2 и
А 3 ~ А 4 , все же другие одиночные ошибки будут выявляться. Для об­
наружения всех без исключения одиночных ошибок необходимо, что­
быd>2.
66


Применив такое рассмотрение к ошибкам кратности /0 , можно сде­
лать вывод, что для их обнаружения необходимо, чтобы
d>t0+1.
(3.6)
Следовзте.11Ьно, для обнаружения всех одиночных ошиоок выбор
разрешенных комбинаций должен происходить не случайным об­
разом, а так, чтобы обеспечивалось наибольшее кодовое расстояние,
например в качестве кодовых комбинаций с d = 2 можно выбрать
следующие разрешенные комбинации: 0001; 0111; 1110; 1011.
Исправляемые ошибки кратности fи связаны с кодовым расстоя­
нием соотношением
d=2tи+1.
(3.7)
Важной характеристикой корректирующего кода является также
его избыточность, которая может быть абсолютной и относительной.
Если каждая п-рззряднзя кодовая комбинация содержит k инфор­
мационных и п - k проверочных разрядов, то абсолютная избыточ­
ность
И=п-k.
(3.8)
Относительная избыточность определяется соотношением
И0=(п - k)ln
(3.9)
пли
И0=(п- k)lk.
(3.1 О)
Коды, обеспечивающие заданную корректирующую способность
при минимальной избыточности, называют оптимальными. Иными
словами, оптимальный код при заданном распределении ошибок в кана­
ле связи должен обеспечить наименьшую вероятность ошибочного
приема кодовых комбинаций.
Общего метода отыскания оптимальных линейных кодов в настоя­
щее время не существует, имеются лишь некоторые граничные оценки
функциональной зависимости
п-k =f(k,d).
(3.11)
Для ориентировочного определения необходимой избыточности
кода при заданном кодовом расстоянии d можно воспользоваться
верхней граничной оценкой для п.- k, называемой оцеюwй Хе.лt­
минга, которую получают следующим образом.
Все возможные запрещенные кодовые комбинации, появляющиеся
под воздействием ошибок кратности от 1 до fп, разбивают на подмно­
tn
жества Mi• Число комбинаций в подмножестве Mi будет равно ~ С~,
t=I
где С~ - сочетание из п элементов по t определяет число возможных
ошибок кратности t нз длине п-рззрядной кодовой комбинации. С уче­
том разрешенной кодовой комбинации Ai, приписываемой подмножест-
'n
ву М;, получают число 1 +~С~.
1=1
3*
67


Принимая во внимание то, что число разрешенных комб1шации
(а следовате.1ьно, и число подмножеств М;) равно 2k, получают общее
чпсло комбинаций в непересекающихся подмножествах, равное
Так как максимальное число различных кодовых комбинаций
кода равно 2п, то
откуда
tn
2,н~ 1+ ~ Cf1
(3.13)
t=l
или
(3.14)
Преобразовав (3.14), получают
(3.15)
Если, например, п= 7, fп = I, то на основании (3.7) d= 3,
ап-k>log2(1+7)=3.
Приведенная оценка функuиональной зависимости справедлива
только для двоичных кодов, исправляющих независимые ошибки.
Но необходимо отметить, что использование оптимальных или близ­
ких к оптимальным корректирующих кодов не всегда uелесообразно,
так как часто приходится учитывать и такой важный показатель кор­
ректирующего кода, как сложность технической реализации проuес­
сов кодирования и декодирования. Так, например, из рассмотренной
на рис. 3.10 универсальной схемы декодирования видно, что число
переключателей, необходимое для реализаuии декодирующего уст­
ройства, равно 2"-1, а с увеличением длины кода объем оборудования
будет расти. Поэтому данная схема пригодна лишь для кодов неболь­
шой значности. Отсюда и возникает необходимость отыскания более
простых принципов декодирования.
Правила, заложенные в структуре ниже рассматриваемых кодов,
позволяют производить декодирование более простым способом,
нежели прямое сличение принятой кодовой комбинации со всеми
ВОЗl\lОЖНЫМИ.
68


§ 3.4. СИСТЕМАТИЧЕСКИЕ КОДЫ
Сuсте.натuческ.u.м, называют групповой п-значный код, в которол1
аз п сшшолов, образующих кодовую комбинацию, k символов явля­
клся информационными, а остальные n-k
-
избыточными, пре;щаз­
наченными для проверкн (проверочные с1шво,1ы во всех коыбинаци­
ях занимают одни н те же позиции).
Задание систе~1атнческого кода производится с помощью произ­
водящей и проверочной матриц. Производящая J.tampuцa позволяет
получить все воз.\южные комбинации кода путем суммирования по
шоd 2 всех возыожных сочетаний строк (по две, три и т. д.). По про­
нзводящей матрице строится проверочная матрица, которая служит
для создания алгоритмов кодирования и декодирования, а следо­
вательно, кодирующего и декодирующего устройств.
Производящую матрицу образуют путем приписывания справа
к единичной квадратной матрице размера k, дополнительной матри­
цы, содержащей n-k столбцов и k строк, например
k
10
ООО
A=i
01
ООО
11•
[;00 ... 001
11-k
ана12•• , а1(11-k)11
а21а22•• , а:2(11 -k)J
..
,,,.....ii"
..........
'1
ak1 а1,2 •••а1,(n-k)li
Строки дополнительной матрицы получают путеы перебора раз­
личных n-k разрядных комбинаций, содержащих не менее d - I
единиц, причем сумма любых двух строк по пюd 2 должна ш1еть
не менее d - 2 едшшц, Это требование яюяется следствием того,
что величина кодового расстояния зависит как от чнсла единиц в стро­
ке, так и от их взанмного расположения по .:Jднне кодовой комбина­
ции (в каждой строке единичной матрнцы уже содержится по одной
единице, а кодовое расстояние d между комбинациями единичной
матрицы равно двум),
При построении проверочной матрицы к единичной квадратной
матрице с п - k строками и столбцами слева приписывают матрицу,
содержащую k столбцов и п - k строк, причем каждая ее строка фор­
мируется из соответствующего приписанного столбца производящей
матрицы:
ан а:21 ••• ah1
012й22·'. ak2
01
.
ol
10
• 011
00
:.:.::J
Построенная проверочная матрица позволяет выбрать алгоритм
кодирования и декодироваnия систематического кода исходя из того,
что единицы в каждой ее строке соответствуют тем символам кода,
69


сумма которых по mod 2 должна быть равна нулю, т. е. быть
четной.
Рассмотрим вышесказанное на примере кода, позволяющего ис­
правлять одиночные ошибки Uи = 1) и имеющего п = 7.
Кодовое расстояние
d= 2tи+1=3.
Число проверочных символов из (3. 15)
n-k=3,
следовательно, число информационных символов
k=4.
Построим производящую матрицу:
alа2аза4а5авG7
1оооо11
А=
о1оо1о1
оо1о11о
ооо
1
а затем, определяя суммы по mod 2 всех возможных сочетаний строк,
получим остальные комбинации. Так, первая и вторая строки дадут
комбинацию 1100110, первая и третья-1010101, первая и четвертая -
1001100 и т. д., первая, вторая, третья и четвертая- 1111111. Итак,
первые четыре символа представляют собой все возможные четырех­
разрядные двоичные числа.
По производящей матрице построим проверочную матрицу:
ав
о
1
о
из которой получим соответственно следующие уравнения проверки
для l, 2, 3-й строк:
1) Г1=U2EfЭa3EjЭa4EjЭU5=O;
2) r2 = а1 ЕjЭа3 ЕjЭа4 Е!)а6 = О;
3) r3 = а1ЕjЭа2ЕjЭа4ЕfЭа7= О.
Из уравнений видно, что элемент а1 входит в уравнения 2 и 3,
а2- в уравнения 1и3, а3- вуравненияlи2, а4- вовсе уравне­
ния, а as, ав и а7 - только в какое-либо одно уравнение. Ст~едова­
тельно, искажение одного из элементов а; нарушит вполне опреде­
ленные уравнения, по которым можно определить и восстановить
искаженный элемент. Такая проверка является проверкой на чет­
ность по определенному сочетанию разрядов.
70


Коды цифр проверочных разрядов получаем из уравнений про-
верки для строк:
й2 Е!Эаз Et)a4 = йь;
alЕ1ЭG3Е1ЭG4= йв;
а1 Е1Эа2 вэа4 = а1.
Если некоторый источник выдает информационные последова•
тельности в виде упомянутого выше четырехразрядного кода а1 , а2 ,
а 3 , а4, например 1100, то кодирующее устройство закодирует: а1 ,
а2 , а3, а4 , а5, а6 , а7 ~ 1100110. Эга комбинация, переданная по каналу
связи, попадает для проверки на декодирующее устройство. Еслн
комбинация исказилась, например получена комбинация 1101110,
то декодирование покажет, что
r1 = й2 Е!Эйз вэа4 Е!Эйs = 1;
Г2 = й1 Е\;)а3 Е9а4 ЕJЭа6 = J;
Г3=й1 ЕJЭа2 Е9а4 Е9а7 = },
т. е. исказился элемент а4 , общий для всех уравнений. Изменив его
значение, восстановим правильную комбинацию.
Таким образом, результаты проверок даюг кодовую комбинацию
вида Ri= r1, r2,
... ,
rn-k), которую называют контрольной последова­
тельностыо, или опознавателем (синдромом). Каждому опознавателю
может быть однозначно сопоставлен исправляющий вектор Ei, сумма
которого по mod 2 с принятой комбинацией 8 1 образует переданную
кодовую комбинацию:
(3.16)
При R1 = О считается, что кодовая комбинация принята без оши­
бок или произошла необнаруживаемая ошибка. Иными словами, для
определения, к какому смежному классу из тех, главными элемен •
тами которых являются разрешенные кодовые комбинации, относится
принятая комбинация, каждому из смежных к.~1ассов поставлен в со­
ответствие некоторый опознаватель.
Очевидно, что разрядность п- k опознавателя является опреде­
ляющей для количества возможных вариантов исправляемых или об­
наруживаемых ошибок, так как от нее зависит общее число, равное
2п-k - 1, различных ненулевых опознавателей.
Построенный описанным выше методом опознаватель позволил
отметить появление ошибки и путем проведения дополнительных опе­
раций выявить номер искаженного разряда.
Опознаватель можно построить так, чтобы полученный при провер­
ках результат (r1 r 2 .• •
rn _ ,,) прямо указывал номер искаженного
разряда и тем самым упростил декодирование. Для этого необходимо,
чтобы при первой проверке получалась цифра с весом младшего раз­
ряда числа 20, при второй проверке - с весом следующего разряда
21 и т. д. Тогда сумма всех проверок даст двоичный код номера иска­
женного разряда. Код, построенный по такому правилу, называют
кодом Хемминга.
71


~'равнения проверки для кода Хеl\11\шнrа строят следующ1Il\1 обра­
зом. Все номера разрядов кода записывают в двоичном виде:
а1 = а0001; а2 = 0 0010; 0 3 = а0011 и т. д. Первое проверочное уравнен11е
составляют как сумму по mod 2 всех разрядов, в номерах которых
в l\1,11адшем разряде 2° стоит единица:
' 1 = al E!;)a3$G5$07,
Второе проверочное уравнение составляют как сумму по mod 2
всех разрядов, в нol\lepax которых стоит единица на втором месте
(21):
r2 = а2 Е!;)о3Е!;) а6 Е!;)а7•
Третье проверочное уравнение составляют как сумму по mod 2
всех разрядов, в номерах которых стоит единица на третьем месте
(22), 11 т. Д.
Уравнения кодирования для определения проверочных разрядов
находят путем приравнивания проверочных уравнений нулю при от­
сутствш1 ошибок:
0 1 = о3Е!;)о5Е!;)о7; 1
02= а3$06Е!;)а7;
... ......
ит.д.
(3. 17)
Проверочные разряды размещаются внутри кодовой комб11нац1111
на местах, соответствующих их номеру.
Например, необходимо передать информационную последов;з­
тельность 1100 такую же, как и в предыдущем примере. Из этого пр11-
~1ера видно, что число проверочных разрядов п - k = 3. В коде
Хемминrа они разместятся на первом о1 , втором а2 и четвертом а4 мес­
тах. Кодовая комбинация примет вид a1a2 Ia~lO0.
Определю,,:
01= ааЕ!;)о5Е!;)о7= 1ЕеIEf)O= О;
02 = G3$Ов$О7 = 1Ef)0$0 = l;
aJ=a5E!;)o 6 E!;)a 7 = 1E!;)0Ef)0= l.
Следовательно, передана будет ко~1бинация 0111100, в котороi',
выделены проверочные разряды.
Если при передаче информации произошла одиночная ошибка и пр11-
н ятая комбинация приобрела вид 0101100, то декодирование даст
следующий результат:
r1= 01Е!Э03$ а5$а,=О$О$lЕеО= 1;
'2 = 02$03Е!;)о6Е!;)а7 = 1$0$0$0= 1;
rз = а4$05Е!;)а6 Е!;)О7 = 1Ее 1$0$0 = О,
т. е. r1 r2 r~-+ 1-2°+1•21 +0-22 =3.
Отсюда, номер искаженного разряда равен трем. Следовательно
О третьего разряда надо изменить на 1.
72


На основании вышеизложенных прави.1 построения системати­
ческих кодов процессы кодирования и декодирования передаваемой
инфорlllации должны происходить с"1едующш,1 образом.
Необходюю, чтобы кодирующее устройство вк.1юча.10 в себя ре­
rнстр на п разрядов !1 r = (п - k) сумматоров по mod 2, J{аждш'i
из которых предназначен для формирования одного проверочного
разряда из определенных информационных по алгоритму, задаваемо­
му производящей матрицей.
Рассмотрю~ применительно к предыдущему примеру работу функ­
uиональной cxel\lЫ кодирующего устройства, представленную на
рис. 3.11 . Перед началом работы все триггеры кодирующего регистра
вх
а,
Рис. 3. l l . Функщюна.1ьная схема коднрующего устройстпа
д.1я с11сте~1атическоrо (7,4 )-](O;J,a
устанавливаются в ну.1ь. Подлежащая кодированию четырехразряд­
ная ко:.1бинация поступает на вход в паралле<1ьном коде и заполняет
четыре первых триггера кодирующего регистра. Одновременно те же
информационные разряды в порядке, определяемом систеl\lой урав­
нений кодирования, поступают на сумматоры по mod 2, реализующие
операцию суl\11\!Ирования. Результатами сумыирования заполняются
остальные три триггера регистра. На этоl\1 операция кодирования за­
канчивается. По,1ученная кодовая комбинация с помощью п импуль­
сов сдвига выводится на передатчик. При поступлении Со'Iедующей
кодовой комбинации спустя п тактов цикл повторяется.
Для кода Хемминга функциональная cxel\la кодирующего устрой­
ства принципиально не меняется, изменяется лишь порядок подклю­
чения входов и выходов сумматоров, а также входов триггеров ре­
гистра, предназначенных для хранения инфорl\!ационных разрядов.
Декодирующее устройство должно содержать регистр сдвига на п
разрядов, г = (п - k) сумматоров по mod 2 и дешифратор опозна­
вателя, формирующий вектор для исправления ошибок. Функцн:J­
нальная схема декодирующего устройства, реализующая систему про­
верок для того же примера, приведена на рис. 3.12; расс~ютрнм ее
работу.
Информация, поступающая из канала связи, последовательно за­
полняет сеыиразрядный декоднрующий регистр. Спустя п тактов
73


сумматоры по mod 2 сформируют комбинацию опознавателя
(входы сумме.торов объединяются с выходами триггеров декодирую­
щего регистра в соответствии с системой проверочных уравнений),
которая подается на дешифратор опознавателя, формирующий вектор
для исправления ошибки- (дешифратор имеет 2' -
1 выхода, соответ­
ствующих определенной комбинации опознавателя). Вектор поступает
на раздельные входы триггеров информационных разрядов регистра,
где на (п + 1)-м такте происходит его сложение с искаженной комби­
нацией, что соответствует исправлению наиболее вероятной ошибки.
Эта операция осуществляется простым инвертированием состояния
Вых
а,
Рнс. 3_ 12. Функциональная схема декодярующего устройства для
систематического (7,4 )-кода
триггера путем его переброса. Исправленная комбинация выводится
из регистра и поступает на выход. Если система декодирования пред­
назначена для обнаружения ошибок, то выходы всех сумматоров по
mod 2 объединяются для выдачи сигнала ошибки. Декодирование кода
Хемминга осуществляется аналогично.
Использование систематических кодов в общем случае позволяет
упростить схемы кодирования и декодирования.
§ 3.5 . ЦИКЛИЧЕСКИЕ КОДЫ
Попытки упростить технику кодирования и декодирования систе­
матических кодов привели к созданию кодов, называемых цикличе­
скими. Это название было дано им вследствие того, что образование раз­
решенных кодовых комбинаций производится циклической переста­
новкой, например циклическая перестановка комбинации аоа1а2 ••• an -t
приведет к комбинации ап _ 1 аоа1 ... ап _ 2 •
При описании циклических кодов удобно кодовые комбинации
представлять в форме полиномов степени п - 1:
(3.18)
74


11 действия над комбинациями свод,пь к действиям над полиномами.
Не вдаваясь подробно в теорию циклических кодов, отметим, что
в этом случае циклическая перестановка будет сводиться к простому
умножению потmома на х и в случае появления х" ~ к замене его
на единицу и перестановке на место нуля. Haпrи1v1er, если имеетсн
кодовая комбинация 1101011, то она может быть записана в виде поли­
нома 1 + х1 + х1 -+ х5 -+ х6. Для реализации циклической переста­
новки умножим этот полином на х, получим в результате х1 + х2 +
-+ .х4-+ х6 + х7 • После замены х7 на 1 и перестановки будет 1 + х1 +
+х2+.х4+х6,т.е.1110101.
Сумму по mod 2, первоначальной и образованной в результате цик­
лического сдвига комбинации
1101011
еэ 1110101
0011110 '
можно получить умножением полинома первоначальной комбинации
на двучлен 1 + х;
1+х+о+х3+о+х5+х6
1+х
Х+х2+о +х4+о +х6+х7
1+х+о +х3+о +х5+xr;
1+о+х2+х3+х4+х5+О +х7
t
-
.
.
.
.
.
.
1
Данному полиному будет соответствовать комбинация 0011110.
Циклический код может быть задан образующим полиномом g (х)
степени n-k, на который делится без остатка двучлен 1 -+ xn. Обра­
зующий полином подбирается в соответствии с длиной кодовой комби­
нации и статистикой ошибок из числа полиномов, приведенных в таб­
лицах. Если образующий полином выбран и соответствующая ему ко­
довая комбинация имеет вид а0а1а2 ... ап
_
1" то циклический код можеr
быть задан в виде матрицы, имеющей п столбцов и k строк. Первая
строка этой матрицы образуется из комбинации, соответствующей
образующему полиному q (х), дополненному нулями. Для второй строки
используется q (х) . х (сдвиг на один разряд вправо), длн третьей
q (х) • х2 (сдвиг на два разряда вправо) и т. д.:
ао а1 а2•••ап-h
ООО
о
о Uo а1•••ап-k-1
an_hQQ
о
А=
(3.19)
ооQ
()
Oaua 1
• ап-1,
75


Например, для кода с п = 7 11 k = 4 и выбранного образующего
полинома q (х) = 1 + х + х3 образующая матриuа имеет вид
1101000
А=О11О1ОО
0011010
ооо
о
В циклических кодах обычно для информаuионных разрядов от­
водят k позиuий со старшими номерами в кодовой комбинации и п -k
позиuий с младшими номерами для проверочных разрядов. Образую­
щая матриuа позволяет построить все кодовые комбинаuии суммиро­
ванием строк во всех воз~южных сочетаниях (табл. 3.3).
Таблиц а 3.3
Кодовые комбинации
Кодовые ко:-.[бшищн п.
проверочиыЕ-
иш/юрм ационные
проверочнь1е
111-1формационные
разряды
разряды
разряды
разряды
110
1000
011
1001
011
0100
110
0101
101
1100
ООО
110 l
111
0010
010
001 l
001
1010
100
101 l
100
0110
001
0111
010
1110
111
1111
101
OCIOI
Но поскольку каждая строка образующе1"1 ~1атриuы представляет со­
бой комбинацию образующего полинома g (х) и нулей, то она делится
без остатка на этот полином. Этим свойством, позволяющим свести
проuессы кодирования и декодирования к делению по mod 2 инфор­
мационной последовательности на производящий полином, обладают
и все другие разрешенные кодовые комбинаuии, которые получены за
счет сочетания строк образующей матриuы.
Проверка правильности принятой кодовой комбинаuии сводится
к выявлению остатка при делении ее на производящий полином. Если
остаток отсутствует, то считается, что кодовая комбинаuня принята
без искажений.
Проверочный пот1ном h (х) можно получить делением двучлена
l + xn на образующий полином g (х); так, для рассматривае~юго при­
мера
h(x) 11101.
76
1+х7
1-l _+_x_+_x~_____
1 +х+х3
1+х+х2 +х4
х+х3-f-x7
х +х2 +xi
xi +х3 +х1 +х'
х2 +х3 +х"
xi +х5 +х7
Х4 +х5 +х7


В основу техники кодирования и декодирования могут быть поло­
жены регистры сдвига с обратными связями. Возможная схема коди­
рования изображена на рис. 3.13, Эта схема состоит из четырех-
вх ,1{ г----,
1
2
Рис. 3. 13 . Схема кодирующего регистра
разрядного регистра с обратными связями и входного ключа К.
Пусть информаuионная последовательность, поступающая в устройст­
во кодирования, будет 0101. В течение первых четырех т:актов (k = 4)
она заполнит регистр. Затем ключ К на
входе перебрасывается в положение 2 и за­
мыкает обратную связь. Под действием
с.1едующих семи тактов (п = 7) в схеме
кодирования происходит форl\!ирование се-
111иразрядной последовательности цикличе­
ского кода (табл. 3.4) и ее выдача на
ВЫХОД.
Выходная последовательность имеет вид
1100101, т. е. к информационной последо­
вательности добавлены три проверочных
разряда.
Устройство кодирования может быть
построено и по другой схеме. Например,
РазряtJы
~$~~~
tоа1
1
аа
а1
а
,аа1
оаа1
ааоа
ТшJлицоJ.4
Вых.
1
о
1
а
а
,
1
информационная последовательность сразу проходит в канал связи
и параллельно в схему кодирования для образования дополнитель­
ных проверочных разрядов. Тогда работа схемы будет протекать
следующим образом (рис. 3.14). Вначале по сигналу, поступаю-
В канал
Рис. 3. 14 . Структурная схема кодирующего устрой­
ства циклического кода с делением на образующий
полином
щему с устройства управления J!Jl, выход кодирующего регистра КРг
с помощью коымутатора К! отключается от канала связи. Информа­
uнонная последовательность одновременно через коi\шутатор К!/
поступает в КРг и через К! в канал связи. После этого выход кодирую­
щего регистра КРг с помощью К! подключается к каналу и регистр
77


КРг совершает еще п - k тактов, выдавая в канал проверочную после­
довательность. Далее цикл повторяется для следующей комбинации
информационных символов. Переданная кодовая последовательность
поступает на приемной стороне в декодирующее устройство, назначени­
ем которого является обнаружение и исправление ошибок. В основу
декодирующего устройства положено с некоторыми видоизменениями
устройство деления, которое в данном случае принято называть ~еко­
дирующим регистром. Структурная схема декодирующего устроиства
(рис. 3.15) включает в себя декодирующий регистр ДКРг, буферный
регистр БРг, анализатор опознавателя АО, устройство исправления
ошибок УИО. Из канала кодовая последовательность одновременно
поступает в ДКРг и БРг. После п тактов БРг будет полностью заполыен
,
1
1
1
1
Рис. 3.15. Структурная схема декодирующего устройства
никлического кода с делением на образующий полином
принятой кодовой комбинацией, а ДКРг будет сформирована комбина­
ция опознавателя, соответствующая вектору ошибок. Таким образом,
БРг как бы осуществляет функции запоминающеrо устройства для
принимаемой комбинации на время выполнения операции деления.
Если при делении кодовой комбинации, хранящейся в БРг, на
образующий полином g (х) остаток будет равен нулю, что соответст­
вует отсутствию ошибок, то информация из БРг поступает к получа­
телю (при этом проверочные разряды стираются); если же при делении
образуется остаток, что указывает на наличие ошибок, то комбинация
опознавателя анализируется в анализаторе опознавателя АО, назна­
чением которого является определение ошибок по информации, заклю­
ченной в образовавшемся от деления остатке. Далее, символы кодо­
вой комбинации, подлежащей исправлению, последовательно выводят­
ся на выход декодирующего устройства через устройство исправления
ошибок. В момент поступления с БРг ошибочного символа анализатор
опознавателя выдает корректирующий сигнал на устройство исправ­
ления ошибок, инвертируя тем самым ошибочный элемент. При ис­
правлении однократных ошибок операция декодирования на этом
заканчивается. Если же исправляются многократные ошибки, то кор­
ректирующий сигнал одновременно подается и в ДКРг (показано пунк­
тиром), в результате чего комбинация остатка ставится в соответствии
с вектором тех ошибок, которые еще необходимо исправить. Спустя
2n тактов ДКРг должен оказаться в нулевом состоянии. Если этого
78


не произошло, то ошибка оказалась неисправимой при заданной кор•
ректирующей способности кода,
Как следует из логики работы cxe;\rьr, вход декодиr,уютцРго уст_Е
ройства для всех рассмотренных случаев должен отключаться на п
тактов д.пя выдачи исправленной кодовой комбинации получателю.
Эта операция реализуется коммутатором К.
У кодов, предназначенных только для обнаружения ошибок,
анализатор опознавателя заменяется простейшим обнаружителем
ошибок, а устройство исправления ошибок отсутствует (при обнару·
жении ошибок принятая кодовая комбинация, хранящаяся в буфер•
ном регистре, стирается и все элементы декодирующего устройства
устанавливаются в исходное положение).
Р11е. 3.16. Схема декодирующего регистра
Последовательность работы логических элементов декодирующего
устройства определяется сигналами, поступающими с устройства
управления, которое на данной схеме не показано.
Одна из возможных схем декодирующего регистра изображена на
рис. 3.16. Действие регистра сводится к выявлению местоположения
ошибочного знака. Если ошибок нет, то после декодирования в регист­
ре образуется комбинация опозпавателя, имеющая только пули.
Если же содержание регистра отлично от нулевого, то это свидетель­
ствует о наличии ошибки.
Процесс формирования состояний декодирующего регистра при
принятии кодовой последовательности 1100101 без ошибки приведен
в таб.1J. 3.5 .
При наличии в кодовой последовательности ошибки (например,
1101101) в декодирующем регистре в итоге получают следующее со­
стояние (табл. 3.6):
Та rJ111.цil 3.S
Таiiлица J.5
Вх
Разряilы
Вых
Вх.
Разряilы Вых,
1-►
1'... О'у"О" о
1- 1',,..
о,._..,,о"' о
о
о1о
о
о
о1о
а
1
а1
а
1а
а
о
оо
1
1
ааа
1
о
о1а
о
а
ааа
а
1а
а
1аа
а
'1
оаа
11а
,___________,,
'------- ., ,.- --
Без ошибки
Имеется ошиifка
79


Появление единичных состояний в разрядах регистра говорит о на­
личии ошибки в принятой кодовой последователыюсти. Д,1я того
чтобы укаэап, местоположенпе ошибки в декодирующий регистр
подают сдвнгшощие такты. Hol\lep такта, на котором в первой ячей1<е
регистра появ1пся ед11111ща, а во всех осталы11,1х ячейках будут нули,
совпадает с номером ошибочного
разряда.
Такты 1
о
1
1
l
Т;~блипп 3.7
()
о
о
1
1
1
о
Для определения номера иска•
женного разряда в рассматривае-
1\ЮМ примере продолжим продви·
жение опознавателя 110 110
регпстру (табл. 3. 7).
Требуемое сочетание 100 обра­
зуется на четвертом такте, чт;
указывает на искажение четвертот
рюря;~а в принятой кодовой пос,1едовательности. Исправление си"1-
во:1а искаженного разряда производят путем его инвертирования.
Мажоритарное декодирование. Для некоторых ЦИ1<,1ическ11х кодоп
1юлюжна ЩlJtсоритарная процедура декоднровання, заключающаяо1
в с.,-1сдующел1.
Всякиii код, в том числе и циклнческий, как было сказано вьпuе,
!\ЮЖНО задап, проверочной матрицей, отображающей систему конт­
ро.1ы1ых проверок для данного кода. Систе.мой разделенных контрош,­
ных происро!{; называют такое множество проверок, которое удовлет­
воряет следующш1 услов11ям: 1) символ а; входит в каждую проверку
I\IIюжества; 2) символ a;(i =t= j) входит не более чем в одну проверку.
Пр11 вьшолнешш этих условий одшючная ошиб1<а может нарушить
то:1ыю ту провер1,у, в 1юторую входит искаженный символ, а две
0111ибкн 11сказят не более чем две проверки и т. д. Всякая система
уравнеш1й 1\ЮЖСТ бып, разрешена, например, сначала относительно а,,
а зато.1 опюс1пелыю а2 и т. д. В силу избыточности системы каждая
из се не:,авнс11~1ых переменных может бып, найдена не единственн1,ш
с11особо~1. Значе1111е символа aj может быть определено с помощью
мажоритарного подхода (по бот,шннству), т. е. принимается то зна­
чеш1е а;, которое соответствует бот,шинству проверок. Для декощ1-
рования остальных символов 11спот,зуют систему проверок циклн­
ческого кода, поскольку контрот,ным соотношениям удовлетворяет
любое кодовое слово, в том числе II слово, получаемое из принятой по­
сле;юватс.1ыюсп1 1шклическш1 сдвигоl\1.
В качестве rrримера расоютрнм цикт1чес1шй (7,3)-ко:t с образую­
щим ПОШ!l!О\101\1:
{!(х)=1+х+х2+х1=11101.
Проверочная 1\Jатрнца, определяющая C1JCIL·~ 1y разделенных про­
верок от11оситс:1ь110 а1 , будет 11меть в11:~
80
• 1101000 li
н·;-с Iооп11о11.
101 ООО 1!i


Этот код имеет минимальное кодовое расстояние d = 4.
Система контрольных проверок запишется в виде
:: =,:::::
:::::::: ::::::~:l
а1= а:1@а7
а2 а4 @а1
а3 = а.,@а2J•
й1=G1
й2=й2
G3=Ua
При одиночных ошибках неправильное значенне для сиl\lвола aj
даст только то соотношение, в которое входит ошибочный символ.
Следовательно, значение а1 можно определить, применяя решение
«по бо.1ы111rнству». Случай, когда два уравнения дают а1 = 1, а два
другие а1 = О, соответствует обнаружению двойной ошпбки.
Функциональная cxel\la декодирующего устройства для данного
rюда представлена на рис. 3.17. В нее входят декодирующий регистр
сдвига (Т1 - Т7) с обратной связью, мажоритарный элемент М, три
сумматора по mod 2 (m 2), включенные в соответствии с системой про­
верок (3.20), входной коммутатор, представляющий собой две cxeмt,l
совпадения, объединенные схемой собирания. Рассмотрим принцип
работы схемы.
По сигналу, поступающему с устройства управления УУ, откры­
вается схеыа совпадения 1 и информационная последовательносп,
заполняет декодирующиi1 регистр, после чего открывается схеыа сов­
падения 2 и закрыпается схема совпадения 1. На последующих тактах
сумматоры по шоd 2 определяют значения а1 для каждой из проверок
и подают их на мажоритарный элемент М, который принимает значение
aj «по большинству» и подает его на выход. После п циклических сдви­
гов декодирование заканчивается.
Пусть п канал поступила комбинация 1100101.
Если, наприыер, при передаче исказился а 3 , то декодирующиii
регистр заполнит комбинация 1110101. На следующем такте продви­
жения комбинации по регистру включается обратная связь и начи­
нают работать сумматоры m2 • На входе мажоритарного элемента М
появится комбинация 1101, а на его выходе, следовательно, значение
символа а 1 = 1. При следующем такте продвижения на входе М поя-
81


вшся - О111, а на его выходе - а2 = 1. Далее на М поступит ООО1,
а на выходе появится исправленное значение а 3 = О, и т. д.
Таким образом, спустя п = 7 тактов на выходе появится исправлен­
ная комбинация 1100101. После этого все элементы декодирующего
устройства устанавливаются в исходное состояние и цикл декодирова­
ния повторяется для следующей кодовой комбинации.
Более широкие возможности для построения циклических кодов,
допускающих мажоритарное декодировани~, имеют декодирующие
устройства с квазиразделенными проверками.
Системой квазuразделенных проверок называют множество контроль­
ных проверок, удовлетворяющее следующим условиям: в каждую про·
верку входит одна и та же линейная форма от нескольких символов;
символ ai входит не более чем в одну проверку.
В случае двоичных кодов система квазиразделенных проверок яв­
ляется разделенной относительно одного и того же подмножества сим­
волов Gj1, aj2, ••• , Щх, поэтому проверочная матрица может включать
в себя несколько столбцов, содержащих одни единицы.
Рассмотрим систему квазиразделенных проверок при мажоритар­
ном декодировании для (7, 4)-кода с образующим полиномом g (х) =
=1+х+х3=1101.
Проверочная матрица этого кода для символов а1 и а2
"=[[111001011·
1100101
Строки матрицы Н образуют систему квазиразделенных прове­
рок, позволяющую двумя независимыми способами вычислить сумму
символов а1 ЕЕ> а2 • Дополняя систему тривиальным соотношением
а1 ЕЕ> а2 = а1 ЕЕ> а2 , и используя мажоритарный решающий элемент,
получим схему декодирования, которая при одиночных ошибках дает
возможность правильно определить значение суммы символов а1 + а2 :
G1ЕЕ>а2=G3ЕЕ)аб;)
al EfЭG2 = G5 Et)a7;
а1 ЕЕ>а2 = а1 ЕЕ>а2 •
(3.21)
Циклический сдвиг системы уравнений (3.21) образует системы ква­
зиразделенных проверок для сумм символов а2 ffi а 3 ; а3 ffi а4 и т. д.
Покажем, что в этом случае можно определить символы переданного
сообщения.
Если а1 = а1 ffi а2 и принятая последовательность циклически
сдвигается, то на следующем такте на выходе мажоритарного элемен­
та будет а2 = а2 ffi а 3 . Тогда для символа а2 можно составить следую­
щие разделенные проверки:
(3.22)
82


Эти проверки позволяют определить символ а2 и все остальные сим­
волы кодовой комбинации. Возникающая при этом задержка декоди­
рования на один такт может быть легко учтена при кодировании.
Функциональная схема декодирующего устройства, реализующего
рассмотренный алгоритм, приведена на рис. 3.18. Рассмотрим после­
довательность логических операций, выполняемых этой схемой.
При открывании схемы совпадения 1 информационная последова­
тельность заполняет декодирующий регистр Т1 - Т7 • Далее схема
совпадения 1 закрывается и открывается схема совпадения 2; инфор-
Рис. 3.18. Функциональная схема мажоритарного декодирующего
устройства с квазиразделенными проверками
мационная последовательность циклически сдвигается и срабатывают
сумматоры по mod 2 1, 2, 3. На выходе мажоритарного элемента М 1
появляется величина а1 , которая поступает в Т7 • Символ й~ пере­
пишется из триггера Т1 в триггер Т8 • На следующем такте про­
движения информационной последовательности на выходе М 1 появит­
ся значение d2, а на выходе М2 - значение символа ~- Последующие
символы определяются аналогично на очередных тактах работы ре­
гистра. Следовательно, спустя п + l = 8 тактов все символы принятой
комбинации будут декодированы и пройдут на выход. Операция исправ­
ления искаженных символов осуществляется так же, как и в примере
для разделенных проверок. По сигналу Уст. «О» декодирующее уст­
ройство подготавливается для приема очередной комбинации кода.
§ 3.6. НЕПРЕРЫВНЫЕ КОДЫ
Коды, в которых кодирование и декодирование проводятся непре­
рывно над последовательностями символов, называют непрерывными
(рекgррентны.ми).
В непрерывных кодах проверочные символы размещаются среди
информационных символов и образуются при кодировании путем
8.З


сумl\111рован11я по mod 2 неско.1ьких инфорl\lационных сш,шолов,
находящихся друг от друга на определенном расстоянии. В таких кодах
на каждые п передаваемых символов приходится k информационных
симво,'ЮIЗ. Оrношение числа информационных символов к числу непре­
рывно передаваеыых символов характеризует избыточность кода.
Простейш1ш является непрерывный код с избыточностью kln = 1/2,
т. е. код, в котором каждый проверочный символ апр образуется путем
суl\Iмирования по mod 2 двух соседних информационных сш,шолов
а11 в соответств1111 с рекуррентной форl\lу.'ЮЙ
Схема кодирования, построенная на основе этого уравнения, изо·
бражена на рис. 3.19. Она состоит из двухразрядного сдвигающего
Рис. 3.19. Фуикц11она.1ьная схема кодиру­
ющего устройства для рекуррентноrn
( 1 /2)-кода
регистра, сумматора по mod 2,
ключа К и работает следующим
образом.
После того как первые два
символа информационной после­
довательности будут занесены в
регистр, сумматор по mod 2 оп­
ределит первый проверочный
символ aup 2 в соответствии с
рекуррентной формулой. К это­
му времени ключ К, пропустив
первый инфорыаuионный символ аи 1 , займет нижнее положение и
предоставит теА1 cal\IЫM возможность пройти aup 2 на выход. Одно­
преыенно происходит сдвиг информационной последовательности в ре­
гистре, посJ1е чего ключ К занимает верхнее положение. Далее
поступает следующий информационный символ аи 5 • В регистре бу­
дут занесены второй и третий символы аи 5 и а113 информационной
последовательности. Сумматор по mod 2 определяет проверочный сим­
вол anp4 и т. д. Таким образом, на выходе образуется последователь­
ность проверочных и информационных символов аи 1 апр 2°изGпр4 а115••• •
Из работы схеi\1Ы видно, что каждый информационный символ
дважды участвует в образовании проверочных символов: вначале пре­
дыдущего, затем последующего. При таком схемном построении вслед­
ствие непосредственного соседства разрядов, охваченных общей про­
веркой, можно выявить только одиночные ошибки. Для исправления
пачки ошибок необходимо соседние серии разделить защитным про­
межуткщ1.
На рис. 3.20 приведена схема кодирующего устройства, которая
позволяет исправлять двукратные ошибки. Введение двухтактной за­
держки на регистре (первые два разряда) удаляет на два раз ряда про­
верочные символы и позволяет тем самым исправлять не только смеж­
ные двукратные ошибки, но и пачки длиной меньше и равные четырем.
Например, пос.'тедовательность А 11 = 101100111000, поступившая в ко­
дирующее устройство, образует проверочную последовательность
84


А пр путем суммирования по mod 2 сдвинутых информационных СИl\ШО­
лов:
11"11 О"1 11 "ОГ\
11v11 Vl IV ,J
1 IOl lOOl l lШIO
00 1100111 11о11о
Синхронный коммутатор К объединяет
рочную последовательности:
А"1о11оо1
Апроо
оо
Ar
ооо
1ОООО1
информационную и праве-
ооо
1
о1
1о ооо
и выдает ее на выход. На приемной стороне принятая кодовая после­
довательность поступает в декодирующее устройство, схеыа которого
приведена на рнс. 3.21.
Вх
С88иг
!Jcm. ,,о"
Рнс. 3.20. Функuиона:н,ная схема кодирующего устройства
для ксправления двукратных ошибок
Синхронный коммутатор К декодирующего устройства выполняет
операцию, обратную операции, выполняемой синхронным коммутато­
ром кодирующего устройства, т. е. расщепляет принятую последова-
ИР,-
г-----------------------------
1-+-"- - - -1
Уст.
Ап
Рис. 3.21. Функuиональная схема декодирующего устройства
для рекуррентного кода
тельность на информационную Аи и проверочную А пр последователь­
ности. Информационная последовательность поступает затем в инфор­
мационный регистр И Рг и используется для формирования опорной
последовательности А 0 в сумматоре по mod 2/ 1 аналогично тому, как
85


это делалось в кодирующем устройстве для определения проверочной
последовательности А пр•
Затем опорная А0 и проверочная А пр последовательности поступают
на сравнение в сумматор по mod 2/2, где определяется их сумма (кор­
ректирующая последовательность А 110). Если эта сумма равна нулю, т. е.
А 0 = Аир• то искажения отсутствуют п информационная последова­
тельность Аи передается получателю. Если результат сравнения не
равен нулю, то в принятой последовательности появилась ошибка
в проверочной или информационной части. Например, если в Апр, в
одном из проверочных разрядов, вместо нуля появилась единица (под­
черкнута), то в корректирующей последовательности на этом же месте
также окажется единица:
А0 ОО1ОО1 111О11О
АпрОО11О1 111О1lО
А110 ООО1ОООООООООО
Если произошла ошибка в одном из разрядов информационной части,
то при формировании А O искаженными будут два разряда:
1О1l1Оl11ООО
101110111000
ОО1ОО1О1О1О11О
Апр ОО1ОО1Т111О11О
Ако ОООООО1О1ООООО
а в корректирующей последовательности Ан0 на двух местах появятся
единицы. Для исправления ошибки необходимо искаженные символы
информационной последовательности Аи совместить с единицами кор­
ректирующей последовательности А 110 • Для этого в проверочном ре­
гистре ПРг формируются сдвинутые корректирующие последователь­
ности А н1 и А 112 , которые поступают затем в схему совпадения:
А110ОООООО1О1ООООООООО
А 111
ОООООО1О1ООООООО
А 112
ОООООО1О1ООООО
А113ОООООООООО1ООООООО
На выходе схемы совпадения единица появляется только в том раз­
ряде последовательности А 113 , в котором произошло совпадение единиц
на входе.
Исправление ошибки осуществляется в сумматоре по mod 2 3 путем
суммирования искаженного символа с единицей:
Аи 1О1l1О111ООО
А113ОООО1ООООООО
1О1lОО111ООО
Непрерывный код очень прост, но он имеет существенный недо­
статок - большую избыточность.


ГЛАВА 4
ДЕКОДИРОВАНИЕ ДИСКРЕТНЫХ СИГНАЛОВ
С ИЗБЫТОЧНОСТЬЮ
§ 4.1. ПРИЕМ В ЦЕЛОМ И ПОСИМВОЛЬНЫЙ МЕТОД ПРИЕМА
При приеме дискретных сигналов с избыточностью в процессе де­
кодирования производится преобразование принятых сигналов в комби­
нации кодовых символов, соответствующих элементарным сообщениям
(буквам алфавита). Это преобразование может осуществляться двояко.
В первом случае анализируется целиком весь принятый сигнал и на
основании используемых оценок принимается решение о соответству­
ющей ему кодовой комбинации. Такой подход характерен для приема
дискретных сигналов, называемого приемом в целом.
Во втором случае декодирование проводится в два этапа. Вначале
принятый сигнал анализируется по элементам, соответствующим кодо­
вым символам, затем устанавливаются принятые кодовые символы (еди­
ницы и нули), а следовательно, и состоящая из них кодовая комбина­
ция. Преобразование принятых сигналов в кодовые комбинации сво­
дится к выполнению операций демодуляции и регенерации, реализу­
емых схемой, которая условно называется первой решаю~цей схемой.
Затем кодовая комбинация преобразуется в наиболее вероятное эле­
ментарное сообщение. Эта операция выполняется декодирующим уст­
ройством, условно называемым впwрой решаю~цей схемой. Та кой подход
характерен для приема дискретных сигналов, называемого посимволь­
ным.
Посимвольный прием из-за разделения процесса отождествления
принятого сигнала с буквой алфавита на два самостоятельных этапа
целиком не использует информацию о принятом сигнале. Действи­
тельно, в первой решающей схеме на основании принятого сигнала
z' (t) определяются апостериорные вероятности каждого из символов
кода и выбирается из этих символов тот, который имеет ее наибольшее
значение. Сформированная таким образом кодовая комбинация
у~ У~- 1 .• • у1 поступает во вторую решающую схему, где по некоторым
критериям происходит ее отождествление (декодирование) с наиболее
вероятной комбинацией УпУп _ 1
...
у1 . При этом параметры сигнала
z' (t) и апостериорные вероятности сигналов не учитываются.
Прием в целом позволяет использовать всю информацию о приня­
том сигнале при восстановлении сообщения, но решающая схема при
этом оказывается весьма сложной. Поэтому иногда целесообразен такой
87


прием, который хотя II не использует всю инфорl\lацню, содержащуюся
в принимаеl\!Оl\1 сигнале, но все же уменьшает ее потерн по сравнению
с посимво.1ьныl\1 приеыом. В схемах, осуществ.1яющих этот прие~1,
так же как и при посимвольном приеме, сохраняются два этапа восста­
новления сообщения, но и на втором этапе используются сведения о при­
нятом сигнале z' (t). Примером такого приеl\~а ыожет служить схема,
приведенная на рис. 4.1 . Выделенная демодулятороl\1 ДМ опrбающая
принятого сигнала поступает на регенератор Р, на основании подсче­
та строб-шшульсов приниыается решение о принятоы символе «1))
Вь1х
Рис. 4.1. Структурная схема приема дискретных сигна,1ов
с избыточностью
или «О)). Максш1альное число строб-импульсов для каждого сю.шола
равно а. Общее число импульсов для вынесения решения о восста­
навливаемоl\1 си;..шоле, включая положение неопределенности, равно
2а+1.
В общем случае в каждом 11з возможных состояний канала на пере­
даваемый сигнал действует помеха. С некоторым приближением закон
распределения искажений сигнала можно считать нормальным с из­
вестными параl\lетрами. Необходимо установить апостериорные вероят­
ности Pi правильного отождествления принятых символов при извест­
ной вероятностн ошибки символа Р; 11 плотнос1и вероятности искаже­
ния сигнала в каждом из возможных состояний канала. Для этого всю
область принятия решения о регенерируемом символе делим на части
У1 и У0 . Если подсчитанное число строб-импульсов попадает в область
У 1 , то выдается код «l», если в область У0 , то выдается код «О».
Обозначим всю область принятия решения через единицу (рис. 4.2)
и разобьем ее на две равные части. Внутри каждой части введем (m +
+ 1)-ю градацию верности (Ci - число проб-импульсов внутри одной
градации верности), с каждой из которых однозначно сопоставляется
88


код «1» или «О»:
с; сУ
--\..
г,
2а+1 1
гдеCf= а+Cj.
о5 с; .,---1
'<---""''
2а+ 1
Вероятность получения сиывола с искажением, соответствующим
данной градации верности,
Pi13=Ф(hj)-Ф(hj_ 1),
(4.1)
где
!1i = __С~1~·--
t2a + l)a;
осс
тum1
с;,, , с;,, 1
Рис. 4.2 . Стр) 1'1урна,1 схе~1а оптш,1а;а,вurо пр11~;,1а
в ue.10~1
Вероятности ошибки ПОе1учен11я этого CII;\IВOЛa
Р:в = Ф (h1)-Ф (h1_1),
,
с
r1e h' =-----
:2а+l)а;
функция Лап"~аса вида
1,
h'
Ф (h) = V12п sе--т dh
о
(4.2)
(для определения таких функций имеются специальные таблицы).
Учитывая симметричность двоичного канала связи, можно те же
рассуждения провести и для другого символа.
Полученные значения Р.в и Р':13 позволяют составить следующие
отношения правдоподобия:
(1 -Pj)/pj = Рjв/ Рiв,
( 4.3)
89


а затем получить апостериорную вероятность приема сигнала с ошиб­
кой:
(4.4)
Таким образом, на данном этапе обработки сигналов с помощью
вероятностного детектора ВДТ (см. рис. 4.1) выявляется качество их
приема путем определения апостериорной вероятности их ошибочного
приема.
Дальнейшая процедура декодирования принимаемой кодовой ком­
бинации протекает следующим образом.
Регенерируемые символы последовательно поступают на сравнива­
ющие устройства СрУ. Одновременно на них же из запоминающего
устройства ЗУ подаются соответствующие разряды всех разрешенных
кодовых комбинаций. В результате поразрядного сравнения выраба­
тываются сигналы совпадения и несовпадения, поступающие на ве­
роятностный детектор ВДТ, который производит перерасчет приня­
тых значений вероятностей ошибки символа.
Апостериорная вероятность ошибки символа при появлении сиг­
налов несовпадения и совпадения соответственно:
Pf = 1-Р1,
Р1 =Р1,
(4.5)
Получаемые вероятностные оценки поступают на сумматор ~,
l{ОТорый определяет величину математического ожидания ошибок Мп
для каждой из сравниваемых кодовых комбинаций. Если считать, что
при сравнении произошло совпадение в l разрядах и несовпадение
в п - l разрядах, то величина Мп для каждого этапа сравнения
[
l=n
l=n
]
Мп = Рм-1- i~г Рл + ir(1-Рл) ,
n
j=O
f=O
l=O
1=0
(4.6)
где Рп ~ вероятность ошибки !-го символа, принятого с j-й града­
цией верности; Рм - вероятность передачи k-й кодовой комбинации;
т ~ число градаций верности.
Решающее устройство РУ анализирует совокупность всех Мп и
выносит решение о номере кодовой комбинации, для которой Мп =
= Мп mln· Указанная комбинация выдается из ЗУ на выход.
При оптимальном декодировании имеет место переход к интеграль­
ным сравнительным оценкам энергии принимаемой кодовой комбина­
ции и всех кодовых комбинаций, хранящихся в ЗУ. Решение о номере
переданной кодовой комбинации выносится по комбинации, энергия
которой наименее уклоняется от энергии принятой кодовой комби­
нации после поразрядного сравнения.
Практически реализация оптимального декодирования связана
с выполнением большого числа сложных преобразований. Упрощение
допускают лишь методы, при которых в процессе декодирования ис­
пользуются некоторые более или менее грубые характеристики данной
реализации случайной последовательности (метод Вагнера, прием
с симметричной зоной стирания и др.).
!Ю


§ 4.2. ОЦЕНКА ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ ПРИЕМА В ЦЕЛОМ
Ддя оцен~и помехоустойчивости приема в целом и ее сравнения
с помехоустоичнвостыо по3леr-,,tентного приеf,fа чаш_е всего используют
теорему Финка. В соответствии с этой теоремой, если обозначить через
Р1 - вероятность ошибки кодовой комбинации при посимвольном
приеме; Р 2 - вероятность того, что при посимвольном приеме про­
изошла неисправимая ошибка; Р3 -вероятность ошибки кодовой ком­
бинации при приеме в целом; Р4 - вероятность того, что при посим­
вольном приеме произошла необнаруженная ошибка, то при любом
коде имеет место соотношение
(4.7)
Смысл этой теоремы можно выразить также следующим образом.
При кодировании с избыточностью помехоустойчивость приема в целом
выше помехоустойчивости посимвольного приема с исправлением оши­
бок, но ниже помехоустойчивости посимвольного приема с обнару­
жением ошибок и переспросом по каналу обратной связи. Для кода
без избыточности прием в целом равнозначен посимвольному приему.
Для доказательства теоремы рассмотрим условия, при которых кодо­
вые комбинации будут регистрироваться ошибочно при различных
методах приема. При этом будем иметь в виду, что кодовое расстояние
между принимаемыми кодовыми комбинациями равно d.
При посимвольном приеме кодовая комбинация будет зафиксиро­
вана как ошибочная, если в подобранной наиболее похожей кодовой
комбинации хотя бы в одном ее элементе будет несовпадение символов
вне зависимости от того, можно ли эту ошибку исправить. Обозначим
это событие через А 1 , а его вероятность - через Р1 . При поси:--шольном
приеме с исправлением ошибок будет иметь место неисправленная
ошибка, если в принятой кодовой комбинации окажутся более чем
1d/2 / указанных несовпадений. Обозначим это событие через А 2 , а ero
вероятность - через Р2 . И наконец, при посимвольном приеме с обна­
ружением ошибок ошибка будет не обнаружена, если принятая кодо­
вая комбинация перейдет под воздействием помехи в одну из разре­
шенных. Положим, что это событие А 4 имеет вероятность Р4 .
Из вышеизложенного можно заключить, что если происходит со­
бытие А 4 , то всегда имеют место события А 2 и А 1 . Если же происходит
событие А 2 , то всегда имеет место событие А 1. Другими словами, мно­
жество событий А 4 включает подмножество событий А 2 , в которое
в свою очередь входит подмножество событий А 1 . Поэтому их вероят­
ности находятся в следующих соотношениях:
(4.8)
Указанные вероятности равны только при d = 1, так как в этом
случае события А 1 , А 2 и А 4 совпадают.
При приеме в целом принятая кодовая комбинация будет ошибоч­
ной, если при математическом ожидании ошибок на ее длине М,. =
= М" mtn и зафиксированное значение кодовой комбинации содер­
жит любые варианты ошибок. Обозначим это событие через А 3 , а ero
91


вероятность - через Р 3 . Очевидно, что в число необнаруживаемых
ошибок входят все переходы в разрешенные кодовые комбинации.
Следовательно, множество событий А 4 является подмножеством событий
А 3, поэтому
(4.9)
Равенство этих вероятностей иl\!еет ыесто при d = l.
При посимвольном приеме гарантийно неисправимая ошибка
кратности, превосходящей d/2, в равной l\repe может быть отнесена
к той 11л11 другой разрешенной кодовой коl\!бинации; при приеме же
Рис. 4.3. Графичес1<ое представ­
ленне вероятностных характери­
стш< при приеме дискретных
снгна,1ов с избыточностью
в целом учет вероятностных характери­
стик символов равнозначен увеличению
основания кода. Это обстоятельство дает
дополнительные сведения о кодовом рас­
стоянии между разрешенными кодовы~rи
комбинациями, что аналогично увеличе­
нию кратности гарантийно исправимых
ошибок и, следовательно, сокращению
кратности неисправимых ошибок. Поэто-
1\!У события А 2 и А 3 могут быть как од­
новременно, так и независимо одно от
другого, т. е. по отношению друг к другу
ою1 являются частично пересекающимися по,::щножествами. При это:--1
подмножество А 2 всегда меньше подмножества А 3 . В таком же соотно­
шеюш находятся и вероятности этих событ11й. Поэтому всегда
Р2>Рз.
(4.10)
Равенство этих вероятностей имеет 1\!есто при d = 1.
Характер соотношений между подмножествами А 1 , А 2 и А 3 , А 4
показан на рис. 4.3 .
Объединяя соотношения (4.8), (4.9) и (4.10), получим для каждой
пары рассматриваемых кодовых комбинаций с расстоянием d нера­
венство вида
(4.11)
Прп известных характеристиках канала н принятого для передачи
кода можно всегда вычислить вероятности Р 2 и Р4 и получить двусто­
роннюю оценку для Р 3 и таким образом вычисл~пь вероятность ошибки
декодирования при приеме в цепом.
§ 4.3 . МЕТОД ВАГНЕРА И ПРИЕМ
ПО НАИБОЛЕЕ НАДЕЖНЫМ СИМВОЛАМ
Характерной особенностью декодирования по методу Вагнера
яв1яется то, что корректирующий код здесь используется только в ре­
жн~:е обнаружения искаженных символов, а не их номеров. Операция
исправления ошибок осуществляется путем сравнения апостериорных
вероятностей Pj принятых символов, определения наиболее ненадежных
си~шолов и последующего их испранления. Процедура вероятностного
92


декодирования по методу Вагнера позволяет более рационально по­
дойти к испоJ1ьзованию избыточности кода, так как в этом случае появ­
ляется возrv1ожность корректировать все ошибки кратности t ~ (d/2).
Структурная cxer.:a декодирующего устро~"1ства, ис110.1ьзующего ыето,:;
Вагнера, представлена на рис. 4.4 .
Работа декодирующего устройства протекает С.'Iедующим образом.
Демодуляция в демодуляторе ДМ, регенерация в регенераторе Р II ве­
роятностное детектирование в вероятностноl\1 детекторе ВД осуществля­
ются аналогично схеме, показанной на рис. 4.1 для приема в ueлol\l.
Принятая кодовая комбинация вместе с вероятностными характеристи­
ка!\111 фиксируется в регист-
р
раторе Рег. Параллельно пу­
тем проверок на четность вы­
является кратность ошибок.
По сигналу с обнаружителя
z~'(_t)...___~
кратности ошибок ОКО уст- Сигнал дм
ройство исправления выдает
вектор исправления ошибок в
регистратор Рег, где произво-
дится исправление наиболее
о/~ о
ненадежных СИ!\IВолов. Затем
с устройства исправления УИ
исправJ1енная кодовая комби­
нация поступает на выход.
Рис. 4.4. Струюурная схема декодирующего
устроiiства
Друrю1 методом декодирования, заниыающш1 промежуточное
положение между ыетодоl\1 посимвольного приема и приеыа в целом,
является декодирование по наиболее надежныы сиыволам. ПроцедурD
декодирования в это!\1 случае протекает аналогично схеме, предсrав­
ленной на рис 4.1, с той лишь разницей, что решение о переданной
кодовой коыбинации приниl\~ается не по всем п символам, содержащиыся
в кодовой коыбинаuпи, а по п1 - наиболее надежньш сю.шола!\1. По­
скольку в любой кодовой комбинации можно стереть по крайней l\1epe
d - l символ, для того чтобы сохранить воз:-vюжность различать кодо­
вые коl\1бинаuии, то число наиболее надежных сиl\шолов должно ле­
жать в пределах
k<,n1<,п-d+1.
С учетом сказанного процедура декодирования начинается с выде­
ления k наиболее надежных символов в принятой кодовой комбинации.
Далее алгоритr-.1 декодирования будет аналогичен алгоритму декоди­
рования при прие,rе в целом (4.6). Процедура декодирования заканчи­
вается, если по Mk однозначно определяется одна из комбинаций кода.
В противном случае к отобранным символа,~ добавляется еще один из
наиболее надежных из оставшихся п - k символов и все операции
повторяются.
При приеме по наиболее надежным символаы ыогут быть исправле­
ны всеошибки кратности t<, (d- l) пр11 условии, что п- d+ 1
правильно принятых сиыволов имеют меру похожести, большую, чем
неправильно принятые символы.
93


§ 4.4 . ПРИЕМ СО СТИРАНИЕМ
ТрудАости технической реализации приема в целом предопредели­
ли широкое применение приема и декодирования с двумя градациями
верности, или, иначе, с симметричной зоной стирания. В симметричных
каналах прием со стиранием (рис. 4.5) осуществляется с помощью
двухпороrового детектора ДТ или детектора с двумя уровнями кван­
тования путем регенерации сигнала z' (t), получаемого с выхода демо­
дулятора ДМ. При этом детектирование осуществляется по следующему
алгоритму.
Сигнал z' (t) отождествляется с «1», если превысит некоторый уста­
новленный порог С1 , если же он окажется меньше порога С0 , то выра­
батывается символ «О». Если С1 > z' (t) > С0 , то возникает неопреде­
ленность в определении символа (Pi = 0,5) и вырабатывается специаль-
Сигнал
дм
ДКУ
s
Рис. 4.5. Структурная схема приема с сигналом стирания
ный сигнал стирания s, а это означает, что в случае необходимости
восстановление информации должно проводиться по специальным пра­
вилам.
Основными величинами, характеризующими прием со стиранием,
будут вероятности правильного приема символа %, стирания символа
Рв и ошибочной регистрации символа Ре• Все они являются функцией
ширины принятого интервала стирания. И поэтому связь между этими
величинами существенно зависит от вида первой решающей схемы и на­
ходится в следующем соотношении:
%=1-р8 -Рс•
(4.12)
Прием со стиранием вырождается в посимвольный прием при ин­
тервале стирания, равном нулю.
Прием информационных последовательностей для кодов без избы­
точности характеризуется, например, следующим:
при независимом распределении ошибок вероятность правильного
приема кодовой комбинации
Q8 =(1-pc-P,)n;
(4.13)
вероятность стирания хотя бы одного символа в принятой кодовой
комбинации
(4.14)
Рассмотрим основные принципы процедуры декодирования кодов
с избыточностью при приеме с сигналом стирания.
Информация в виде двоичных значений символов и сигналов сти­
рания, получаемая на выходе первой решающей схемы, подается на
94


вход декодирующего устройства ДКУ. Эrот случай аналогичен прие­
му с двумя градациями верности, если считать, что зона стирания s
выбрана в пределах от С0 до Со'.
В смыс.1е простоты декодирования интерес представляет исправ,1с­
ние ошибок с помощью сигналов стирания в сочетании с корректн­
рующими кодами. Длина пакета стирания r = п - k определяет число
проверочных символов.
Построение проверочных уравнений для п-значного кода с k ин­
qюрмационными символами проводится в этом случае по следующему
правилу:
ан1 = а1 ЕIЭан, Е1Эан2r ЕIЭ... ;
ak+2 = а2Е1Эан,Е1Эан2r Е1Э ••• ;
ап = а, Е1Эа2, Е9а3, Е1Э ....
Например,длякодасk=9ип- k =З,п = 12получимследу-
ющую систему уравнений для определения проверочных символов:
0 10 = а1 Е1Эа4 Е1Эа1;
au= а2ЕIЭаБЕВав;
а12= азЕ1ЭавЕ1Эао,
Если считать, что при приеме наиболее вероятным будет такое со­
бытие, когда ошибочно принятым окажется стертый символ, то воз­
можно восстановление любого пакета стираний длиной до r. Для этого
при анализе каждого из уравнений можно применить метод Вагнера,
т. е., если при проверке на четность уравнение не удовлетворено, не­
обходимо исправить входящий в него стертый символ.
§ 4.5. ВЕРОЯТНОСТНОЕ ДЕКОДИРОВАНИЕ ГРУППОВЫХ КОДОВ
Процедура вероятностного декодирования групповых кодов более
проста при технической реализации по сравнению с приемом в целом.
Наиболее полно требованиям вероятностного декодирования отвечаюг
групповые коды с малой плотностью проверок на четность.
Под групповым п, т, Ь-кодом с малой плотностью проверок на чет­
ность понимают п-значный код, определяемый Hn; m, ь-проверочноii
матрицей, которая содержит п столбцов с т-единицами в каждом
столбце и Ь-единицами в каждой строке (все остальные позиции со­
держат нули) т < Ь. В этой матрице т - 1 строк линейно зависимы,
а это означает, что коды с малой плотностью проверок на четность
неразделимы.
Уравнения проверок всегда можно выразить в явном виде по отно­
шению к проверочным символам. При соблюдении перечисленных
условий каждая кодовая комбинация находится в одинаковых условиях
по отношению к процедуре декодирования, т. е. каждый символ деко­
дируется в среднем с одинаковой верностью. Эrо объясняется тем, 'lТО
для оптимальных кодов с малой плотностью проверок на четность каж­
дый символ входит в одинаковое число проверок, а каждое проверочнсе
95


уравнение содержит одинаковое число с1r:1rволов. Так, например, для
(6, 2, 3) кода проuерочная матрица
••1
ООО1
000111 1
Н6•2' ~ -
1 1ОО1Оl•
liо11о1о
У этой матрицы линейно незавпсиыыми будут лишь три строки.
Поэтому в данноl\! случае иыеет ыесто групповой (6, 3)-код с k = 3 и
п - k = 3. Для того чтобы выделить позиции проверочных символов,
перейдем к проверочной ыатрице вида
illl00O
1
н0,з=!1оо1о1,
l1ооо1о
все строки которой линейно независю1ы. Если на первых позициях
каждой строки этой l\!атрицы будут стоять единицы, то номера прове­
рочных разрядов должны соответствовать диаrональноl\!у расположе­
нию единиц в столбцах ыатрицы Н 6 _ 3 . В данном случае видно, что прове­
рочные символы J\!ОГут заниl\!ать 3, 4 и 5-ю позищ1и.
Следовательно, проверочные уравнения в соответствии с матрицей
н6,3 будут и:...1еть В!IД
G3= G1(f)a2; \
1
a.J = а1(f)a6; l
(4.15)
а5 =G1.
J
Полученные уравнения дают воз11южность выразить каждый ин­
формационный сиывол в явном вuде:
G1=G2EfJG3; j G2=G1EfJG3;
j а6=а1Е±Эа4; ]
а1= а4Е9а6;
а2= a.J(f)a5;
а6= а4Е9а5;
G1=G:,;
G2=G3(±;JG4(f)a6;
а6=а2(f)а3Е9G4-
(4. 16)
Алгоритм декодирования кодов с ыалой плотностью проверок
на четность при посимвольном приеме ;,,южет быть представлен в виде
схемы кодового дерева, в соответствии с которым пос.Тiедовательно вы­
чисJ1яются все проверки на четность, начиная с первого си!\шола. При
этом символы, для которых число неудовлетворенных уравнений больше
некоторого допустимого значения r, исправ.1яются. После этого про­
верки на четность вычисляются сначала с использованием новых зна­
чений символов. Эта процедура повторяется до тех пор, пока не будут
удовлетворены все проверочные уравнения. Например, для рассмот­
ренного (6, 2, 3)-кода процесс декодирования может быть представлен
в виде дерева (рис. 4.6), где число ветвей и характер их соединения со­
ответствуют подмножеству проверочных уравнений начиная с символа
а1, а сплошны.\НI линиями соединены символы согласно уравнениям
(4.16). Для проверок символа а1 используются символы первого яруса.
95


Для проверок символов первого яруса используются символ а1 и
символы второго яруса.
•
Положим r = 3 и в результате проверок выясни:н, что нt удовлет-
ворены щ:е 1Jроверочные уравнения:
а2 =1= а1 ЕJЭ аз;
а2ФазЕJЭаs;
а2фазЕJЭа48 ав
и по одному уравнению - проверяющие а1 (а1 =1= а2 ЕiЭ а3) и а6 (а6 =J.,.
=1= а2 ЕJЭ а 3 ЕJЭ а4). Это означает, что ошибочно принят символ а2 и его
надо исправить. Аналогично проверяются и другие симво.1ы. Такой
Bmopou аз
ярус
а,
Рис. 4.6. Древовидная структура деко.:щрования для
(6; 2; 3)-кода
~1етод декодирования является посимвольным и применим, если про­
верочные множества невелики, а канал симметричный.
Поскольку посимвольный метод приема не является оптимальным,
то значительно больший интерес представляет вероятностная процедура
декодпрования кодов с малой плотностью проверок на четность, для
Рис. 4.7 . Древовидная структура декодирования д.1я кода с m=З и Ь=4
пояснения которой рассмотрим древовидную структуру декодирования
для кода с числом проверок на четность т = 3 и числом символов в про­
верке Ь = 4, представленную на рис. 4. 7. Здесь в качестве исходного
для декодирования взят некоторый информационный символ а;. Линии,
выходящие из него, определяют множество линейных уравнений, со­
держащих символ а;, а линии, идущие от первого яруса ко второму,­
~l!!ожества проверок, содержащих символы первого яруса. В вероят-
4 Зак. 744
97


ностном детекторе вычисляются апостериорные вероятности Pi для
каждого из принимаемых символов. После решения проверочного мно­
жества относительно символа а; вычисляют новые значения Р 1 . При
этом Р1 > Рi, если большинство уравнений проверок не удовлетворено,
и Р1 < Pi в противном случае.
Последовательность декодирования будет иметь следующий вид.
Вначале вычисляются Р 1 для символа а;. Затем аналогичные операции
совершаются для всех символов первого яруса при условии, что извест­
ны вероятностные характеристики для символов второго яруса. При
успешном декодировании такой итерационный процесс приводит к то-
Вых
!JИ
РгКВ
Tj
вх.1
вх.2
Рис. 4.8. Структурная схема вероятностного декодирующего
устройства для цик.1ического (7; 3)-кода
му, что вероятности, соответствующие каждому символу, стремятся
либо к нулю, либо к единице. Поэтому при решении системы уравнений
относительно некоторого символа а; он будет исправлен, если вероят­
нссть Р1 станет больше 0,5, и останется без изменения при значении ве­
роятности, меньшей, чем 0,5.
Этот принцип декодирования справедлив лишь тогда, когда на ко­
довом дереве не образуются петли. Если же один и тот же символ
появится больше одного раза в последующем ярусе кодового дерева,
то на нем образуются пеrли. Пример образования таких петель приведен
на рис. 4.6 и для символов а 3 и а5 отмечен пунктирными линиями.
Действительно, при ошибочном приеме символа а 3 будет неверно
исправлен символ а2 , что приведет к размножению ошибок.
Дальнейшее упрощение процедуры декодирования может быть
осуществлено при использовании циклических кодов. Рассмотрим про­
цедуру вероятностного декодирования циклических кодов на примере
кодов, допускающих мажоритарное декодирование.
Возьмем циклический (7,3)-код с коэффициентами градации вер­
ности)';. Структурная схема декодирующего устройства для этого кода
представлена на рис. 4.8.
98


На вход декодирующего устройства параллельно поступают значе­
ния символов кодовой комбинации в двоичной форме и соответствvющие
им коды коэффипчентов гrал.аплй верности. ПриiшмяРмя51 кодова·я ком­
бипацин llO Вх. 1 записывается в регистр кодовых комби11аш1й р,,кк.
а коэффициенты градаций верности принимаемых сш,шолов по Вх.2
в регистр коэффипиептов верности РгКВ. Далее производится операция
декодировапин первого символа. В первую очередь осуществлнются
проверки па четность в сумматорах по шоd 2 }.'; 1 -: - }.';:J• РезуJiьтаты про­
верок подаются па выходной сум~1атор }.';пы"{· Одновременно из РгКВ
па мажоритарные элементы М 1 -:- М3 поступают вероятностные харак­
теристики символов, входящих в проверочные уравнения. Мажор11-
тарпые эJiемепты определяют наименьший из коэффициентов у; и вы­
дают его па }.'; пых, где по некоторым уравнениям с учетом проверок m,1-
числнется новое значение коэффициента верности длн декодируемого
симноJiа и в зависимости от полученного резуJiьтата формируетсн сиг­
нал испранлепин (ипнертиронапин). С устройства испранлепин ,VJ-l
новое значение коэффициента верности подаетсн на вход РгКВ по кана­
лу обратной сннзи для учета при декодировании следующего сим­
вола.
Перечисленные операпии последовательно понторяютсн длн каж­
дого из символов, составляющих декодируемую кодовую комбинацию.
Перед поступлением следующей кодовой комбинапии декою1рующсе
устройство устанавливается в исходное состошше. Вероятностное деко­
дирование пиклических кодон дает возможность увеличить верпост1,
приема ипформапиоппых последовательностей, поскоJiьку учитывает
дополнительные снеденин о принимаемой информации в виде коэффи­
пиентон верности. Описаппан процедура декодирования пикJiических
кодон по помехоустойчивости занимает промежуточное положение меж­
ду методом Вагнера и вероятностным декодированием кодон с малоii
плотностью проверок па четность, однако по сравнению с последними,
техническая реаJiизация декодирующего устройства отличаетсн cнoeii
простотой.
§ 4.6. ВЕРОЯТНОСТНО-АЛГЕБРАИЧЕСКИЙ МЕТОД ОБНАРУЖЕНИЯ ОШИБОК •
При использовании алгебраических методов с повышением крат­
ности ошибок их обнаружение усложпнется. Поэтому предприпимают­
сн попытки обнаруживать ошибки малой кратности с помощью алгеб­
раических, а ошибки высокой кратности - с помощью вероятностных
методов. Методы, использующие такой подход, называют вероятност­
но-алгебраuческ.uлtи. С помощью нероятпостпо-алгебраических методов
удается уменьшить общую избыточность, приходящуюся на одну кодо­
вую комбнпапию. Один из таких методов основывается па вычислении
математического ожидания ошибок и его сравнении с некоторым фикси­
рованным значением.
Величина математического ожидания ошибок на длине регистри­
руемой п-разрядной кодовой комбинации в системах с вероятностным
детектированием и (m + 1)-ми градациями верности может быть опре-
4*
9<J


делена из соотношения
Мп = (P0l,, + P1l1 + ... + Р;l; + ... + P,,,l,,,)ln,
где lj - число символов, регистрируемых с Угrрадацией верности.
Устанавливая определенный порог М для текущего значения ве­
личины мате~1ап1ческого ожидания, при которо~1 принятая кодовая
комбннация будет фиксироваться как ошибочная, можно определить
ошибки различной кратности без введения избыточности для их алгеб­
вых,
Рис. 4.9 . Структурная
схема вероятностно­
алгебраического обна­
ружите,1я ошибок
раического обнаружения. Чем выше выбрана
величина порога М, тб1 больше вероятность того,
что ошибка малой кратности будет обнаружена.
С увеличениеl\1 величины М увеличивается ве­
роятность ложного обнаружения ошибок.
Оптимальное значение величины порога М
ыожет быть определено путем минимизации ве­
роятности необнаружения ошибок при условии
поддержания вероятности ложного обнаружения
ниже некоторого наперед заданного значения.
При этом вероятность обнаружения ошибок
уменьшается с у~1еньшение~1 их кратности.
За счет введения избыточности обнаружение
ошибок малой кратности можно осуществить
алгебраическим методом.
В соответствии с теоремой умножения ве­
роятностей вероятность необнаружения ошибки
в кодовой комбинации
Рмk=РмРk,
где Рм - вероятность необнаружения ошибок
по пороговому значению; Pk - вероятность не­
обнаружения ошибок алгебраическим методом.
Расчеты показывают, что при вероятностно-алгебраическом методе
вероятность необнаружения ошибок по сравнению с алгебраическим
методом при одной и той же избыточности значительно меньше. Это
свойство проявляется тем существенней, чем больше длина кодовой
комбинации.
Техническая реализация вероятностно-алгебраическоrо метода
проста. Структурная схема для такого метода приведена на рис. 4.9.
Она включает в себя алгебраический обнаружитель ошибок АОО,
реализуеl\lЫЙ на регистрах сдвига с обратными связями, и вероят­
ностный обнаружитель ошибок В00, включающий в себя дешифратор
п
ДШ для вычисления вероятности Р1, а также сумматор ~Р1, опреде-
1
ляющий случайную величину мате~1атического ожидания ошибок
Мп для кодовой ко~1бинации и сранивающий ее с заранее выбранньщ
порогом М. После анализа каждой кодовой ко~1бинации, который за­
канчивается с небольшой задержкой относительно момента регистра­
ции последнего символа, на выход выдается сигнал решения о нали­
чии или отсутствии ошибок в принятой кодовой комбинации.


ГЛАВА 5
СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ С ОБРАТНЫМ КАНАЛОМ
Повышение верности передачи информации помимо использования
корректирующих кодов может быть достигнуто за счет введения до­
полнительного обратного канала для организации обратной связи.
Схема такой системы с обратной связью для одного источника сооб­
щения НС и одного получателя сообщения ПС изображена на рис. 5.1 .
В схему входят передатчик прямого канала ППК, прямой канал ПК,
приемник прямого канала ПрПК, передатчик обратного канала ПОК,
обратный канал ОК и приемник обратного канала ПрОК.
Обратная связь позволяет получать данные о переданном сооб­
щении, по ним судить о характере воздействия помех и прини111ать
соответствующие меры.
Обратную связь можно реализовать и без введения дополнитель­
ного обратного канала, используя для этого прямой канал и времен­
ное разделение передачи. Применение же обратной связи в некоторых
случаях позволяет достичь требуемой верности и при использовашш
ис
ппк
ПрПК
пс
• ПрОК
пок
Р11с. 5.1. Структур11ая схе~1а системы передачи
информаuни с обратной связью
безызбыточных кодов. В системах без обратной связи при использо­
вании корректирующих кодов обычно ориентируются на некоторые
средние статистические данные о канале. Обратная же связь дает воз­
можность путем проведения постоянного анализа ошибок устанавли­
вать фактическое состояние канала во время передачи и вводить избы­
точность, позволяющую достигнуть требуемой достоверности. При хо­
рошем состоянии канала такой подход снижает общую избыточность.
Особенно эффективным введение обратной связи оказывается
тогда, когда помехи в обоих направлениях коррелированы или когда
влияние помех в канале обратной связи значительно слабее, чем
101


в канале прямой связи, т. е. обратный канал обладает большей надеж­
ностью, чем прямой канал. Действительно, например, в системе связи
между космическим кораблем и наземной станцией возможности пере­
датчика, установленного на космическом корабле, значительно огра­
ничены по мощности. Обратный же канал от наземного передатчика
в этом отношении имеет большие возможности, а следовательно, и
большую надежность.
В зависимости от того, на какой стороне осуществляется проверка
правильности переданной информации, системы с обратной связью
можно подразделить на системы с информационной обратной связью
и системы с решающей обратной связью.
К системам с информаu,иоююй обратной связыо (ИОС) относят те
системы, в которых проверка правильности переданного сообщения
осуществляется на передающей стороне.
К системам с решающей обратной связью (РОС) относят системы,
в которых проверка правильности переданного сообщения осуществ­
ляется на приемной стороне в соответствии с установленным алгорит­
мом. Затем принимается решение о направлении декодированного
сообщения получателю (в этом случае по обратному каналу посылает­
ся подтверждение) или по обратному каналу посылается запрос на
повторение. Такие системы также называют системами с автомати­
ческим запросо.м ошибок (АЗО) или системами с переспросом.
В зависимости от того, какую часть системы охватывает обратная
связь, последнюю подразделяют на обратную связь до принятия ре­
шения (по первой решающей схеме), обратную связь после принятия
решения (по второй решающей схеме) и комбинированную. В первом
случае обратная связь охватывает линию связи (непрерывный канал)
и позволяет принимать решение путем анализа непрерывно принимае­
мого сигнала. Во втором случае обратная связь охватывает большую
часть системы и позволяет принимать решение путем анализа диск­
ретной последовательности кодовых символов после демодуляции.
В третьем случае реализуются оба вида обратной связи.
По способу повторения сообщения системы с решающей обратной
связью можно подразделить на системы с блокировкой и адресным
повторением. В системах с блокировкой при обнаружении ошибки по­
сылается переспрос, а приемник блокируется, т. е. не принимает
следующих комбинаций. После получения переспроса передатчик
повторяет всю переданную информацию, начиная с момента появле­
ния ошибочной до момента получения переспроса. В системах с ад­
ресным повторением по обратному каналу на переспрос посылаются
адреса только тех комбинаций, которые приняты с искажением.
§ 5.1 . СИСТЕМЫ С ИНФОРМАЦИОННОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ
В системах с информационной обратной связью (ИОС) для осу­
ществления проверки правильности передачи на передающую сторону
по каналу обратной связи возвращается либо последовательность
принятых декодированных символов, либо некоторый условный сиг­
нал, сформированный по опреде.тrенному закону из принятого сигнала.
102


Системы с ИОС позволяют получить высокую верность передачи
информации, если уровень помех в обратном канале б~дет оставаться
низкиr,,,,, и среди систет-,1, использующих кана.rr обrатнаи связиt явля­
ются простейшими.
Логику работы системы с ИОС можно пояснить с пшющью струк­
турной схемы, представленной на рис. 5.2 . Информация, подлежа­
щая передаче, поступает от источника информации И И через комму­
татор передатчика КП в кодирующее устройство КУ, преобразующее
простой код в помехоустойчивый, и далее через передатчик прямого ка­
нала П ПК в прямой канал П К. Получаемые на выходе КУ кодовые коы-
ии
пи
кп
к !:J
ппк
ПрПК
ДСОтр
АКС
БЗ!:!П
де
КПр
ПрОК
пак
Рис. 5.2. Структурная схема системы с ИОС
бинации одновременно подаются в буферное запоминающее устройство
прямого канала БЗУП и сравнивающее устройство СрУ. На другой
вход СрУ с приемника обратного канала ПрОК поступают данные
о переданной кодовой комбинации. В СрУ проверяется соответствие
переданной кодовой комбинации комбинации, принятой по обратному
каналу. При их совпадении вырабатывается команда «Верно», при не­
совпадении~ команда «Ошибка». При команде «Верно» от И И в пря­
мой канал П К подается следующая кодовая коыбинация. Пр11 команде
«Ошибка» поступление информации от ИИ прекращается и датчик
сигналов отрицания ДСОтр формирует коыбинацию стирания, посы­
лаемую в ПК, а ко входу кодирующего устройства подключается
БЗ УП, обеспечивающее повторную передачу кодовой комбинации,
принятой с ошибкой.
Прием передаваемых кодовых комбинаций осуществляется следую­
щим образом. Принимаемые кодовые комбинации поступают одновре­
менно в обнаружитель ошибок 00 и первое буферное ЗУ приемника
БЗУПр!. При отсутствии ошибок обнаружитель ошибок 00 выраба­
тывает команду «Верно» и кодовая комбинация поступает одновременно
во второе буферное ЗУ приемника БЗУПр! /, анализатор комбинаций
стирания и через коммутатор приемника КПр на вход передатчика об­
ратного канала ПОК. Если принятая кодовая комбинация не является
103


1юмбинац11ей стирания, из БЗУПр/ / она выдается получателю инфор­
мации ПИ. При поступлении комбинации стирания БЗУПрl/ очи­
щается. В случае наличия ошибок 00 через датчик стирания ДС выра­
сатывает сигнал «Ошибка», стирающий информацию в БЗУПрl.
Одновременно ДСОтр формирует кодовую комбинацию стирания, по­
сылаемую по обратному каналу ОК.
Логика работы этой системы может быть использована и при пост­
роении системы с простым кодом. Объем аппаратуры в этом случае суще­
ственно сокращается, однако верность передачи информации ухудша­
ется, так как из-за отсутствия обнаружителя ошибок вероятность
трансформации кодовой комбинации стирания в разрешенную кодовую
ко~1бинацию становится такой же, как и для искаженных кодовых
Рнс. 5.3. Вре~1енная днаграмма работы систе"ы с ИОС
1
1
1
Вп
комбинаций. Поэто:-1у, как правило, при построении подобных систеы
в качестве простейшего обнаружителя ошибки используют код с од­
ной проверкой на четность.
Логику работы системы с ИОС можно пояснить с помощью вре­
менной диаграммы, представленной на рис. 5.3. Здесь Т0 - вре!\Iя
обработки и формирования сигналов; Т1 - время распространения
сигналов; Пи - емкость БЗУ; Ап и А 0 - номера комбинаций соот­
ветственно передатчика прямого и приемника обратного каналов пере­
дающей станции; Вп и В0 - номера кодовых комбинаций соответствен­
но приеыннка прямого и передатчика обратного каналов приемной
станции. Стрелками указано направление передачи (сплошными стрел­
ками - прямое направление, пунктирными
-
обратное); цифрами -
номера кодовых комбинаций.
При совпадении переданной и принятой комбинаций по прямому ка­
налу передается следующая кодовая комбинация. В противном случае
по не!\1у посылается сигнал отрицания С0 и вслед за ним повторяются
ранее переданные кодовые комбинации. На приемной станuии сигнал
104


С0 и предшествующие ему искаженные кодовые комбинаuии, чис.·ю
которых равно емкости БЗУ, стираются. Так, при трансформации
кодовой комбинации 2 в некоторую ошибочную комбинаuию х0 иска­
жение обнаруживается на передающей стороне :шшь через время
2 (Т0 + Т1), т. е. после передачи комбинаuии 5. Зате~, посы,~ается сиг­
нал отрицания С0 и группа из П11 = 4 предшествующих ко:-.1бинаций.
На приемной стороне сигнал С0 и ранее накопленные четыре кодовые
комбинации стираются (на рисунке заштриховано). В процессе повто­
рения на передающую станцию продолжают поступать ранее передан­
ные комбинации, часть из них также может быть искажена (так, комбн­
нация 4 трансформировалась в у 0), однако вторичной посыmш С0 в этом
случае не требуется, поскольку указанная коl\lбинация и без того повто­
ряется, а решение о ее значении фиксируется по последне:'lrу приему.
Если по обратному каналу будет принят сигнал отрицания С.,,
то по прямому каналу повторяются 2П 11 комбинаций, причеl\1 сигнал
отрицания С0 не передается. Так, при поступлеюш по обратному к;:~­
налу сигнала С0 по прямому каналу передаются 2П11 предыдущих
кодовых комбинаций (комбинации 3-; -10), а сигнал С0 не повторяется.
В данном случае могут возникнуть ошибки. Ес.'Iи положи:--~, что комби­
нация 7 трансформируется при передаче в сигнал С,,, то в результате
обнаружения ошибки повторение в прямом канале начнется с комби­
нации 3, следовательно, кодовые комбинации 8-;-10 будут зарегист­
рированы дважды, что приводит к образованию пачки ошибок.
Если вместо сигнала отрицания С0 будет принята кодовая комбина­
ция V0 , то по прямому каналу посылаются два сигнала С0 , а затем
П11 комбинаций, предшествующих С0 • При этом на приемной стороне
стираются 2П" рабочих комбинаций, первый сигнал С0 и комбинация
V0, второй сигнал С0 и искаженная комбинация 12, предшествующая
V 0 и вызвавшая посылку сигнала С0 , трансфорl\!ировавшеrося в V 0 •
Из временной диаграммы работы системы ИОС вытекают следующие
основные ее недостатки:
l) искажение передаваемых по обратному каналу кодовых комби­
наций вызывает необходимость повторения как искаженных, так и
правильно принятых предыдущих комбинаций;
2) трансформация разрешенных комбинаций в сигнал отрицания
С0 приводит к возникновению больших пачек ошибок, устранение
которых сопряжено со значительным усложнением системы;
3) искажение сигнала отрицания С0 приводит к стиранию больших
массивов информации в приемных БЗУ. Это обстоятельство заставляет
увеличивать емкость и усложнять систеl\!у последних, поэтому сигнал
С0 должен быть помехозащищенным.
Перечисленные недостатки ограничивают применение рассмотрен­
ных систем с ИОС.
Большинство неисправимых ошибок в системе с ИОС происходит
из-за взаимной трансфор:--1ации передаваемых кодовых комбинациfi,
а также трансформации последних в комбинацию стирания, и наобо­
рот. Указанные вероятности трансформации можно уменьшить до прс­
небрежиl\!о малой велнчины при применении обнаруживающего
105


ошибки кода. Однако в этом случае будет существенно увеличиваться
емкость БЗУ и уменьшаться скорость передачи.
Емкость БЗУ для систем с ИОС определяется в основном временем
распространения сигнала и может быть рассчитана по формуле
Пи?': 2Т1 +з,
(5.1)
пто
где 2Т1 - время распространения сигналов по прямому и обратному
каналам; п - число сш.шолов в комбинации; т0 - длительность эле­
ментарного импульса.
В данном случае временем, затрачиваемым на обработку комбина­
ции, пренебрегаем.
Основной характеристикой систем с ИОС является скорость Ун
передачи информации. Для кода с одной проверкой на четность и из­
вестной вероятности р ошибки символа:
Vи=Vo \nl (1-р)2n(Пи+1),
(5.2)
где V0 - скорость передачи информации простым (безызбыточным)
кодом.
Множитель 2 в знаменателе учитывает то обстоятельство, что об­
ратный канал не используется для передачи полезной информации.
Учтено также, что кодовая комбинация выдается получателю лишь
после того, как за ней последовательно принято Пи комбинаций.
В системе с ИОС основная масса ошибок в информации, выдавае­
мой получателю, происходит в случае зеркальной трансформации сим­
волов передаваемых кодовых комбинаций, т. е. когда ошибочно приня­
тые символы восстанавливаются в результате действия искажений
в обратном канале.
§ 5.2 . СИСТЕМЫ С РЕШАЮЩЕЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ
ПРИ БЕЗЫЗБЫТОЧНОМ КОДИРОВАНИИ
В зависимости от способа применения вероятностных характеристик
символов кодовых комбинаций среди этих систем можно выделить сис­
темы с переспросш.1: посимвольным и по комбинациям. В первом случае
широко используется прием со стиранием или двумя градациями вер­
ности; во второы случае число градаций верности может быть произ­
вольным (практически 4-5), а контроль за состоянием канала осу­
ществляется по порогу, устанавливаемому для случайной величины -
мате111атического ожидания ошибок, или, что то же самое, вероятност­
ным методоы обнаружения ошибок на длине регистрируемой кодовой
комбинации.
Системы с посимвольным переспросом. Характерной особенностью
систем с посимвольным переспросом является то, что при условии
приема с сигналом стирания каждый символ передается до тех пор,
пока не будет получено подтверждение того, что он не стерт.
Логика работы системы с посимвольным переспросом может быть
пояснена с помощью структурной схемы, представленной на рис. 5.4 .
106


Информация от источника информации И И в виде двоичных CJJ\f•
волов поступает из буферного запоминающего устройства передатчика
БЗУ/l на передатчик прямого канала ППК, осуществляющнй прrоб
разование и передачу двоичных знаков по пrя~ю~rу i,;a11a.1y ПК. П~:11-
нимаемые информационные посылки демодул11руются в демоду.'1яторе
ДМ и анализируются далее в двух пороговом детекторе ДТД, выра­
батывающем двоичные символы и сигналы стирания. В том случае,
если символ не стерт, он поступает в буферное запш.шнающее устрой­
ство приемника БЗУПр. При стирании символа устройспю управлеш;я
УУ через передатчик обратного ~,;анала ПОК по обратноыу каналу ОК
посылает сигнал переспроса, по которому передача стертого символа
повторяется.
ии
Рис. 5.4.
К получателю
информации
С1руктур11ап схема системы с поси111nо.1ыII,I,1
переспросом
При таком способе передачи средняя вероятность Рп ошибочного
приема кодовой комбинации может быть приближенно оценена как
р = п ____!!s_
п1-Ps'
(5.3)
где п - число элементов в комбинации; Ре
-
вероятность ошибки
символа; Ps - вероятность стирания символа; l/(1 - pJ - среднее
число переспросов для каждого символа; pj(l - р8) - средняя ве­
роятность ошибочного приема символа;
q+Ps+Ре=I,
(5.4)
где q- вероятность правильного приема символа;
(5.5)
гле V0 - скорость передачи простым кодом.
Указанные соотношения справедливы при идеальном канале об­
ратной связи и пренебрежимо малым временем, затрачиваемым на
107


передачу и прием сигналов. При невыполнении этих условий характе­
ристики системы с посиllшольным переспросом значительно ухудшаются.
Системы с переспросом по комбинациям. Системы с переспросом
по комбинаш1я;1.1 предполагают наличие в первой решающей схеме ве­
роятностного детектора с произвольньш числом градаций верности.
Принимаемые здесь информационные сигналы обрабатываются двоя­
ко: во-первых. осуществляется их регенерация и преобразование до
формы коротких импульсов; во-вторых, определяются коэффициенты
верности у, которые суммируются в сумматоре с некоторым фиксиро­
ванным порогом. Если выбранная величина порога окажется прев­
зойденной после суммирования коэффициентов верности у на всей
длине кодовой комбинации, то посылается сигнал переспроса, по кото­
рому повторяется передача декодируе~юй кодовой комбинации.
дм
Регенера " 1. ,
тор
вдт
ПрРг
Переспрос
Р1!с. 5.5 . Структурная схео1а систе,1ы с переспросо~1 по
комбинация,~
На рис. 5.5 представлена структурная схема приемного устройства
системы с переспросом по комбинациям при безызбыточном кодирова­
нии. В данном случае поступающая из канала связи информация прохо­
дит через демодулятор ДМ, затем регенерируется до значения «О» и «1»
и заполняет приемный регистр П рРг. Одновременно в вероятностноl\1
детекторе ВДТ осуществляется анализ каждого информационного сим­
вола. Получаемые на основании этого анализа коды коэффициентов
градаций верности суммируются в порогово~1 сумматоре ~п и сравни­
ваются с некоторым значением порога М.
Если величина принятого значения порога не будет превзойдена
после анализа всей кодовой коыбинации, то устройство управле­
ния УУ освобождает ПрРг и принятая кодовая комбинация поступает
к получателю информации ПИ. Если сушш всех значений коэффи­
циентов градаций верности у равна или превышает величину поро­
га М, то устройство управления посылает сигнал переспроса пере­
данной кодовой комбинации, а информация, записанная в ПрРг,
стирается и ПрРг освобождается для приеl\1а повторяемой кодовой
комбинации.
Работа передающего устройства системы с переспросом по комбина­
циям принципиально ничем не отличается от работы передающих
устройств систем, рассмотренных ранее.
!08


Верность передачи информации в системах с переспросом по ком·
б11нациям выше, чем в системах с посимвольным переспросом. посколь•
кv осушествляется более полный анализ кяк кяжлой инфор~iащюнной
посылки, так и всей кодовой комбинации. Существенно повышаетсн и
сЕорость передачи информапии, особенно в каналах с пере~1енными па­
раметрами.
Наиболее важным параметром при проектировании подобных
систем является определение оптимальных значений величины порога
М. Пороговый сумматор ~ 11 выполняет роль вероятностного обнаружите·
ля ошибок. В целях мннимизаrщи максимально возможного риска,
под которы111 в данном случае понимаются суммарные потери от ве­
роятности необнаружения ошибок и вероятности ложного вереспроса,
целесообразно восrюльзоваться минимаксным критерием.
Скорость передачи в системах с переспросом по коыбинащ1ям при
идеально:11 канале обратной связи
(5.6)
r:1e Р,н - вероятность стирания кодовой комб11нащ111 по порогу М.
Важныы свойством такнх систе111 является то, что в них существен·
rю может быть повышена верность передачи информации по обрат-
11ому каналу.
§ 5.3. СИСТЕМЫ С БЛОКИРОВКОЙ
Рассыотрю1 принцип деiiсI"вня систем с блокнровкой на примере
с11стеl\lы, реко!\lендованной Международным консультативным комите­
то~1 по теJ1еrрафии к применению как для телеграфной коротковотю­
вой радиосвязи, так и для телекодовой связи в АСУ.
Как правило, при построении систем, лоrнка работы которых
строится по признаку блокировки с целью максимальной за­
грузки каналов, стремятся к тому, чтобы 11нформац11я передавалась
как по прямому, так и по обратному каналам. Аналогично будут
rrередаваться и служебные комбинации решения о переспросе. Поэ­
тому для уяснения логики работы системы достаточно ограничиться
рассмотрением принципа действия полукомплекта аппаратуры толь­
ко од1юй станции, структурная схема которой при поэлементной про­
верке комбиншщй помехоустойчпвоrо кода приведена на рис. 5.6.
Кодовые комбинации с телеграфного аrшарата ТЛ 1 поступают во
входное запоминающее устройство ВхЗУ1 , а затем в буферное запоми­
нающее устройство БЗУ и коммутатор К.
Принимаемые приемником Пр сигналы декодируются устройством
декодирования ДКУ и через Вх3У2 выводятся на ТА 2 и подаются
в анализаторы запроса АЗ и ошибок ЛО.
Прп отсутствии сиrнаJюв запроса и ошибок в принимаемых кодо­
вых комбинапиях коммутатор К подключает ВхЗУ1 к кодирующему
устройству КУ, разрешая тем самым передачу кодовой комбинащ111.
При приеме сигнала запроса или искаженной кодовой комбинации
1<щ1мутатор К подключает к КУ буферное заrюминающее устройство
ЬЗУ для повторения хранящейся в нем ранее переданной кодовой ком-
1оэ


бинации. Одновременно устройство управления УУ отключает выход
ВхЗУ 2 , с тем чтобы исключить регистрацию ошибочной информации,
и выдает команду с датчика запроса ДЗ на формирование сигнала зап­
роса.
При искажениях возможные ошибки могли произойти в одном из
каналов (пряыом ПК и обратном ОК), одновременно в обоих каналах,
в сигнале переспроса. Эти случаи искажений могут иметь как одно-,
так и многократное повторение, и все они иллюстрируются времен­
ной диаграымой работы системы, предстя.вленной на рис. 5. 7 .
Рис. 5.6. Структурная схема системы с блокировкой
Работа системы при ошибках только в одном из каналов протекает
следующим образом. Положим, что комбинация а 3 , переданная со
станции А передатчиком А 0 , трансформировалась в некоторую запре­
щенную комбинацию х, принятую приемником В0 станции В. Ошибка
будет об1,1аружена декодирующим устройством. По сигналу решаю­
щего устройства в БЗУ приемника В0 будет стерто три комбинаци11
(в данном случае рассматривается система с однократным повторе­
ниеы) и через передатчик В1 на станцию А поступит сигнал повторе­
ния передачи С0 и вслед за ним все комбинации, находящиеся в БЗУ,
а вход приемника В0 будет заблокирован на время, в рассматривае­
мом примере равное трем тактам, блокирующим устройством. По
принятому сигналу С0 приемник А 1 станции А блокируется на то же
время, а передатчик А 0 посылает сигнал повторения С0 и затем пере­
спрашиваемые комбинации а3 , а4 и а5 .
При одновременном искажении кодовых комбинаций в обоих ка­
налах после обнаружения ошибок приемники В0 и А1 обеих станций
блокируются на три такта, а передатчики А 0 и В1 каждый по своему
каналу посылают сигналы повторения передачи С0 и три переспраши­
ваемые комбинации, находящиеся в БЗУ. Повторяемые комбинации,
хранящиеся в БЗУ, стира~мся по сигналу С0•
110


При трансформации сигнала повторения С0 , поступившего со стан­
ции В через передатчик В 1 , в запрещенную комбинацию х. пuинятvю
приемником А 1; повторяются с1тiал (\ Й тrи r:iнcc переданiше к~м­
бirнации.
Няиболее тяжелым является случай необнаруження онтбкн в ко~1-
бинации С0 • Процесс передачи информации со стянции А 11ри этом
будет продолжен без повторения, что соответствует потере трех ком­
бинаций, отертых в БЗУ приемника станции.
Логика работы системы при многократном искажении повторяе­
мых комбиняций ан алогична ранее рассмотре1111ой.
Пр
Р11с. 5.7. BpcмeliliЫC д11агр,1ммы работы с11стемI,I с б.1:ж11ооrшоi'1
Следовательно, при нормальной работе системы с решающей об­
ратной связью по дуплексному каналу происходит встречная пере­
дача сигналов повторения, стирание и повторение ошибочных комби­
наций, а также блокировка приемников обеих станций.
Из рассмотренной логики работы системы с блокировкой следует,
что в последней скорость передачи информации в основном опреде­
ляется временем блокировки приемников и вероятностью р0 обна­
руживаемой ошибки кодовой комбинации, зависящей в свою очередь
от качества канала связи.
Время блокировки зависит от емкости БЗУ. Ес,1Jи длительность
распространения сигнала в канале превышает длите,1Jьность кодовой
комбинации и сигнал переспроса имеет ту же дтпельность, что и ко­
довая комбинация, то за время, прошедшее между обнаружением
ошибки и приходом повторяемой комбинации, будут приняты еще три
комбинации. Поэтому, если пренебречь временем, затрачиваемым на
обработку сигнала, емкость БЗУ, измеряемая количеством запоминае­
мых кодовых комбинаций, определится из соотношения
ПР>, 2 [Т1 /(пт0) + 1],
(5. 7)
где Пр~ емкость БЗУ передатчика,
111


Вероятность р6 тоrп, что приемник не будет заблокирован, опре­
деляется тем, что на протяжении Пр последних комбинаций не должно
быть ошибок:
(5.8)
где р0 ~ вероятность ошибки кодовой комбинации.
Поэтому скорость передачи 11нфорl\~аuии в дуплексной системе
с блокировкой при о.11шаковом качестве обоих каналов для (п, k)
кода
(5.9)
Здесь в отличие от систеl\1 с ИОС полезная информация передается
в прямом и обратноl\1 направлениях.
Вероятность выдачн ошибочной кодовой комбинации получателю
будет равна вероятности необнаружения !-кратных ошибок (п, k)-
кодом и приближенно может быть оценена как
f=n
1
~ctt rz-t
р. =--
пРq
,
''
2n-k
1=,,+1
(5.1 О)
где ''л - кратность гарантийно обнаруживаемых ошибок.
Иногда в системах с блокировкой корректирующий код исполь­
зуется как для обнаружения, так и для исправления ошибок. В тс1-
ких системах сиrна.'1 переспроса посылается только тогда, когда появ­
ляются неисправляеыые ошибки. В остальном логика работы систем
аналогична рассмотренному выше случаю. Скорость передачи инфор­
мации при такой организации обратной связи несколько увеличивает­
ся, однако существенно увеличивается также и объем аппаратуры.
Основным недостатком системы с блокировкой является повторе­
ние больших массивов информации даже тогда, когда ошибки в ней
отсутствуют. Это отрицательное качество особенно проявляется при
передаче информации с большой скоростью и на большие расстояния.
Емкость БЗУ в этом случае существенно увеличивается, что приводит
к резкому уменьшению скорости передачи информации. От этого не­
достатка можно избавиться, если обратная связь будет организова­
на по принципу адресного повторения.
§ 5.4 . СИСТЕМЫ С АДРЕСНЫМ ПОВТОРЕНИЕМ
Особенностью систе:\1 с адресным повторением является то, что
в них сразу передается большой отрезок информации, содержащий
значительное число кодовых комбинаций. Приемник системы снаб­
жается блоком памяти, рассчитанным на весь этот отрезок и имеющим
отдельные регистры для каждой комбинации. Комбинации, принятые
без ошибок, заполняют соответствующие им регистры, а комбинации,
принятые с ошибками, стираются и соответствующие и~, регистры ос-
112


таются незаполненными. После приема всех кодовых комбинаuий.
принадлежащих данному отрезку сообщения, по обратному каналу
передаются адреса кодовых комбинаuий. принятых с ошибками. На
передающей стороне фиксируются но1\lера комбинаuнй, подлежащих
повторению, и по сигналу с устройства управления передатчик пов­
торяет соответствующие этим номерам кодовые ко:v~бинаuии. Рассмот­
ренный проuесс продолжается до тех пор, пока не будет принят без
обнаруженных ошибок весь отрезок информаuии, который далее вы­
дается получателю.
Рассмотрим кратко принцип действия простейшей системы с адрес­
ным повторением на примере передачи отрезка сообщения, содержащего
десять кодовых комбинаций (рис. 5.8).
п
Пр
п
Рис. 5.8 . Структурная схема системы с адресны'1 повторением
По команде «Вывод>> устройства управления УУ передающей стан.
нии из источника информации ИИ в БЗУ передатчика БЗУ П поступает
в параллельном коде отрезок информации, соответствующий десяти
кодовым комбинациям. Одновременно на приемную станцию по сиг­
налу с УУ посылается служебная комбинация начала сообщения.
После этого из БЗУ П информация k-разрядными комбинациями по­
дается в кодирующее устройство КУ. В КУ каждая комбинация коди­
руется обнаруживающим ошибки кодом и передается по прямому
каналу П К. Поступающие на приемник Пр кодовые комбинации про­
веряются в декодирующем устройстве дКУ на наличие ошибок. Ин­
форыационные разряды комбинаций, принятых без ошибок, поступа­
ют в регистры БЗУ приемника БЗУ Пр в соответствии со своими номе­
рами. Номера искаженных комбинаций фиксируются в адресном ре­
шающем устройстве АРУ, а сами комбинации стираются. После окон­
чания приема всего отрезка информации формируется комбинация
перезапроса, затем она кодируется корректирующим кодом и переда­
ется по обратному каналу ОК на передающую станцию. Так, напри­
мер, если в сообщении, состоящем из десяти комбинаций, будут ис­
кажены первая, третья и шестая комбинации, то комбинация адресов
будет иметь вид 1010010000 (единиuы соответствуют номерам иска­
женных комбинаций). При отсутствии искажений комбинация сос­
тоит из одних нулей. Переданная адресная комбинация декодируется
113


n ДКУ и поступает на дешифратор адресовДША. По сигналу с ДША
из БЗУП выводятся комбинации, подлежащие позторению, и после
соответствующих преобразований передаются на приемную станцию.
Если при этом вновь возникают ошибки, то рассмотренный процесс
повторяется до получения всех комбинаций без ошибок. После выдачи
всего отрезка информации получателю на передающую станцию посы­
лается нулевая адресная комбинация, по которой из НИ выводится
следующий отрезок информации.
Основным достоинством систем с адресным повторением является
уменьшение потерь времени на повторение и практически полная неза­
висимость от длины линии связи, при условии использования БЗУ
большой емкости. Эти преимущества тем существеннее, чем больше
время распространения сигнала в линии связи.
Но система с адресным повторением имеет и существенные недостат­
ки. Основные из них - это рост объема аппаратуры, отсутствие прак­
тической возможности работы в реальном масштабе времени и возник­
новение специфических ошибок при неправильном приеме адрес­
ной кодовой комбинации. Поэтому применение систем с адресным
повторением может быть оправдано лишь на линиях с большой протя­
женностью и низкой вероятностью правильного приема информации.
§ 5.5. СИСТЕМЫ С КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ
Для систем с комбинированной обратной связью характерным
является то, что в них, с целью оптимального изменения процедуры
принятия решений, в зависимости от изменения условий передачи
стремятся максимально использовать все сведения, получаемые на
выходе канала. При организации структуры таких систем это обстоя­
тельство обусловливает широкое применение вероятностных методов
декодирования. В зависимостн от качества используемого канала свя­
зи, требований к верности передачи информации и допустимого объе­
ма оборудования может быть использована процедура вероятност­
ного декодирования той или иной сложности в сочетании с каналом
обратной связи. Если приемник имеет запоминающее устройство для
вероятностных характеристик символов, получаемых на выходе ка­
нала, то это позволяет оперативно подбирать наивыгоднейшую про­
цедуру декодирования для каждой кодовой комбинации, принятой
с ошибкой, при условии налнчия канала обратной связи. В данном
случае представляется возможным использовать обратный канал
для целенаправленного изменения процедуры кодирования и. следо­
вательно, гибкого регулирования избыточности и скорости передачи
информации в зависимости от изменения условий передачи.
В системах с вероятностным детектированием и запоминанием ве­
роятностных характеристик символов на выходе канала переданная
комбинация вида х1 х2 ••• Xi
••. Хп
зафиксирована приемником как
комбинация вида У1 У2 ... Yi
...
Уп с вероятностью ошибочного ото­
ждествления каждого символа Рj, где j = О, 1, ... , т (т - число фик­
сированных значений Pj). В этом случае можно выделить из принятой
кодовой комбинации т подблоков, в каждом из которых символы ото-
114


ждествлены с одинаковыми значениями Pi (рис. 5.9), т. е.
Уо1, Уо2, ••• , Yoro Е Ро;
Ун, У12, ... ,
У1,, Е Р1;
(5. 11)
гдеr= 1,2, ..., rj.
Очевидно, что при обнаружении ошибок необходимо составить
r1 проверочных соотношений дЛЯ символов, принятых с максимальной
вероятностью ошибки символа Рi• С этой uелью на передатчик по ка-
J1
п
~· 1~ ~ п-:11• !1
:21
~
~
~
х,
•
•
•
•
х,
•
.'.
•
8 Хп-1 Хп
tht ~
'
-~
"
•
У,
•
•
1
•
•
1
1
·u
f' □·'
т•.
•
'.
··u
i'j
'
'
•
РЦ•
J_:__j I
~ц·'
ц
о.м.'
м'
Mxi
•i"
Mxi.f.r
"j i" Мх,. .,j
J... х, ,. 1 1" х,_, •'"'
Рис. 5.9 . Временные диаграммы работы системы с комбинированной
обратной связью
налу обратной связи необходимо послать сигнал, закодированный
в соответствии с алгоритмом построения проверочных уравнений.
После реrистраuии приемником ri проверочных символов декодирую­
щее устройство должно произвести перерасчет вероятностных харак­
теристик для каждого из / символов, входящих в ri проверочных урав­
нений, с одновременным исправлением по полученным результатам
соответствующих знаков кодовой комбинации.
В данном случае процедура декодирования может быть реализована
аналогично рассмотренной процедуре для вероятностного декоди­
рования циклических кодов. Логику работы декодирующего устрой­
ства целесообразно реализовать в соответствии со следующим упро­
щенным алгоритмом:
Р11 ~ l (Р1, l-1)min; }
lом ~ l (Рп)тах•
(5.12)
т. е. новое значение вероятности ошибки символа принимается рав­
ным ближайшему меньшему из числа входящих в проверочное урав­
нение, а ошибка приписывается символу, принятому с максимальным
115


значением Pj, независимо от того, удовлетворено или не удовлетворено
уравнение проверки на четность.
Следовательно, при обнаружении ошибок возникает необходимость
в проверке rj символов, фиксируемых с минимальной в данном случае
апостериорной вероятностью. Наибольшая простота декодирования
будет обеспечена, если при любых подлежащих проверке символах
в каждое уравнение войдет не более одного из них. Характерное для
реа.'!ьных каналов связи группирование проверяемых символов в па­
кеты позволяет добиться этого с помощью кода, каждый из проверяе­
мых знаков которого представляет собой сумму по mod 2 информа­
ционных знаков, сдвинутых друг относительно друга и относительно
данного проверяе:vюго знака на ri символов. Проверочная матрица
при этом будет ш,1еть вид
Н, .п
j'
h (xj)
xh (xi)
х' j- 1 h(xj)
(5.13)
Передавать по.1обную матрицу по каналу обратной связи не имеет
смысла.
В целях сокращения времени занятости канала обратной связн,
уменьшения фактической избыточности и вероятности ошибок необ­
ходиl\ю, чтобы такая матрица имела минимальное число знаков,
простую структуру и в то же время отображала алгоритм построения
кодовых уравнений.
Задача заключается в том, чтобы в соответствии с предполагаемьш
вектором ошибок Ej подобрать проверочный полином h (xj) такой,
в каждое из проверочных уравнений которого вошло бы не более од­
ного ненулевого элемента из Гj и, кроме того, чтобы h (xj) имел мини­
мальную степень. Выполнить это условие возможно при последова­
тельном умножении Ej на проверочные матрицы Hr. n• степень про-
,,
верочного полинома которых может изменяться от r; = r 1 до
ri ::;;;; п/2. Поэтому в соответствии с (5.13) получим
(5.14)
гдеri=Гj; rн1,...,
Га ::,;;; п/2, га - степень проверочного полино­
ма, при которой в каждое из проверочных уравнений войдет не более
одного ненулевого элемента из Ej.
Умножая предполагаемый вектор ошибок Е 1 на каждую из строк
полученной проверочной матрицы Hra,n и записывая полученный
результат в строку, получим краткую форму записи проверочной матри­
цыHrп:
а•
с (raHao, G1, ... '
Gr 1.
а-1
Нетрудно убедиться, что С (га) полностью отражает основные тре­
бования к составлению проверочных уравнений в соответствии с пред­
полагаемым вектором ошибок Ej: длина проверочной матрицы, запи­
санной в краткой форме, равна степени проверочного потшома
116


h (ха), минимально необходимой для проверки всех r ;, число единиц
соответствует числу проверяемых символов, а позиции, на которых рас­
положены единицы, указывают на номер проверочного уравнения,
результат которого запрашивается.
Характер операций, выполняемых в этом случае кодирующим уст­
ройством передатчика, должен соответствовать принятому адгоритму
построения проверочных уравнений. Проверочные символы могут
быть получены путем последовательного или параллельного умноже­
ния декодируемой кодовой комбинации на проверочную матрицу,
формируемую в соответствии с алгоритмом, поступившим из кана,1а
обратной связи. Причем при а, = О операция умножения кодовой
а
комбинации на проверочную матрицу не выполняется.
В системах с адресным повторением вся совокупность из п симво­
лов передаваемой кодовой комбинации разбивается на т + 1 подб.10-
ков по d = n/(m + 1) символов в каждом. Наличие вероятностных
характеристик позволяет вычислить величину математического ожи­
дания ошибок для каждого из подблоков:
Уы,
Ун,
Ут1,
Уо2,•••, YOdЕМх0; )
У12, •••, Y1d Е Мх,
.........
Ут2••••,YmdЕМх ·
т
(5.15)
Величина математического ожидания ошибок в каждом из подблоков
l=n/(m+I)
l=n/(m+I)
l'Лк;= 21 (1- Qj)= 21 Pj.
(5.16)
1=1
1=1
При обнаруженш1 ошибок наиболее верным будет предположение,
что они сосредоточены в подблоках, принятых с максимальным мате­
матическим ожиданием ошибок Мх. max- Поэтому необходимо послать
]
сигнал о перезапросе, закодировав его в соответствии с номерами по-
раженных подблоков. Следовательно, система с адресным повторением
и вероятностным декодированием может рассматриваться как система
с алгоритмической обратной связью, у которой l > 1, а принципы и ме­
тоды декодирования аналогичны рассмотренным ранее.
Вероятность выдачи ошибочной кодовой комбинации получателю
здесь оценивается соотношением (5.3), а скорость передачи информа­
ции, по аналогии с рассмотренным для систем с решающей обратной
связью, приближенно будет равна
k
V -v ~(1-р)2(Пр+1)
Mk-о11
о
•
(5.17)
где kмln - относительное уменьшение скорости за счет вероятност­
но-алгебраического метода обнаружения ошибок.
Необходимо отметить, что количество дополнительной информации,
необходимой для декодирования кодовой комбинации с обнаруженны­
ми ошибками, в каждом отдельном случае будет случайной величиной,
117


зависящей от кратности ошибок в декодируемой кодовой комбинации
и вероятностей правильного отождествления регистрируемых симво­
лов. Расчеты показывают, что это количество будет меньшим по сравне­
нию с ранее рассмотренными системами. Это обстоятельство обеспе­
чивает преимущество в скорости передачи информации для систем
с комбинированной обратной связью, в особенности при работе по кана­
лам с интенсивными ошибками. Однако объем оборудования для этих
систем резко увеличивается с увеличением требований к верности
и скорости передачи информации.
§ 5.6. АППАРАТУРА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
На первых этапах развития систем обмена передача информации
осуществлялась в основном по существующим сетям абонентского теле­
графа (АТ), называемых за рубежом телексом. Несмотря на то что сети
АТ не обеспечивают достаточной достоверности и скорости передачи
в системах обмена, они при малых объемах передаваемой информации
ввиду низких капитальных затрат находят применение и в настоящее
время.
С совершенствованием систем ввода-вывода и обработки инфор­
мации значительно возросли требования к достоверности и скоростям
передачи. Шире стали применяться телефонные и широкополосные
каналы.
Для реализации рассмотренных систем передачи информации с вы­
сокой достоверностью и непосредственной связи удаленных абонентов
через каналы связи с ЭВМ используют специальные технические
средства, называемые аппаратурой передачи данных (АПД). В зависи­
мости от вида используемого канала АПД подразделяют на низкоско­
ростную, использующую телеграфные каналы; среднескоростную, ис­
пользующую телефонные каналы; высокоскоростную, использующую
широкополосные каналы.
В соответствии с международной договоренностью разработаны ре­
комендации по скоростям передачи данных. В частности, для телеграф­
ных каналов связи установлены скорости передачи 50, 100 и 200 бод,
для телефонных каналов - 200, 600 и 1200 бод, а также скорости
1800, 2400, 3000, 3600 бод и далее, по закону, 600 • 2п, где п = 3, 4,
5, ...
Современная АПД включает в себя совокупность устройств пре­
образования сигналов, устройств защиты от ошибок и вспомога­
тельные устройства, например устройства автоматического вызова и
ответа.
Устройством преобразования сигналов (УПС) называют часть
оконечной установки передачи данных, обеспечивающую прямое и об­
ратное преобразование сигналов данных в вид, пригодный для передачи
по каналу связи, например модем (модулятор и демодулятор, объеди­
ненные в одном устройстве преобразования сигналов). Моде.м является
функционально и конструктивно самостоятельной частью аппаратуры
(рис. 5.10). Выбор метода модуляции, типа приемника в модеме в ос­
новном зависит от характеристик канала связн. Модеы вмt'сте с кана-
118


Таблиц а 5.1
Скорость
"'
Метод
Тип
Шифр
i\ана.1
11~реднч.и,
~
б11т/с
~~~ передачи
::q::,;:r
Модем-200
8001; 8002 Коммутированный 200
ЧМ Последователь-
арендованный
ный
Модем-1200
8005; 8006 То же
600, 1200 ЧМ То же
Модем-2400
8010; 8011 Арендованный
2400 ФМ
»
лом связи определяет скорость передачи данных. Характеристики не­
которых модемов приведены в табл. 5.1 .
~1·;~ ..,.,
Рис. 5. 10 . Модем типа ЕС8006
Устройство защиты от ошибок (УЗО) - устройство, выполняющее
процедуру уменьшения влияния ошибок, возникающих при передаче
данных. В конструктивном отношенш1 при построении УЗО широко
используют те же принципы, что и
при создании ЭВМ. Для удобства
установки УЗО у абонентов прием­
ная и передающая части размеща­
ются, как правило, в единой стой­
ке (рис. 5.11). Электронная часть
выполняется с широким использо­
ванием типовых элементов полупро­
водниковых, интегральных схем и
печатного ыонтажа. Характерис­
тики некоторых УЗО приведены
в табл. 5.2.
В свою очередь АПД вместе с
оконечным оборудованием данных
составляют оконечную установку
передачи данных. Под оконечным
оборудованием данных понимают
источник данных или получатель
данных, или и то и другое вместе.
Рассмотрим устройства защиты
от ошибок типа «Аккорд».
АПД «АккорА-50». «Аккорд-50» Рис. 5.11 . УЗО типа 8122 с оконечным
устройством:
l\9


представляет собой низкоскоростную АПД, предназначенную для
двусторонней поочередной передачи данных по коммутируемым и не­
коммутируемым телеграфным каналам связи. Ввод информации в ка­
нал связи может производиться со скоростью 50 или 100 бит/с в пяти­
разрядном международном телеграфном коде No 2 или ~ семиразряд­
ном коде ГОСТ 13052-67. В последнем случае к кодовои комбинации
добавляются разряды соответствующего признака и она р~збивается
на две пятиразрядные комбинации.
Для повышения верности передачи информации в аппаратуре реа­
лизуют систему с решающей обратной связью, а также используют
Тип
Шифр
УЗО-50
Аккорд-50
УЗО-1200
Аккорд-1200
УЗО-1200
8121
УЗО-2400
8131
Скорость
передачи,
бит/с
50; 100
600; 1200
600; 1200
1200; 2400
1
Таблиц а 5.2
Комплектация
Пр немо-передатчик
Приема-передатчик
Передатчик; приемник, прие~ю-пе•
редатчик
Приемник; передатчик; приема-пере•
датчик
циклический код с образующим полиномом l + х + х3 + х6 + х12 +
+ х~з_
Для организации передачи данных между двумя пунктами в каж­
дом из них должно быть установлено по комплекту АПД «Аккорд-50».
Информация, подлежащая передаче, предварительно наносится на
перфоленту, а затем с помощью считывающего устройства в виде
электрических сигналов параллельного кода вводится в аппаратуру.
Возможен и непосредственный ввод информации с помощью рулонного
1елеграфного аппарата (РТА). Принятая информация выдается РТА
в виде печатного текста или наносится на перфоленту с помощью пер­
форатора ПЛ-150. Через специальные устройства сопряжения аппа­
ратура может подключаться и к другим устройствам ввода-вывода
или непосредственно к ЭВМ.
Аппаратура включается в сеть абонентского телеграфа и использует
его стандартное оборудование. Вызывной прибор (ВП) предназначен
для посылки сигналов вызова, отбоя и набора номера абонента при ра­
боте через автоматическую станцию абонентского телеграфа (АТ А).
Максимальная длина абонентских линий ограничивается сопротивле­
нием применяемых жил кабелей и проводов, напряжением питания и
величиной тока, необходимой для абонентс1<ой цепи.
В состав УЗО входят блоки распределителя; ЗУ; кодирования,
управления; питания и пульт управления.
Блок распределителя является одним из главных функциональных
блоков р.ППаратуры; его основные режимы - «Оперативная передача»
и «Оперативный прием».
В режиме «Оперативная передача» распределитель вырабатывает
сигналы, с помощью которых формируется стартстопный знак, т. е.
120


перед каждыми пятью элементами информационной последователь­
ности, выдаваемыми в канал, ставится бестоковая посылка «Старт»,
а после них - токовая посылка «Стоп».
В режиме «Оперативный прием» распределитель оGеспечивыет син­
фазность с передающим распределителем и вырабатывает с11rна.1ы,
обеспечивающие выделение информационных разрядов. В обоих ре­
жимах распределитель осуществляет продвижение информации в ре­
гистрах аппаратуры и формирует сигналы, определяющие ш1кл ра­
боты после1шей.
Основой блока ЗУ является сдвигающий регистр, собранный по
восьмитактной схеме.
Блок кодирования служит для образования циклического кода,
осуществления связи с каналом и выработки сдвигающих и вре:\1енных
с11fналов. Основным узлом блока является кодопреобразователь, в ко­
тором осуществляется деление последовательности информашюнных
э.1ементов на образующий полином.
В блоке управления размещены основные узлы и логические схе­
мы, определяющие работу аппаратуры.
Блок питания предназначен для питания аппаратуры выпрямлен­
ными стабилизированными напряжениями. Питание блока произво­
дится от однофазной сети переменного тока напряжения 220 В и часто­
той 50 Гц.
На пульте управления размещены шесть клавиш, с поl\ющью
которых осуществляется ручное управление основными режима­
ы11 работы. Эти клавиши имеют маркировку «Передача данных»,
«Прием данных», «Абонент-телеграф», «Повтор. сообщен.», «Конец
передачи» и «Авария».
АПД может работать в трех режимах: «АТ» (абонентский телеграф);
«ПМ» (прием данных); «ПД» (передача данных).
В режиме «АТ» обеспечивается обмен информацией в соответствии
с требованиями сети абонентского телеграфа. Передача инфорыашш
осуществляется без использования УЗО.
Включение режимов «ПМ» и «ПД» осуществляется специальны:1,111
ту~1блером и клавишами или по сигналу, поступающему по внешней
цепи. Информация, подлежащая передаче, поступает в кодопреобра­
зователь, осуществляющий помехоустойчивое кодирование, и одно­
временно в канал связи, а также запоминается в ЗУ. Принятая из
канала связи информация проходит в декодирующее устройство аппа­
ратуры, где производится обнаружение ошибки, и записывается в ЗУ.
Если ошибки отсутствуют, то информация из ЗУ поступает к потре­
бителю информапии, а по обратному каналу в сторону передатчика
посылается сигнал «Квитанция», оповещающий передатчик о безо­
шибочном приеме. При обнаружении ошибки декодирующее устройство
выдает сигнал, запрещающий выдачу неправильной информации из
ЗУ. Передатчик, получив сигнал об этом, повторяет ранее переданныi1
блок данных. Вероятность ошибки характеризуется одним искажен­
ным знаком на 3-106 переданных.
АПД «Аккорд-1200». «Аккорд-1200» относят к среднескоростноt"1
АПД и предназначают для приема и передачи с повышенной достовер-
121


ностью дискретной информации по коммутируемым и некоммутируе­
мым телефонным кана,1ам городской телефонной сети. Данные по ка­
налам связи передаются последовательно синхронным методом со ско­
ростью 600 или 1200 бит/с (75 или 150 восьмиэлементных знаков в се­
кунду).
Ввод и вывод информации может производиться параллельным
пяти-, шести-, семи- или восьмиразрядным кодом и последовательными
блоками по 240 (или 112) двоичных элементов.
В аппаратуре реализуется система с решающей обратной связью
и циклический код с образующим полиномом 1 + .х5 + х12 + х16 .
Верность передачи~ не больше одной ошибки на 106 правильно
переданных знаков.
Состав устройств перфорации и считывание тот же, что и у «Ак­
корда-50». Канал передачи данных организуется с помощью «Мо­
дема-1200» и «Аккорда-1200».
В состав УЗО входят передатчик, приемник запоминающего уст­
ройства (ЗУ), блок управления и сигнализации, устройство сопряже­
ния и блок питания.
В передатчике размещают:
устройство формирования управляющих импульсов, обеспечиваю­
щее выдачу тактовых импульсов, управляющих сигналов и адресов
записи (или считывания) знака при обращении к ЗУ;
устройство формирования сигналов управления, предназначен­
ное для приема, преобразования и выдачи сигналов обмена и управ­
ления в модем и на выход;
датчик номера блока данных для формирования одного из трех но­
меров очередному блоку данных;
устройство управления ЗУ, формирующее сигналы записи и счп­
тывания данных;
анализатор сигналов обратного канала, предназначенный для опре­
деления сигналов «Запрос» или «Подтверждение»;
устройство фазирования, с помощью которого определяются мо­
мент начала и установление режимов фазирования и производится об­
наружение отказов канала передачи данных;
устройство управления вводом данных, предназначенное длп
приема данных, подлежащих передаче, преобразования параллельно­
го кода в последовательный, записи данных в ЗУ, проверки признака
четности принятого знака данных и формирования служебных приз­
наков блока данных;
кодирующее устройство, осуществляющее построение проверочных
разрядов циклического кода. Проверочные разряды образуются умно­
жением полинома, представляющего собой последовательность симво­
лов признака и блока данных, на х16 и последующим делением резуль­
тата на образующий полином;
устройство контроля, предназначенное для обнаружения отказов
функциональных узлов передатчика.
Приемник состоит из:
устройства формирования последовательности тактовых и управ­
ляющих импульсов;
122


устройства фазирования, формирующего сигнал «ФазuрованШ!'&
в режимах начального и промежуточного фазирования;
устройства формирования сигналов обратного канала «Запрос»
шн1 «Подтверждение»;
декодирующего устройства, предназначенного для обнар;жения
ошибок в принятом блоке данных. Обнаружение ошибок произво­
дится путем анализа остатка при делении принятой последовате11ь­
ности блока данных на образующий полином. Если остаток равен
нулю, то предполагается, что блок данных принят без искажений;
вхолного регистра, в котором поступающие из модема в последо­
вательном коде данные преобразуются в параллельный код;
дешифратора служебных признаков, осуществляющего одновре­
менную дешифрацию ожидаемого признака блока и предыдущего
признака блока данных;
датчика циклических номеров блока данных, по которым обеспе­
чивается правильная очередность в приеме блоков данных в случае
сбоев в обратном канале;
схемы формирования сигналов обмена между модемом и приемни­
ком, приемником и выходом;
устройства контроля, предназначенного для контроля исправносrи
работы приемника.
Запоминающее устройство (ЗУ) предназначено для приема, хра­
нения и выдачи информации. Его емкость рассчитана на хранени~
64 девятиразрядных кодовых комбинаций. Прием и выдача знаков
осуществляется в параллельном коде. В работе ЗУ предусматривает­
сп три режима: запись, считывание, считывание с восстановлением.
ЗУ включает в себя куб на ферритовых сердечниках с диодным дешиф­
ратором адресов и формирователей сигналов записи и ечитывания.
Блок управления и сигнализации состоит из панели управления
с клавишами и светового табло и предназначен для включения пита­
ния и режимов работы, а также сигнализации о неисправностях
аппаратуры.
Устройство сопряжения предназначается для связи с аппаратурой
Т-226Д.
Блок питания осуществляет преобразование напряжения сети
220 В частотой 50 Гц в стабилизированные выпрямленные напряже­
ния соответствующих номиналов для всех схем аппаратуры.
В аппаратуре предусматриваются режимы начального фазирова­
ния, передачи (приема) данных, повторения блока данных, промежу­
точного фазирования, «конец передачи» и контроля.
В режиме начального фазирования осуществляется подготовка
передатчика и приемника к непрерывной обработке данных. В этом
режиме по сигналу из устройства фазирования во входной регистр
устройства управления вводом данных приемника записывается приз­
нак блока синхронизации 0101, который через кодирующее устройство
поступает в модем. Данные из модема приемника направляются
в декодирующее устройство приемника, работающего как 16-разряд­
ный регистр сдвига. К выходам регистра подсоединен дешифратор,
123


по сигналу которого устройство формирования управляющих импуль­
сов устанавливается в исходное состояние.
Режим передачи (приема) данных является основным рабочим ре­
ж111\ю~1. Он начинается с момента поступления в аппаратуру сигнала
«Данные установлены», по которому устройство управления вводо:-1
выдает сигнал «Синхронизация ввода» и осуществляется поступление
данных. При последовательноl\1 вводе сигнал «Синхронизация ввода»
поддерживается непрерывно на время ввода 240 (или 112) информа­
щюнных символов и затем прекращается. Следующий сигнал может
поступить только через интервал времени, необходимый для ввода
в модеы проверочных сиl\IВолов данного блока и служебных призна­
ков следующего блока. Если к концу интервала сигнал «Данные ус­
тановлены» не поступил, то сигнал «Синхронизация ввода» не формиру­
ется, а информационная часть блока заполняется служебной восьми­
разрядной комбинацией 01101001.
При параллельном вводе данные записываются во вводной ре­
гистр устройства управления вводом данных по сигналу «Данные
установленьD>. Сигнал «Синхронизация ввода» означает, что очередная
знаковая комбинация принята и на входных шинах может появляться
следующая. При параллельном вводе осуществляется проверка пра­
вильности вводимой кодовой комбинации на четность.
Поступившая информация формируется в блоки длиной в 2G0
(или 132) двоичных элемента. Из них четыре элемента являются слу­
жебным признаком блока, 240 (или 112) - nнформационными (30
или 14 восьмиразрядных комбинаций соответственно) и 16- прове­
рочньши, построенными в соответствии с образующим полиномом. Эги
блоки в ниде последовательных двоичных кодовых импульсов на пе­
редающей стороне поступаю1 в модем.
На приемной стороне принятые с модема блоки декодируются и
записываются в ЗУ. Блоки данных, в которых обнаружена ошибка,
стираются и запрашиваются вновь путем подачи по обратному кана­
лу сигнала «Запрос». При правильном приеме по обратному каналу
передается сигнал подтверждения и информация выдается на выход.
Передатчик, не ожидая сигнала по каналу обратной связи, передает
следующий блок, а предыдущий сохраняет в блоке ЗУ. При получе­
нии сигнала «Запрос» передатчик вновь передает блоки, хранящиеся
в ЗУ. Объем ЗУ рассчитан на хранение двух очередных блоков дан­
ных. Находящиеся в ЗУ два блока и передаваемый третий блок имеют
признаки: А - O0ll; В - 1001; С- 1100.
В последовательном коде вывод данных из АПД производюся по
блокаl\1 в 240 (ю1и 112) двоичных символов при наличии сигнала
«Синхронизация вывода» от устройства сопряжения с ЭВМ, который
означает готовность ЭВМ принять очередную информационную
часть блока данных. Вывод блока данных сопровождается сигналом
«Данные установлены».
При параллельном выводе после правильного приема блока данных
в выходном регистре приемника устанавливается кодовая комбинация
(пяти-, шести-, семи-, восьмиразрядная) первого знака и в ЭВМ
поступает сигнал «Данные установлены», который разрешает вывод
124


знака. Если очередной знак в ЭВМ принят правильно и она готова
к принятию следующего знака, то в АПД должен поступить сигнал
«Синхронизация вывода». После поступления этого сигнала в выход­
ном регистре устанавJiивается кодовая комбинацин следующего знака
11т.Д.
Если сигнал «Синхронизация вывода» от ЭВМ не поступит, то в ап­
паратуре устанавливается режим прерывания в выводе данных («Ос­
тановка») до момента появления сигнала. При этом очередной знак
сохраняется в выходном регистре, а по обратному каналу передается
сигнал «Запрос» и очередной блок данных от передатчика не прнни-
111ается.
Параллельный вывод сопровождается проверкой правильности на
четность.
В режиме повторения блока данных вся информация, передавае­
мая в модем, включая служебный признак блока, записывается в ЗУ
в параллельном восьмиразрядном коде и хранится там до получения
по обратному каналу сигнала «Подтверждение».
Если сигнал «Подтверждение» не поступит, то устройство управ­
Jiения вводом сигнал «Синхронизация ввода» не вырабатывает, передача
очередного блока данных не производится и в модем передаются на
повторение два блока данных из ЗУ.
Режим промежуточного фазирования вводится в передатчике
в том случае, когда на девять очередных переданных блоков подряд
получен сигнал «Запрос». При этом блок данных, следующий за бло­
ком синхронизации, считывается из ЗУ вместе с прежним цикли­
ческим признаком и вместе с блоком синхронизации повторяется
до получения сигнала «Подтверждение». При поступлении сигнала
«Подтверждение» передатчик возвращается в режим передачи дан­
ных.
В приемнике режим промежуточного фазирования устанавливается
в том случае, если подряд в восьми блоках обнаружена ошибка или
четыре раза подряд производится повторение блока данных (проис­
ходит чередование блока с ошибкой и блока без ошибки в течение
восьми циклов).
Режим «конец передачи» вводится в передатчике после снятия сиг­
нала «Запрос передачи» от ЭВМ. В этом режиме вслед за последнш1
блоком данных формируется блок со служебным признаком «Конщ
мредачи». После передачи такого блока и получения «Подтверждения»
передача прекращается. Аппаратура по сигналу из ЭВМ или нажати­
ем клавиши «Данные» на пульте управления отключается от канала.
Приемник после приема блока с признаком «Конец передачи»
выдае1 этот сигнал на выход и на пульте управления аппаратуры заго­
рается лампа «Конец передачи».
В режиме контроля проверяется работоспособность и выявляются
неисправности аппаратуры. Исправность аппаратуры в каждом або­
нентском пункте производится независимо с помощью тестового конт­
роля.


ГЛАВА 6
ПОДГОТОВКА ВХОДНЫХ МАШИННЫХ ДОКУМЕНТОВ .
Информация, с которой приходится иметь дело в АСУ, может
быть различна по содержанию и форме предс1авления. Значительный
объем занимает информация, представленная на различных докумен­
тах в виде алфавитно-цифрового текста. Но в таком виде информация
не может непосредственно вводиться в ЦВМ. Поэтому приходится под­
вергать ее различным преобразованиям для того, чтобы представить
в виде, удобном для ввода в ЦВМ. Эrот этап, называемый этапо1,~
подготовки входных машинных документов, может выполняться как
оператором, так и автоматически. Вся исходная информация, как
правило, записывается на перфокартах, перфолентах. И уже после
этого осуществляется ее непосредственный ввод в ЦВМ.
Подготовка первичных машинных документов является наиболее
трудоемким этапом и требует больших затрат времени и ручного труда.
Скорость подготовки документов определяется в основном скоростью
работы оператора и составляет несколько знаков в секунду. Исходя
из этого, устройства подготовки данных строятся как самостоятель­
ная группа, работающая несинхронно с машиной и независимо от нее.
Работа внутри группы может проводиться параллельно на ряде уст­
ройств и сводится к работе операторов на клавиатуре устройства
подготовки данных, контролю подготовленных первичных документов,
их комплектации и, наконец, передачи для непосредственного ввода
пнформации в ЦВМ.
Подготовка исходных данных в ряде случаев может осуществлять­
ся и автоматическн с непосредственным вводом информации в ЦВМ.
Могут применяться также и комбинированные способы, когда сте­
пень участия •челоrзека в подготовке первичных документов значн­
тельно уменьшается.
В настоящее время получают развитие с.11едующие пути автомати­
зации процесса подготовки первичных документов для ввода в ЦВМ:
1. Использование документов, удобных для автоматического счи­
_
тывания информации (дуаль-карт, формализованных бланков и др.).
2. Приготовление одновременно со служебным документом машин­
ного документа. К устройствам, позволяющим выполнять это, можно
отнести пишущую машинку, оснащенную приставкой для приготов­
ления перфоленты.
3. Приготовление машинных документов в местах сбора и регист­
рации первичной информации с помощью регистраторов производ-
126


ства, устанавливаемых в цехах, на складах и других участках про­
изводства.
4. Автоматическое приготовJ1ение перфо.пенты при поступ,1ении
информации по т~1еграфным кана,1аrv1 связи.
Различные уровни автоматизации подготовки машинных докумен­
тов оказывают определенное влияние на появление ошибок. Наиболь­
шее количество ошибок возникает при ручной подготовке документов.
Необходимость устранения появляющихся ошибок требует прове­
дения контроля, который обычно выполняется после повторной иа­
бивки, сравнением двух комплектов полученных первичных докумен­
тов. Опыт показывает, что визуальная проверка приготовленных до­
кументов не так эффективна, как повторяемые ручные операции.
Количество ошибок в машинных документах значительно умень­
шается, если ответственность за точность ложится на создателей ис­
ходных документов.
Выбор того или иного способа подготовки машинных документов
зависю от вида и характера информации и наличия соответствую­
щих устройств.
В АСУ для подготовки документов могут использоваться различные
методы и средства. Значительная часть из них входит в набор внешних
устройств, поставляемых вместе с ЭЦВМ.
§ 6.1 . ПЕРФОКАРТЫ И ПЕРФОЛЕНТЫ
Перфокарта. Перфокарта_ представляет собой тонкий прямо­
угольник, изготовленный из специального картона и предназначен­
ный для хранения информации в виде пробивок. Размеры перфокарты
определены ГОСТ 6198-64: длина 187,4 + 0,1 мм, ширина 82,5 +
+ 0,1 мм и толщина 0,015±g:81i мм. Допуски на размеры, особенно
по толщине, достаточно жесткие. Это необходимо для того, чтобы
перфокарты по одной захватывались транспортным механизмом и
пропускались через него без перекоса. Толщина кар1ы выбирается
из условия обеспечения необходимой электрической изоляции, жест­
кости и возможности легкой пробивки отверстия.
Высокие механические требования предъявляются и к материалу,
из которого изготовляется перфокарта, поскольку она должна вы­
держать большое количество пропусков через машину. Согласно
ГОСТ 6198-64 перфокарты должны выдерживать без потери качест­
ва не менее чем стократное прохождение через машину со скоростью
17 карт/с или пятидесятикратное прохождение со скоростью 33-; -
42 карты/с.
Так как считывание информации с перфокарты может осуществ­
ляться электромеханическим или фотоэлектрическим способом, то она
должна быть светонепроницаемой и не проводить ток. Перфокарты
должны быть ус1ойчивы к изменениям температуры и влажности и
храниться с соблюдением условий, исключающих изменение их раз­
меров и качества.
Левый верхний угол перфокарты срезается для облегчения визу-
127


алыюrо контроля за ее правильным положением в процессе работы
(катет срезанного угла равен 7 мм, а угол среза 45 ± 2°).
Информация на перфокартах располагается по строкам и колон­
кам. Количество строк обычно равно 12, колонок 80 и 45 (есть карты
и с другим количеством строк и колонок, но они получили меньшее
распространение).
Запись какого-либо символа на перфокарте сводится к прибивке
отверстия в определенной позиции на соответствующем пересечении
колонки и строки. Отверстия у 45-колонных карт круглые с диамет­
ром 3,2 мм, а у 80-колонных - прямоугольные (1,4 Х 3,2 мм).
Шаг между колонками для 80-колонных перфокарт 2,21 мм; для
45-колонных перфокарт - 3,97 мм. Шаг между строками для тех и
других перфокарт 6,35 мм.
При изготовлении перфокарт на их лицевой стороне отпечатывают­
ся строки с десятичными цифрами: О; 1 и т. д. до 9. Две самые верхние
строки 12 и 11 разметок не имеют. Пробитые отверстия в этих стро­
ках, называемые надсечками, используют для фиксации различных
условных обозначений, а также для управления работой отдельных
механизмов машины. Над строками с О и 9 колонки пронумерованы
(/ -; - 80) более мелкими цифрами. Все это позволяет оператору ви­
зуально контролировать содержащуюся на перфокаре информацию.
Информацию на перфокартах располагают поколонно, т. е. для
каждого символа выделяют одну колонку. Для этого используют код
в соответствии с ГОСТ 10859-64 (см. приложение). Порядок записи
символов кода на перфокар1 у приведен на рис. 6.1 и в приложении.
Перфорация является наиболее трудоемкой ручной операцией.
Статистика показывает, что у оператора средней квалификации при
работе на перфораторе получается одна ошибочная перфокарта на
каждые 200 приготовленных. При этом ошибки могут носить различ­
ный характер: пробивка лишней перфокарты; пропуск данных без
пробивки перфокарты; пробивка лишнего числа; пропуск числа;
пробивка другой цифры; сдвиг на одну и более колонок и др. Ошибки
в набивке, допущенные по вине оператора, составляют 94--97 % . Ос­
новное количество ошибок возникает за счет невнимательности опе­
ратора. Поэтому контроль качества перфорации является обязатель­
ным элементом в процессе подготовки данных.
Наибольшее распрос1 ранение получили три основных вида конт­
роля перфорации: «на просвет», счетный, с помощью специальных
устройств (контрольников).
В контрольниках набитые перфокарты поочередно вводятся
в считывающий блок, а на клавиатуре повторно набирается исходная
информация и сличает.... я со считываемой с перфокарт. Контроль осу­
ществляется и при вводе информации в машину.
При записи информации на перфокарту для осуществления конт­
роля ввода используется восьмиразрядный код, т. е. вводится один
дополнительный разряд. В каждой колонке карты при записи долж­
но содержаться нечетное число пробивок. Пробивки выполняются по
следующему правилу. Каждой десятичной цифре (позиции 1-; - 10)
соответствует одна пробивка в своей строке: единице старшего седь-
128


(
;
>
:
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
2
ц
~
8
О
5
Г
Е
З
К
/
\
1
О
Р
Т
Ф
Ц
Ш
Ы
З
Я
,
I
D
(
х
С
:
=
:
J
U
:
G
'
<
Р
W
о
:
:
,
,
D
~
.
.
,
-
:
!
!
t
\
J
l
5
/
7
J
9
J
A
J
B
J
д
/
ж
J
И
J
Л
J
H
J
П
J
c
J
1
:
1
.
1
x
1
ч
1
щ
1
ь
1
ю
1
u
1
,
1
+
1
)
1
J
J
J
1
1
1
1
1
1
1
1
1
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
N
i
,
i
z
i
>
1
!
·
-
·
R
·
L
x
1
Q
s
1
1
1
1
1
1
1
1
1
,
1
J
J
-
j
;
t
1
~
/
Z
I
!
3
3
4
4
4
-
1
5
5
5
5
t
,
6
6
6
6
6
•
•
1
.
1
1
j
1
"
1
j
I
j
1
1
1
j
1
1
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
J
~
J
r
r
J
j
J
~
1
1
о
1
2
1
3
-
1
&
1
в
2
0
2
2
2
4
2
&
2
в
~
о
3
2
3
4
з
&
з
в
&
+
1
1
2
4
4
4
6
4
8
s
o
s
z
5
5
6
о
б
z
6
4
6
&
6
8
1
0
7
2
7
4
\
~
&
7
8
1
3
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
о
о
0
0
0
0
1
0
0
1
О
•
•
•
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
.
1
2
2
2
1
z
z
2
2
2
2
1
2
2
2
2
2
~
1
2
2
2
2
2
2
2
1
2
2
z
z
2
2
2
2
2
1
z
z
2
2
2
2
1
1
2
2
2
2
2
1
2
2
а
с
1
1
2
1
1
z
l
z
2
2
з
з
3
3
1
3
3
3
3
З
J
1
з
з
з
з
з
з
з
1
з
з
з
з
з
з
з
1
з
з
з
з
з
з
з
з
з
1
з
з
з
з
3
1
1
3
1
1
з
1
3
1
1
3
3
1
1
1
1
1
1
3
1
1
1
1
~
4
4
4
4
4
l
4
4
4
4
4
4
l
4
4
4
4
4
4
4
l
4
4
4
4
4
4
4
l
4
4
4
4
4
4
4
4
4
l
4
4
4
4
4
4
l
4
4
4
4
4
4
4
l
4
4
4
4
4
4
4
4
4
l
4
4
4
4
l
4
4
5
5
5
5
5
5
1
5
5
5
5
5
5
I
5
5
5
5
5
5
5
I
5
5
5
5
5
5
5
I
5
5
1
5
5
5
5
5
5
5
5
5
I
5
5
5
5
5
5
I
5
5
5
5
I
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
6
5
5
1
6
6
6
6
6
6
&
l
5
6
6
6
6
6
f
6
&
6
6
6
6
6
f
6
6
6
6
6
Б
Б
l
6
6
l
6
6
6
6
6
I
Б
6
5
6
6
5
Б
I
Б
Б
Б
Б
Б
6
6
f
6
6
6
6
5
6
Б
Б
S
6
Б
I
Б
5
5
1
1
1
1
1
1
1
r
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
l
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
f
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
r
1
1
1
1
1
1
1
1
1
B
8
B
8
B
B
B
I
B
B
B
8
8
8
8
8
8
I
I
I
I
I
I
I
B
8
B
B
B
B
B
B
I
B
l
l
l
l
l
l
l
l
8
8
B
B
8
B
8
I
B
I
B
I
I
I
I
B
B
I
I
I
I
I
B
l
l
l
6
B
6
8
l
l
l
8
B
I
B
1
2
4
6
В
1
0
1
Z
1
4
1
6
1
6
2
0
2
2
2
4
2
6
Н
3
0
J
2
3
4
J
Б
3
6
4
0
4
2
4
4
4
6
4
6
5
0
5
2
5
4
5
Б
5
8
6
0
6
2
6
4
6
6
6
8
7
0
•
Н
7
4
7
6
7
8
В
О
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
g
g
9
9
9
9
9
9
9
g
g
g
9
9
9
э
э
s
s
s
s
1
s
s
s
9
9
9
9
9
9
s
s
s
s
s
s
g
9
1
1
S
l
l
9
l
l
9
9
l
s
s
l
l
l
l
l
l
l
l
9
I
I
I
I
I
I
Р
и
с
.
6
.
1
.
П
е
р
ф
о
к
а
р
т
а
с
а
л
ф
а
в
и
т
н
о
-
ц
и
ф
р
о
в
о
й
и
н
ф
о
р
м
а
ц
и
е
й
в
к
о
д
е
Г
О
С
Т
1
0
8
5
9
-
6
4


мого разряда соответствуют пробивки одновременно в позициях 3
и 9; единице шестого разряда - в позиции / /; единице пятого раз­
ряда - в позиции 12; единице четвертого разряда - в позиции 8,
за исключением случая, когда разряды седьмой, третий и второй -
нулевые, а первый разряд - единичный (0001001), что соответствует
пробивке в позиции 9. Значению единиц в первых трех младших
разрядах соответствуют пробивки в позициях /77 карты, за исклю-
246бОАВДЖИКМОРТФЦШЪЬЮNo,*
t3579_бГЕ3ЙЛНПС!iХЧЩЫЗЯ<>• 0/0
/
1'
1
11
1
1
1
1
1
11
1 а1О191116182n,'
1261В3~3~J~J6JB~о!24~1н~в50
1111,О
11оо
D1о
1 в11оо
О101
Dоо
1:и1111111::1!1jl.~:::11D!1l ~
:
:
:
1jlll1:~::jl1ll: ~:
:
11111 1
1
::
зJ 33 33331 33333 •33333
•33333
33
444
,
44 444444 444444 444441 444444
44
55551
55155555551 5555551•555555551555555
555
666661 1ББББ66БББББ Б66Б6БGfiББББББ1111111111 Б 66
77777711' 11177777777 777117111111177711171117 711 17
ввввв8811,вв8888в88аIв1111в188в8в88в8в8вв88вв111вIвв
124Б8101214161820222426263032343636404244464850
9999999911991111111991999999999999999999999919199999
Рис. 6.2 . Часть перфокарты с алфавитно-цифр,1вой информацией перфоратора
ПА80-6
чением случая, когда разряды седьмой, второй и первый - единич­
ные, а разряд третий - нулевой (1000011), что соответствует про­
бивкам одновременно в позициях 2 и / (вместо одной пробивки в по•
зиции 2). Пробивка в позиции О дополняет количество пробивок в ко•
лонке до нечетного.
В алфавитно-цифровом перфораторе ПА80-6 используется иное
представление буквенной информации (рис. 6.2). Каждой букве на
перфокарте соответствует комбинация пробивок в двух позициях.
На рис. 6.3 показано представление алфавитно-цифровой информа­
ции в коде IBM. Каждая десятичная цифра представляется одной про­
бивкой в соответствующей позиции, а каждая буква - комбинацией
двух пробивок.
Способы поколонноrо размещения каждого символа позволяют
записать на карте общее КоJ1ичество симвоJ1ов, равное ко.пичеству
130


0
1
2
3
4
5
5
7
8
9
А
8
С
D
Е
F
G
Н
I
J
K
L
,
M
N
O
P
Q
R
S
T
U
V
W
X
Y
Z
,
1
1
f
i
1
1
1
о
1
2
о
2
2
2
4
~
2
6
1
2
8
3
0
3
2
3
4
3
6
3
8
4
0
4
2
4
4
I
4
6
I
4
8
5
0
5
2
5
4
5
5
5
8
6
0
6
2
6
4
I
6
6
6
8
7
0
7
2
8
0
О
О
О
О
О
О
О
0
0
0
0
О
О
О
О
О
О
О
О
О
О
О
О
О
О
О
О
О
О
О
О
О
О
О
О
О
О
О
f
f
1
1
1
f
1
f
f
f
1
f
f
f
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
f
1
1
1
1
1
1
f
1
f
1
1
1
1
1
f
1
1
f
1
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
3
3
3
3
3
3
3
J
J
3
3
J
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
З
3
3
3
3
3
3
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
Б
Б
Б
6
6
6
6
Б
6
6
6
6
6
Б
Б
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
Б
6
Б
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
6
а
6
8
6
8
8
8
6
8
8
6
В
В
8
В
8
8
в
в
8
8
В
8
8
В
6
8
8
8
8
8
8
8
8
В
о
6
В
6
6
8
8
В
8
8
6
8
6
6
6
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
6
8
6
8
8
8
8
в
8
1
2
4
6
8
1
0
1
2
1
4
1
6
1
6
О
2
Z
2
4
2
6
2
8
3
0
3
2
3
4
J
6
J
B
4
4
2
4
4
4
6
4
6
5
0
5
2
5
4
5
6
5
8
6
0
6
2
6
4
б
6
6
6
7
0
7
2
7
4
7
6
7
6
6
0
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
Р
и
с
.
6
.
3
.
П
е
р
ф
о
к
а
р
т
а
с
а
л
ф
а
в
и
т
н
о
-
ц
и
ф
р
о
в
о
й
и
н
ф
о
р
м
а
ц
и
е
й
в
к
о
д
е
I
В
М


колонок; так, на картах с 80 колонками можно разместить 80 сим­
волов. Такое размещение отличается простотой, но в то же время
характеризуется и малой плотностью.
Можно, конечно, осуществлять и более плотную запись, но в этом
случае запись и считывание информации усложняются. Например,
на рис. 6.4 приведена перфокарта, на которой в позициях 12, 11, О,
26fOfl/-182226JOJцJB1+2l+Б5051+5862
О4-В1216120242бJ2364-04-lf4-б525660
/
111 1 111 111 111 11111 111 11
11 11111 111
11111111
1[2111!10121416162022242626303234363В
(11([( 11111111000011110000111100001111000011
1 111 1111'111111111111 '1111ll11111 11111
2 11212 12121212 12 121 2121 212121 2121212121
33333333333333333333333333333333333333
44444444444444441111111111111111444444
55555555llllllll55555555llllllll555555
56ББ1111ББББ1111ББББ1111ББББ1111ББББ11
11111111111111111111111111111111111111
BIBIBl616l61616IBIПIBl61616IBl616IBIBI
12.4661012.1416162022242626JOJZ34JБ38
11111111II1111 11 11 111 111111111 11111111199э9g9
1591317212529JJJ74-14-5495J5761
J71115192З27JIJ5J94-J4-7515558бJ
Рис. 6.4 . Перфокарта с уплотнен11ой записью
1, 2 размещены два массива пятиразрядных двоичных комбинаций,
а в позициях 4, 5, 6, 7, 8, 9 - два массива шестиразрядных двоичных
комбинаций. Всего на карте записано 128 чисел. Такая карта исполь­
зуется в ЭЦВМ «Минск-32» для служебных целей.
Перфолента. Перфолента представляет собой длинную бумажную
или целлулоидную ленту стандартных размеров, предназначенную
для хранения информации в виде отверстий. Согласно ГОСТ 1391-51
бумажная лента может быть двух видов: А - непромасленная и Б
-
промасленнан. ГОСТ 10860-68 предусматривает выпуск перфолент
132


следующих размеров: 17,5 мм - пятидорожечная (рис. 6.5, а),
22,5 мм - семидорожечная (рис. 6.5, 6), 25,4 мм - восьмидорожеч­
ная (рис. 6.5, в). Кодовые дорожки располагаются вдоль ленты. Рас­
стояние между кодовыми отверстиями, называемое шагом перфора­
ции, для обеспечения надежного считывания выполняют достюочно
точным (2,5 ± 0,05 мм). Линия отверстий должна быть перпендику-
д)
Р11с. 6.5 . Перфо.1енты
лярной кромке ленты. Шаг перфорации в поперечно:-.~ направлении
имеет те же размеры, что и в продольном. Диаметр кодового отверстия
1,83 + 0,05 мм.
Для протяжки ленты на расстоянии 9,96 +0,IO мм от края проби-
вают отверстия меньшего диаметра (1,17:!=8:8~ 5 мм) с тем же шагом
перфораuии. Образованную из этих
отверстий дорожку называют син­
хродорожкой. К материалу перфо­
ленты предъявляют -re же требова­
ния, что и к материалу перфокарты.
Однако надо учитывать, что перфо­
лента находится в более жестких
условиях эксплуатации вследствие
постоянного изгиба.
Информация на перф:>ленте запи­
сывается в виде комбинаuии кодо­
вых отверстий построчно поперек
ленты. В nятидорожечной перфо­
ленте каждая комбинаuия представ­
ляется пятиразрядным кодом, в се­
мидорожечной - семиразрядным ко­
дом, в восьмидорожечной - восьми­
разрядным кодом. Пробивка означает
единиuу в кодовой комбинаuии, от­
сутствие пробивки - нуль.
Пятидорожечные перфоленты в
•
•
•-+----.. :-
•••• -----о,
••
•••
·•-+----о,
•
·•----с:,
'
--+----Русские 011к8ы
.
•
----:, ,.
81-----. 1:::,
'
-----Латинские дgк661
с:: ~
с...
Рис. 6.6 . Перфо.1ента с записt,ю
десятичных цнфр н 11екоторы11
букв в междунаро.1Iю,1 коде No 2
основном используются для фик-
сирования информации в международном коде No 2, который, как уже
говорилось, широко применяется в связи и в вычислительной тех­
нике. На рис. 6.6 представлена часть пятидорожечной перфоленты
133


.
.
.
•••••8--1
=i----fl ю
·••·· =
• ::::•·•-;-=t:::::::-_Э_ Ь
• •••·•
--_--ы щ
• ••••
-
ш
-::= .. ••=
ч
•••• ·••-_-+----Ц
х
••• ·•
-
ф
.. ..
·=
11
• ·••
·••
--·.-'-1-_-_-_-_-=т_;;
с::
с
• ;..-~••!
рп
• • •••--1----О
Н
•:::~
мл
. ··•• •-
••• =
ки
: : -·••=
зж
. --~
•
••-=--ЕД
••
•-- -
r
•
•·-
•в
••
•
=
Б
•!
•
-
-
ОА
••- -=--!---.--.1--::..-::.-::..-::..-::-- 9
87
-::•.·--1----б 5
•
•
•
.• -=
.: •--!-_+--- 4- 3
.••
-
..
-'
.....
t-_-_-:_ -:_ _2_ 1
..
-
с записью в международном коде No 2 деся­
тичных цифр и некоторых букв.
Семидорожечная перфолента позволяет
записывать информацию в сеl\lиразрядном
коде. Из-за отсутствия дополнительного раз­
ряда, позволяющего производить контроль
информации, семидорожечная перфолента
имеет ограниченное применение.
Наибольшее распространение в настоящее
время получила восьмидорожечная перфо­
лента. На этой перфоленте информация за­
писывае1ся в семиразрядном коде ГОСТ
10859-64 и восьмой разряд используется для
контроля на нечетность. Часть ленты с за­
писью восьмиразрядного кода приведена на
рис. 6. 7. Крайняя левая, восьмая, дорожка
используется для контроля, т. е. дополне­
ния общего количества пробивок в комбина­
ции до нечетного. Затем идут дорожки седь­
мого, шестого, пятого и четвертого разря­
дов. По другую сторону синхродорожки рас­
положены третий, второй и первый разряды.
Извес1ны перфоленты и с другим количест­
Рис. 6.7 . Перфолента с вом дорожек, но они либо уже не применяют­
восьмиразрядным кодом ся, либо находят ограниченное или спе-
циальное применение.
Подготовка перфокарт и перфолент осуществляется на перфора­
торах или устройствах подготовки данных, в состав которых входит
перфоратор.
§ 6.2. ПЕРФОРАТОРЫ
Перфораторы карточные. Перфораторы- устройства, предназна­
ченные для записи информации в виде пробивок на стандартных перфо­
кар1 ах и перфолентах. По принципу работы перфораторы для набивки
перфокарты подразделяют на одно- и двухпериодные.
В однопериодных перфораторах, используемых для набивки 80-
колонных карт, пробивка отверстия происходит одновременно с на­
жатием на цифровую или буквенную клавишу, а также при поступ·
лении информации с карты-шаблона или из вычислительной ма­
шины.
В двухпериодных перфораторах операции набора информации
и набивки отверстий расчленены. В первый период во время нажатия
клавиш происходит фиксирование соответствующих пуансонов и пе­
ремещение наборной каретки с одной колонки на другую. Во второй
период пробиваются отверстия во всех колонках карты. Пробивное
устройство у таких перфораторов рассчитано на 45-колонную карту
и состоит из 540 пуансонов (по 12 на каждую колонку). В конструктив­
пом отношении двухпериодные перфоратсфь1 сложнее однопериодиых.
134


Однако в двухпериодных перфораторах имеется возможность устра­
нять ошибки, замеченные в процессе набора.
В зависимости от характера вводимой информации перфораторы
подразделяют на 1.1.нфровые и алфавитно-цифровые. Для подготовки
данных ЦВМ, как правило, применяют алфавитно-цифровые перфора­
торы.
Из однопериодных перфораторов в настоящее время находят при­
менение перфораторы цифровые марки П80-6 н алфавитно-цифровые
марки ПА80-2, из двухпериодных перфораторов - перфораторы марки
ПД45-2.
2
,J
Рис. 6.8. Общий вид перфоратора ПА80-2
П е р ф о р а т о р ПА80-2. Алфавитно-цифровой перфоратор
ПА80-2 (рис. 6.8) входит в комплект устройства подготовки данных пер­
фокарт ЦВМ «Минск-32». Он состоит из следующих основных узлов
и механизмов: электропривода подачи и откладки перфокарт, перфо­
рации, транспорта, многократного и полного пропуска; двух клавиа­
тур (алфавитно-цифровой / и цифровой 2), панели управления 3; за­
поминающего устройства и электроаппаратуры.
Кинематическая схема перфоратора ПА80-2 показана на рис. 6.9.
Электропривод предназначен для завода каретки и включения ме­
ханизма подачи и откладки перфокарт. Он состоит из электродвига­
теля 16, червячного редуктора 17 и 18, электромагнитной муфты 20
и сцепной шестерни21. Катушка электромагнитной муфты 20 при помо­
щи скользящих контактов 19 включена в электрическую цепь привода.
Электромагнитная муфта 20 обеспечивает связь электродвигателя 16
с рейкой каретки, при этом происходит завод каретки, подача новой
и откладка отперфорированной карты.
При подаче постоянного тока на скользящие контакты 19 якорь
со счетной шестерней притягивается к корпусу муфты 20, передавая
движение or электродвигателя к сцепной шестерне 21.
135


t
4
,
l
t
J
Р
и
с
.
6
.
9
.
К
и
н
е
м
а
т
и
ч
е
с
к
а
я
с
х
е
м
а
п
е
р
ф
о
р
а
т
о
р
а
П
А
8
0
-
2


Рис. 6.9 . Продолжение
Механизм подачи и откладки перфокарт предназначен для подачи
из магазина очередной перфокарты под поводки каретки и откладки
отперфорированной перфокарты в приемный карман. Перфокарта за­
кладывается в магазин лицевой стороной вверх, срезанным углом вле­
во. Подача перфокарты под поводки каретки осуществляется подающим
ножом 1, установленным на ползуне 2.
•
При включенной муфrе движение от сцепной шестерни 21 пере­
дае1ся через шес·.ерню б на рейку 9 и через сцепное устройство 7 и 8
на валик подачи 5, шестерню 14, цеюробежный тормоз 15.
Or валика подачи 5 через кулачок 4 и 1ягу 3 движение передается
на подающий нож /, а через шестерни 12 и 13- на транспортные ро­
лики 10 и 11.
При движении ползуна 2 влево подающий нож 1 отделяет от мас­
сива перфокарт нижнюю перфокарту и подает ее через карточную
щель под транспортные ролики 10 и 11, которые направляют ее под
поводки каретки на перфорацию.
Механизм перфорации осуществляет пробивку отверстий на пер­
фокартах в соответствии с вводимой информацией. Он состоИ1 из ко­
робки с двенадцатью пробивными соленоидами (на рисунке показан
один соленоид), стольких же рычагов с якорями, матрицы с двенад­
цатью пуансонами (на рисунке показан один пуансон) и транспортной
рамки.
При срабатывании пробивного соленоида 22 якорь опускает рычаг
23, который приводи, в движение пуансон 24, перемещающийся в пря­
моугольном пазу матрицы 25. Матрица 25 состоит из двух пластин,
J37


между которыми в щели перемещается перфокарта. При срабатыва­
нии пробивного соленоида 22 (или нескольких соленоидов) пуансон
(или несколько пуансонов) пробивает отверс1ия в перфокарте.
После того как перфокарта отперфорируется, переместившись
на 80 колонок, она освобождается из-под поводков, захватывае1ся ро­
ликами откладки и выбрасывается в приемный карман. Одновременно
происходит возврат каретки на первую колонку. Центробежный тор­
моз 15 служит для выравнивания скорости движения каретки при
многократном и полном пропуске.
Механизм транспорта осуществляет перемещение карт по колонкам.
Он кинематически связан с механизмом перфорации. Перемещением
перфокарты управляют транспортные собачки: пропускная 33, тор­
мозная 29.
В исходном положении пропускная собачка 33 находится в зацеп­
лении с рейкой 9 и не дает ей перемещаться. Тормозная собачка 29 вы­
ведена из зацепления.
При срабатывании пробивного соленоида и перемещении рычага
23 регулировочный винт 26 нажимает на транспортную рамку 27, за­
ставляя ее опускаться; кулачок 28 поворачивается, воздействуя на
пропускную 33 и тормозную 29 собачки и рычаг 24. Первая выход11т
из зацепления с рейкой 9, а вторая вводится с ней в зацепление. Пе­
реключение осуществляется до того, как пуансон 24 начнет воздейство­
вать на перфокарту. Тормозная собачка 29 обеспечивает более точное
положение каретки с картой, а следовательно, и более точное располо­
жение пробивок на перфокарте.
При выходе пропускной собачки 33 из зацепления рейка 9 под дей­
ствием пружины перемещается вправо и пропускная собачка 33 встает
над следующим зубом рейки 9. Когда пробивной соленоид 22 обесто­
чивается и его якорь поднимается, транспортная рамка 27 с кулачком
28 и рычагом приходит в исходное положение. Тормозная собачка 29
выводится из зацепления, а пропускная собачка 33 вводится в заuепде­
ние с рейкой 9.
Механизм многократного пропуска служит для продвижения кар­
ты на нужное число колонок без перфорации. При необходимости
пропуска срабатывает электромагнит 30. Движение его якоря через
систему рычагов 31, 32, 35 приподнимает пропускную собачку 33. Тор­
мозная собачка 29 также расцеплена и каретка под действием пружи­
ны перемещается влево. Механизм перфорации отключен. На рейке
9 укреплен жестко кронштейн с двумя ограничителями 36, 41. Во вре­
мя перемещения рейки 9 ограничитель 36 движется вдоль гребенки
«конца пропуска» 38. В пазы гребенки 38 вставляются упоры 37 в мес­
тах, соответствующих колонкам, на которых каретка должна остано­
виться.
В исходном положени~ гребенка 38 отведена назад и при движе­
нии рейки 9 ограничитель 36 не задевает за упоры 37. При замыкании
же контактной группы 42 срабатывает соленоид 43 и гребенки 38 под
действием рычагов 44 и 45 перемещаются в переднее положение. После
этого упор 36, сцепляясь с упором 37, сдвигает гребенки «конца про­
пуска» 38 влево. Рычаг 39 нажимает на защелку 40, освобождая рычаг
138


35. Рычаг 39 и пропускная собачка 33 возвращаются в исходное поло­
жение и каретка останавливается. Соленоид 43 обесточивается и гре­
бенки «конца пропуска» возвращаются в исходное положение.
Подсче'l количества отперфорированных перфокарт производится
механическим счетчиком. При выбросе отперфорированной карты
в приемный карман замыкается механический контаю и срабатывает
специальный соленоид. При каждом срабатывании соленоида при пере­
мещении его сердечника в счетчик записывается единица.
Для ввода информации перфоратор ПА80-2 имеет две клавиатурыi
цифровую и алфавитно-цифровую. Конструктивно обе клавиатуры
оформлены в виде самостоятельных узлов, электрически связанных
с остальными блоками посредством кабеля и штеккерных разъемов.
Алфавитно-цифровая клавиатура 1 перфоратора ПА80-2 (см.рис.6.8)
имеет 32 клавиши русского алфавита, 10 цифровых клавиш, из кото­
рых 6 (с цифрами 4--;-9) совмещены со знаками No, ◊, «, », «·», «*»,
%, клавишу «-» и 6 клавиш управления.
Клавиши управления имеют следующие обозначения и назначение:
«МП» (многократный пропуск) - пропуск перфокарты без перфора­
ции на любое число колонок;
«ОП» (однократный пропуск) - пропуск перфокарты без перфа­
рации на одну колонку;
«П» (пуск) - подача новой перфокарты после окончания перфора­
ции предыдущей перфокарты при выключенном выключателе авто­
пуска (при нажатии на эту клавишу происходит завод каретки и от­
кладка отперфорированной перфокарты);
«В» (выброс) - выброс перфокарты с любой колонки без дальней­
шей перфорации в приемный карман и подача очередной карты на пер­
форацию;
две клавиши верхнего регистра (без обозначения), которые распо­
пожены справа и слева относительно удлиненной (темной) клавиши
однократного пропуска.
Для удобства перфорации только цифровой информации можно
пользоваться цифровой клавиатурой 2 (см. рис. 6.8). Цифровая кла­
виатура перфоратора ПА80-2 имееr десять цифровых клавиш, две кла­
виши надсечек позиций 11 и 12 и четыре клавиши управления: «МП».
«ОП», «П», «В».
Управление режимами работы перфоратора осуществляется с по­
мощью десяти тумблеров, установленных на панели управления 3
(см. рис. 6.8). Над тумблерами имеются надписи, указывающие их
назначение:
«Питание>> - включение электрического питания;
«Автопуск» - включение автоматической подачи перфокарты под
пробивное устройство и откладки в магазин отперфорированной карты;
«Мноrократный пропуск» - включение механизма многократного
пропуска нескольких колонок без перфорации. С его помощью можно
временно отключить механизм многократного пропуска, не изменяя
его настройки;
«Автоматическая перфорация» - включение автоматической пер­
форации постоянных признаков из запоминающего устройства;
139


«Включение регистра» - включение регистра запоминающего
устройства и временное отключение любого из регистров для перфо­
рации других данных;
Запись в регистр» - включение записи и гашения информации
в запоминающем устройстве. При установке одного из тумблеров в по­
ложение «Включено» в данном регистре производится гашение преды­
дущей информации и появляется возможность записи в него новой
информации.
.
Запоминающее устройство состоит из трех релейных регистров,
линейного коммутатора и коммутационной доски.
Регистры служат для хранения постоянных признаков (букв, цифр,
сигналов однократного и многократного пропуска). Каждый регистр
имеет десять разрядов, что дает возможность хранить и перфорировать
тридцать знаков постоянных признаков. Каждый разряд регистра
в свою очередь выполнен из 12 реле (по числу строк). Запись признаков
в регистр производится последовательно, начиная с первого. Гашение
и запись информации в каждом регистре могут производиться незави­
симо одно от другого.
Линейный коммутатор предназначен для подключения соответст­
вующих разрядов запоминающих регистров. Он состоит из изоляцион­
ной колодки с 80-контактными ламелями и ползуна с трехконтактными
пружинами, соединенного с кареткой. Каждая контактная ламель соот­
ветствует колонке перфокарты.
Коммутационная доска предназначена для коммутации заданных
колонок с соответствующими регистрами запоминающего устройства.
На ней имеется шес1 ь горизонтальных рядов отверстий. Каждое от­
верстие первого, второго, пятого и шестого рядов, соответствующих
колонкам перфокарты, имеет двойную нумерацию. Номер над отвер­
стием определяет колонку при настройке машины на работу без сдви­
гателя. Номер, расположенный слева от отверстий, определяет колон­
ку при настройке машины с включенным сдвиrателем. В третьем и чет­
вертом рядах расположены три группы по десять отверстий для каж­
дого регистра. Номера отверстий соответствуют разрядам регистра.
В отверстия вставляются коммутационные шнуры, соединяющие
разряды регистров с гнездами колонок перфокарты, в которых будут
перфорироваться постоянные признаки, хранимые в запоминающем
устройстве.
В ранних выпусках перфораторов ПА80-2 имеется устройс1во за­
держки и соответственно на клавиатуре - три дополнительные кла­
виши управления.
Устройство задержки (сдвигатель) предназначено для задержки
перфорации и имеет шесть разрядов по 12 реле в каждом. Разряды
э,ого устройства соединены в кольцевую схему. В устройстве задерж­
ки одновременно работают три разряда. Например, если в пятый раз­
ряд производится запись очередного символа, то ранее произведенная
запись в шестом разряде погасится и при этом произойдет перфорация
символа, записанного в первый разряд. В следующем такте с клавиа­
туры будет подан очередной символ в шестой разряд сдвигателя и од­
новременно производится перфорация от второго разряда ус1 ройства,
140


при этом первый разряд будет погашен, т. е. оно осуществляет задержку
перфорации по отношению к набору на четыре такта. Эго дает возмож­
ность при ошибке в наборе символа на клавиатуре заблаговременно
погасить последние символы набора, хранящиеся в устройстве задерж­
ки. При этом однопериодный перфоратор работает как бы в двухпе­
риодном режиме.
В начале обработки при наборе первых четырех символов они не
перфорируются. Первый символ будет перфорироваться только при
наборе пятого символа, второй - при наборе шестого символа и т. д.
Если оператор во время набора заметил, что допустил ошибку, то на­
жатием клавиши однократного гашения «ОГ» он может погасить по­
следний знак набора. Если ошибка будет обнаружена с задержкой на
два или три такта, то необходимо нажать клавишу однократного га­
шения «ОГ» соответственно два или три раза и после этого выполнить
правильный набор. Для гашения четырех последних знаков набора
предназначается клавиша «ПГ» полного гашения, а для перфорации
четырех последних из сдвиrателя - клавиша «С» (сдвиrатель).
П е р ф о р а т о р П80-6. Перфоратор П80-6 предназначен для
пробивки на 80-колонной перфокарте только цифровых данных в соот­
ветствии с первичным документом и автоматической пробивки перфо­
карт с карты-шаблона путем дублирования. На перфораторе П80-6
можно производить перфорацию вручную по всем 80 колонкам; про­
пуск перфокарт без перфорации на одну или несколько колонок; пол­
ный пропуск перфокарт без перфорации с любой колонки.
Д,'IЯ дублирования перфокарт с карты-шаблона в перфораторе
имеется дублирующее устройство. Перфокарта-шаблон, заложенная
в это устройство, перемещается синхронно с набиваемой перфокартой.
Пробивки карты-шаблона управляют пробивными соленоидами устрой­
ства перфорации.
Перфора1ор П80-6 является более простым по сравнению с перфора­
тором ПА80-2. Он разрабатывался на базе цифровых перфораторов
П80-5 и П80-6. Часть механизмов у цифровых и алфавитно-цифровых
перфораторов принципиально не отличаются друг от друга. Эго отно­
сится к механизмам подачи, отладки, перфорации и электропривода.
При конструировании перфоратора ПА80-2 значительной переработ~
ке подверглись механизмы транспорта и мноrокра1ного пропуска.
В цифровом перфораторе П80-6 отсутствуют алфавитная клавиатура,
линейный коммутатор, релейное запоминающее устройство.
Клавиатура перфоратора выполнена в виде конструктивно само­
стоятельного блока. Электрическая связь контактов клавиатуры с ма­
шиной осуществляется с помощью двух штекерных разъемов. На кла­
виатуре имеется десять цифровых клавиш (О + 9), две клавиши над­
сечек позиций 11 и 12 и три клавиши управления. Назначение клавиш
управления следующее:
«Пуск:» - заводит каретку в крайнее правое положение, если вы·
ключатель автопуска выключен;
«Полный пропуск:» - включает механизм полного пропуска карты
с любой колонки без перфорации (этой клавишей пользуются в слу-
141


чаях, если требуется неполная пробивка карты или при наборе обна­
ружена ошибка).
У перфоратора имеется также панель с выключателями: «Питание»,
«Автопуск», «Многократный пропуск» и «Надсечка». Первые три вы­
ключателя имеют то же назначение, что и у перфоратора ПА80-2.
Выключатель «Надсечка» предназначен для выполнения двух пробивок
в одной колонке, что происходит следующим образом: включается вы­
ключа1ель «Надсечка», а затем последовательно нажимаются клавиша
Рис. 6.10 . Внеш11111i вид ленточного перфоратора
ПЛ-80
позиций 11 или 12 и одна из цифровых клавиш. При выключенном
выключателе после пробивки отверстия в позиции 11 или 12 карта сме­
щается на следующую колонку.
В рассмотренных типах перфораторов, в частности в перфораторе
ПА80-2, визуальный контроль наби1ой информации весьма затрудни­
телен. С целью облегчения этого и приготовления одновременно маши­
нописного текста уже в машинах второго поколения карточный пер­
форатор стали использовать совместно с пишущей машинкой. Такой
комплект получил название устройства подготовки данных на перфо­
картах (УПДК).
Перфораторы ленточные. Перфораторы ленточные~ устройства,
предназначенные для записи информации на перфоленту. В конструк­
тивном отношении они несколько проще карточных. Это объясняется
тем, что механизмы перемещения ленты проще механизмов перемеще­
ния карты.
Рассмотрим работу ленточного перфоратора на примере перфора­
тора ПЛ-80, предназначенного для регистрации информации на бу­
мажную ленту шириной 17,4 и 25,4 мм. Перфорация производится в
пяти- и восьмиразрядном коде. Форма, размеры и расположение от­
верстий на ленте соответствуют ГОСТ 10860-68. Перфоратор выполнен
в виде настольного прибора (рис. 6.10) без клавиатуры.
142


Основными механизмами и блоками перфоратора являются: меха­
низмы пробивной и ударный; узлы набора кодов и транспортировки;
бесконтактный датчик положений (синхронизатор); электропривод;
узел размотки ленты; механизм обрыва ленты; механизм чрезмерного
натяжения ленты и узел отвода отходов перфорации.
При вкJ1ючении электродвигателя 1 (рис. 6.11, а), через шкивы 2,
4 и ремень 3 передается вращение эксцентриковому валу 5, который
приводит в движение механизмы перфоратора. На эксцентриковом ва­
лу жестко установлен диск синхрониза1ора 16 с выступом. В момент
прохождения выступа под сердечниками катушек датчика 8 (ДП-1,
ДП-2, ДП-3) в них индуктируются импульсы напряжения, являю­
щиеся выходными сигналами перфоратора и передаваемые во внешние
цепи: сигнал от ДП-3 означае, «Начало цикла», от ДП-1- «Готовность»
или «Заправка ленmьD>; от ДП-2- «Прием кода».
По сигналу «Прием кода» подаются сигналы на кодовые соленоиды
и соленоид транспортной дорожки. По сигналу «Готовность» закан­
чивается подача сигналов на кодовые соленоиды и соленоид транспорт­
ной дорожки и подается сигнал «Транспортировка ленmьD> на элеюро­
магнит транспор1ировки ленты. В режиме «Заправка ленты» форми­
руются только сигналы транспортировки ленты и сигналы на пробивку
транспортного отверстия.
Перфоратор работает в режимах перфорирования ленты и холо­
стого хода.
В режиме перфорирования ленты по сигналу «Прием кода» на
кодовые соленоиды 10 подаются сигналы на перфорирование ленты
(эти сигналы соответствуют пяти- или восьмиразрядным кодовым ком­
бинациям). Соответствующие соленоиды срабатывают (на рисунке пш<а­
зана кинематическая схема для одного соленоида) и, преодолевая уси­
лия пружин 11, притягивают каждый свой якорь 12. При этом пово­
рачивается рычаг 14 и толкатель 15, преодолевая усилие пружины 8,
оказывается под пуансоном 13. Последний при вращении эксцентри­
кового вала 5 через шатун 6 и толкатель 15 получает перемещение вверх
и пробивает ленту, находящуюся в матрице 9. После этого пуансоны
nод воздействием рамки 7 возвращаются в исходное положение. Затем
лента под воздействием сигнала «Транспортировка ленты», посту­
пающего на транспортный соленоид 10 (рис. 6.11, б), перемещается на
один шаг. При срабатывании соленоида шатун 6, получая движение
от электродвигателя 1 через шкивы 2, 4 и ремень 3 и эксцентриковый вал
5, движется вверх и через собачку 11 прижимает якорь 8 вплотную
к сердечнику соленоида 10. В дальнейшем якорь 8, преодолевая уси­
лие пружины 9, удерживается в этом состоянии электромагнитной си­
лой соленоида.
При движении шатуна 6 вниз на собачку действует только усилие
пружины 7. В результате этого собачка в нижнем положении шатуна
заскочит за следующий зуб храпового колеса 12 и при движении ша­
туна вверх повернет его на один зуб, а барабан транспорта 13 пере­
местит ленту на один шаг.
В режиме холостого хода перфорирования ленты не происходит.
1-tЗ


J
б)
--- -
--1
.
,,.
......
.
-~-
13•
о
12
:/
.,,,.7
~
11
1
=
,h
и11
12.
Рис. 6.11. Кинематические схемы механизмов перфора-.
ции (а) и транспорта (б) перфоратора ПЛ-80


Иное конструктивное решение применено в перфораторе «Перфо­
мом-35», предназначенном для приготовления перфолент и карт с крае­
вой перфорацией в пяти-, шести-, семи- и восьмиразрядном кодах.
Предельная скорость перфорирования 33 строки/с.
В состав этого перфоратора входят следующие основные механизмы
и блоки: перфорирующий механизм; лентопротяжный механизм, дат­
чик сигналов состояния; датчики конца (обрыва) ленты; датчик нача­
ла карты; система отсоса конфетти; органы управления.
Упрощенная схема перфорирующего механизма одного разряда
приведена на рис. 6.12. При включении двигателя вращение его вала
через ременную передачу передает­
ся ведущему валу 2. На ведущеr-.1
валу жестко укреплен эксцент­
рик 1. Под его воздействием рам­
ка 5 совершает возвратно-поступа­
тельно~ движение
вверх-вниз.
На рамке укреплен ударный ры­
чаг 7, имеющий ограниченное ка­
чательное движение. Если в данноr-.1
разряде необходимо произвестн
перфорирование, то в момент на­
чала движения рамки 5 вверх ко­
довый соленоид 6 срабатывает и
притягивает управляющий рычаг 8,
который входит в зацепление с ле­
вым концом ударного рычага 7.
Под воздействием рамки 5 правый Рис. 6.12. Перфорирующий механизм
конец ударного рычага получает
перемещение вверх и ударяет по пуансону 8. Последний пробивает
отверстие в ленте.
По окончании перфорирования под действием датчика сигналов
состояния соленоид выключается и управляющий рычаг 3 пружиной 4
возвращается в исходное положение. Пуансон под воздействием пру­
жины также возвращается в исходное положение.
Если при движении рамки 5 вверх кодовый соленоид 6 не получает
возбуждения, и управляющий рычаг 3 не входит в зацепление с удар­
ным рычагом 7 и последний, свободно качаясь на оси, не ударяет по
пуансону 8, то пробивки отверстия не происходит.
Лентопротяжный механизм (рис. 6.13) сос1оит из шагового меха­
низма и закрепленной на его валу звездочки 1, осуществляющей пере­
мещение ленты. Вал 7 с 26-полюсным якорем 8 могут свободно вращать­
ся в подшипниках, установленных в корпусе 2 шагового механизма.
На валу 7 в подшипниках сидит качающийся 26-полюсный ротор, со­
стоящий из цилиндра 5, внешней вилки 4 и катушки возбуждения 6.
Статор 10 с катушкой возбуждения 9 также имеет 26 полюсов. Под воз­
действием шатуна 3, сцепленного с эксцентриком перфорирующего
механизма, ротор совершает качательное движение, двойная ампли­
туда которых за цикл равна одному полюсному шагу. Если ротор в дан­
ном цикле движется в том направлении, в котором необходимо повора-
145


Рис. 6.13. Лентопротяжный механизм
о)
Сигнал сос-
~ тояния __,r---, ____г---,...._
t:, ,,Протяжка"
~ с,;/;:/;tяco~r---,____r---,._
~ . , Га mа О"__,,,.,.,.,...,..,,.,.,_,,,-т--;-,,,===~=~-
~ п;};'J:;;':и PJ;1lv,,•y1•<j?, бrо6gж,§J:В§зЬуж,iJ#] Не Возоужi/ен
~ Т°!;;fita,f,;......,.ihl-~""e.---з""J.i'-,.,-.;;,,-.i"',f,,.qj..,%-"f~,~"'~-•"":J"'f-,-k!"'6и"",Ь"'y"',d,"'·"'~"Yi"f:::,"'@"'?"ileн
К:f:J:::ы:..ш&8ц;,,.iЩ~% ~if41,3⁄43⁄4im
Сигна11 сос- ~ -• · -
тояния ~
,,Пратяжкd''._ ___ .
Не Оа;,,JужВен
----Г-
Сигнал сас- 1___.,r---,____ J
тояния ;;---- ,
г
"rотоб
Магнит_-=~wм;~~Y:!'!:~~:~::1:н,:в~из~biyж:d:,Jrw:~-~~~q~f/!:1:ц~~He~~Oo~з::t5yжileн
протяжки
_
_____
Т:tгН:i':fr---r.111e,-,,8u-зo,.,.;y-lllD,"'"%.,,.,,,,,~,,,~"'m-"'~.21=н:-,11""113-:-,J,;,-g-жiJ,-;-ijt;-,gJp~=м!.7.'ctж·i/,I{
KaiJo6ыe ----,,- -,.- -- ,,- - - .:-- - -:,----
,
магниты Воаоgжi!ение ilолжно оыmь :,аr1gещено.
Рис. 6.14 . Датчик сигналов (а) и временные диаграм­
мы (б)


чивать звездочку, а следовательно, и перемещать ленту, то катушка
возбуждения 6 создает магнитный поток, который, пронизывая вилку 4
и полюс оси 5, замыкается через якорь 8. Тем самым магнитное уси­
лие, воздействуя на якорь 8, поворачивает вад на один полюсный шаг.
При изменении направдения движения ротора в данном цикле возбуж­
дение в катушке 6 снимается, но возбуждается неподвижная катушка
9 статора 10, всдедствие этого якорь 8 останавдивается и не совершает
обратного движения.
Есди денту необходимо перемеща1ь в противоположном направле­
нии, то посдедовательность возбуждения катушек 6 и 9 изменяется.
Перфорирующий и дентопро­
тяжный механизмы подучают
движение от одного асинхронно­
го двигателя с однофазным пита­
нием 220 В, 50 Гц. Скорость
вращения двигателя 2800 об/мин.
Датчик сигналов (рис. 6.14)
выдает сиrнады, необходимые
для синхронного управления
устройством. Он состоит из дам­
пы накадивания /, диска 2 с
двумя прорезями, посаженного
на вал эксц.ентрика, и двух фото­
чувствительных элементов 3.
При вращении вада световой
поток через прорези диска 2 по­
падает в соответствующей посде­
доватедьности на фоточувстви­
тедьные эдементы 3, на выходе
которых образуются две после­
3
4
Рис. 6.15 . Внешний вид перфоратора
доватедьности импудьсов / и //, соответствующие сиrнадам «Про­
тяжка» и «Готов». Сигнад состояния «Протяжка» определяет про­
доджительность возбуждения катушек протяжки и торможения лен­
топротяжного механизма, а сигналы «Протяжка» и «Готов» опреде­
ляют прододжительность возбуждения кодовых магнитов перфорирую­
щего механизма.
Датчик конца (обрыва) ленть1 (карты) представляет собой микро­
перекдючатель, который при заправленной денте (карте) замыкается,
а при отсутствии размыкается.
Датчик начала денты (карты) также представдяет собой микропе­
рекдючатель, который находится в замкнутом состоянии до тех пор,
пока к нему не подойдет отверстие, сиrнадизирующее о начаде карты.
В этот момент микроперекдючатель размыкается.
Система отсоса конфетти служит для быстрого удаления конфетти,
образующихся при перфорировании. Отсос обеспечивается крыльчат­
кой, которая приводится в действие приводным ремнем перфоратора.
К органам управления перфоратора относят: клавиши со стрелкой,
буквой «М», буквой «В»; три утопленные вращающиеся ручки /, 2, 3
и сигнальную лампочку 4, показывающую включенное состояние пер-
147


форатора (рис. 6.15). Клавиша со стрелкой служит для ручного уп­
равления реверсом ленты или карты. При нажатии клавиши с буквой
«М» отверстия пробиваются по всем дорожкам (это контрольный ре­
жим «Сплошная пробивка»). Клавиша с буквой «В» служит для ручного
управления протяжкой вперед. При этом на ленте перфорируЮ'lся
только транспортные отверстия, а карта продвигается без пробивки
транспортных отверстий. Ручками 1 и 3 устанавливаются боковые на­
правляющие, соответствующие ширине используемой ленты. Ручка 2
имеет цифровую шкалу. С ее помощью можно задавать число обратных
шагов в предел ах до 25 строк.
Электронный блок управления размещается в 01Дельном корпусе.
Перфораторы ленточные обычно используют в комплекте устрой­
ства подготовки данных или с вычислительной машиной в качестве
выводного перфоратора.
§ 6.3. УСТРОЙСТВА СЧИТЫВАНИЯ
Устройства считывания информации с перфокарт и перфолент на­
ходят широкое применение в АСУ в устройствах различного назначе­
ния: перфораторах; подготовки данных; регистраторах производства;
ввода в ЦВМ; передачи и др. С их помощью информация, записанная
на перфокартах и перфолентах, преобразуется в определенную после­
довательность электрических сигналов.
В зависимости от выбранного метода считывания считывающие
устройства делят на контактные, пневматические, емкостные и фото­
электрические.
Контактный метод считьtвания основан на проникновении контакт­
ных элементов в отверстия на перфорационном носителе, в результате
чего электрическая цепь замыкается и на выходе блока считывания
появляется сигнал. В качестве контактных элементов могут быть ис­
пользованы щетки, щупы, иглы, штифты. Контактные устройства
отличаются простотой конструкции, но вследствие инерционности
механических контактов имеют относительно невысокие скорости
считывания.
Сущность пневматического метода считьtвания состоит в следую­
щем. Воздушный поток, проходя через отверстия в перфоносителе,
взаимодействует с чувствительными элементами, в результате чего на
выходе блока считывания возникает сигнал. В качестве чувствитель­
ных элементов могут быть использованы: элементы, сопротивление
которых зависит от температуры; камеры с диафрагмами, взаимо­
действующие с микровыключателями; пьезоэлементы.
Блок считьtвания пневматических считывающих устройств пред­
ставляет собой систему из соосно расположенных трубок. Носитель
информации движется между торцами трубок. При совпадении отвер­
стия носителя с торцами трубок возникает воздушный поток и давление
в трубках падает. Перепады давления регистрируются пневмати­
ческими датчиками и преобразуются в электрические сигналы.
Достоинствами пневматических считывающих устройств являются
148


высокая скорость считывания информации, простота конструкции,
надежность работы в неблагоприятных условиях эксплуатации.
Емкостный метод считыsания основан на изменении емкости кон­
денсаторов б.1ока считывания в момент прохождения отверстий перфо­
носителя ыежду электродами (изменения емкости преобразуются
в электрические сигналы).
Чувствительными элементами в емкостных считывающих устройст­
вах являются .микроконденсаторы, обкладки которых расположены по
обе стороны носителя, или конденсаторы, образуемые микрообклад­
ками по одну сторону носителя и одной общей обкладкой, располо­
женной по другую сторону носителя.
Каждый микроконденсатор блока считывания включается в плечо
моста, на который подается напряжение переменного тока с частотой
в сотни килогерц. Настройка моста осуществляется с помощью пере­
менного конденсатора. К диагонали моста подключается усилитель,
настроенный на частоту питающего напряжения. К выходу усилителя
подключен детектор, который в момент прохождения отверстия в пер­
фоносителе вырабатывает прямоугольный импульс.
Основными достоинствами емкостных считывающих устройств яв­
пяются большая скорость считывания информации, простота конструк­
ции, высокая надежность.
Фотоэлектрический метод считьюания основан на изменении со­
противления фотоэлемента под действием светового потока. Изменения
величины сопротивления фотоэлемента преобразуются в электрические
сигналы.
Блок считывания фотоэлектрических считывающих устройств со­
стоит из источника света, оптической системы, фокусирующей свею­
вой поток в узкий луч и направляющей его на головку с фотоэлемен­
тами, перед которой движется перфоноситель.
Чувствительными элементами в фотоэлектрических считывающих
устройствах могут быть фотосопротивления, фотодиоды, фототран­
зисторы.
В качестве источника света используются различные лампы.
Фотоэлектрические устройства считывания в настоящее время по­
лучили наибольшее распространение. К их основным достоинствам
следует отнести высокое быстродействие и относительную простоту
конструкции.
•
В устройствах подготовки сбора, контроля, передачи и ввода дан­
ных в машины серии ЕС ЭВМ используется фотоэлектрический считы­
вающий б.~юк типа «Ридмом-40», предназначенный для считывания
информации с перфолент и перфокарт 3 с краевой перфорацией в пяти-,
шести-, семи- и восьмиразрядном коде. Блок каждого разряда вклю­
чает в себя оптические системы 5 и 2, лампу 6, световод 4 и фотоэле­
мент 1, предусилитель информационных сигналов У, шаговый двига­
тель со звездочкой 7 и стопорный механизм (рис. 6.16).
Применение шагового двига1еля привело к упрощению механизма
транспорта, позволив закрепить звездочку, продвигающую ленту,
непосредственно на валу шагового двигателя. Торможение двигателя
осуществляется стопорным механизмом.
149


Использование гибких свето,юдов позволило более компактно
разместить элементы считывающей системы.
«Ридмом-40» имеет два режи•.ш считывания: старт-стопный (по­
строчно) со скоростями в диапазоне О "7 " 40 строк/с; непрерывный
(по блокам) со скоростью около 150 строк/с. Первый режим является
основным, второй предназначен для быстрого отыскивания информа­
3
2
7
Рис. 6.16. Схема считывающего блока
ции. Лента или карта могут
продвигаться в обоих направ­
лениях.
Поскольку устройства счи­
тывания работают совместно
с другими устройствами, то
к ним предъявляются требо­
вания, аналогичные требова­
ниям, предъявляемым к ос­
новным устройствам в отно­
шении высокой надежности,
простоты конструкции и бы­
стродействия.
Поскольку быстродействие
перфораторов относительно
невысокое, то и к считывающему блоку, входящему в его состав, н~
предъявляется высоких требований по быстродействию.
Для считывания информации при вводе в ЦВМ стремятся созда­
вать устройства считывания с повышенным быстродействием.
Высоким быстродействием обладает считывающее устройство типа
FS-1501. Оно предназначено в основном для считывания информации
с перфолент и ввода в ЦВМ (см. гл. 7).
§ 6.4 . ПИШУЩАЯ МАШИНКА
Пишущие машинки находя~ широкое применение в комплекте вы­
числительных машин как для подготовки данных, так и для ввода и вы­
вода информации. Они получили такое название ввиду того, что одно­
временно с выполнением основных функций производят, как и обычные
пишущие машинки, печатание информации в виде машинописного
текста, внешне они также напоминают их (рис. 6.17).
При использовании пишущей машинки в комплекте устройсrва
подготовки данных или дЛя ввода информации в машину основным
назначением ее является выдача кодовых сигналов, соответствующих
вводимому символу. В состав пишущей машинки входят (рис. 6. 18):
клавиатура, состоящая из комплекта клавиш /, рычагов 3 с зубцами
12 и возвратных пружин 2; механизм печати, состоящий из комплекта
рычагов 4 с литерами 5, возвратных пружин 2, красящей ленты 6,
предназначенной для перехода знака на бумагу 7, барабана 8, при•
жимноrо ролика 9 и соленоида 10; шифратор 11.
Клавиатура (рис. 6. 19) состоит из информационных клавиш, пред­
назначенных для ручного познаковоrо набора информации, и служеб­
ных клавиш. Число информационных клавиш выбирается так, чтобы
]50


разместить на них все символы, предусмотренные кодом для ввода.
Обычно на каждой клавише размещается по два символа. Символы
верхнего ряда образуют верхний регистр, нижнего ряда - нижний
регистр.
В современных пишущих машинках число клавиш ГОСТ 14289--69
равно 46. Верхний регистр включает в себя цифры, буквы русского
алфавита и некоторые знаки. Кодовые комбинации всех этих символов
в седьмом разряде имеют код нуля (см. приложение). Нижний регистр
Рве. 6.17 . Внешний вид пишущей машинки
включает в себя буквы латинского алфавита и другие знаки. Кодовые
комбинации этих символов в седьмом разряде имеют код единицы. Та­
кое разбиение символов по регистрам упрощает кодирование информа­
ции. Информационные клавиши располагаются в четыре ряда. Верхний
ряд содержит цифры и часть знаков. Другие ряды клавиш содержат
буквы и остальные знаки.
Кроме информационных клавиш в клавиатуре имеются служебные
клавиши, предназначенные для служебных и вспомогательных опера­
ций управления машинкой. Их назначение показано на рисунке. Кро­
ме того, под клавиатурой помещены шесть функциональных кнопок
для управления режимами устройств, совместно с которыми исполь­
зуется пишущая машинка.
Информационные клавиши закрепляются на рычагах, каждый из
которых имеет выступ и кодовые зубцы 12 (см. рис. 6.18). Кодовые зуб-
lЫ


12
11
КоВопреоора-~;..--В_х._
зоfJатель
Вы.r
Рис. 6.18. Упрощенная схема пишущей машинки
цы 12 размещаются на рычаге в соответствии с кодом символа так, что­
бы при нажатии на клавишу воздействовать на определенное сочета­
ние комбинационных планок и контактную группу, находящихся
в шифраторе. С помощью комбинационных планок переключаются кон­
такты контактной группы (рис. 6.20) шифратора, на выходе которого
появляется восьмиразрядный параллельный код. Код единицы ото­
бражается наличием тока на выходной шине (контакт замкнут), код
нуля - отсутствием тока (контакт разомкнут).
lб2
Включение зле1@роr16t1гателн
&tключение элект 008t12а111елн
Красная лента
Кла8ilша 8оз8рата
н oiJuн шаг
1/е ная лента
G
@J
Ш
g~шшmшшшшшшш~
ШШШШШШШ[У)(У)ШШШ
0 ШIIIШШШШШШШШ(II 0
~ШШШШIIIШШ[!]rnшr
/Регистр Верхний Кла8иша проп ска !
.
!f_егистр нижнии
Кла8иша пере8о!Jа строки
Рис. 6.19. Клавиатура пишущей машинки


Коды единиц на выходных шинах / + Vl, т. е. в первых шести раз­
рядах, образуются в соответствии с первыми шестью разрядами кода
символа нажатой клавиши. Для повышения надежности работы нор­
мальное положение контактов - замкнутое. Поэтому при нажатии
клавиши в момент выдачи информации на выход в замкнутом положе­
нии ое1ается только соответствующая комбинация контактов, другие
же размыкаются.
Седьмой разряд предназначен для выделения символов верхнего
и нижнего регистров. Управление им осуществляется с помощью спа­
ренных контактов ВР и НР. При работе на
верхнем регистре контакт верхнего регистра
ВР разъединен, контакт нижнего регистра
НР соединен. Разъединен также один из кон­
тактов К81 или К82 . Ток на выходной шине
V // отсутствует, что соответствует коду нуля.
При работе на нижнем регистре контакт НР
разъединен, контакт ВР замкнут, замкнут
также контакт К7 и на выходной шине V11
образуется код единицы.
Код единицы в восьмом разряде (на вы­
ходной шине V/ / /) при работе на верхнем ре­
гистре образуется замыканием контакта К82
(контакт К81 должен быть в этом случае ра­
зомкнут, чтобы формирование кода восьмого
разряда не оказывало влияния на седьмой
разряд). Если осуществляется набор симво­
лов нижнего регистра, то код единицы в
восьмом разряде образуется замыканием кон­
такта К81 • Контакт К7 предназначен для об­
п
ш
Кц.
_IY""----'l'Г--r1------ у
К5
WI
Рис. 6.20 . Прннципиаль­
ная схема контактной
группы шифратора
разования кода нуля путем размыкания цепи в комбинациях, имею­
щихся в обоих положениях регистра. Эти комбинации отображают
tлужебные функции «Возврат каретки», «Красная лента» и др.
<см. рис. 6.19).
Кодовые сигналы с шифратора поступают на кодопреобразователь,
который, как правило, находится вне пишущей машинки (он обычно
размещается в блоке управления). Кодопреобразователь служит для
преобразования кода пишущей машинки в код перфоркарт, перфолент
или код, с которым оперирует машина.
Механизм печати предназначается для воспроизведения машино­
писного текста в соответствии с кодовыми сигналами, поступающими
либо от клавиатуры, либо от внешнего источника информаuии. Кон­
струкция этого блока оказывает существенное влияние на надежность
печатания и быстродействие. Если при работе от клавиатуры быстро­
действие печатания относительно невысокое и определяется в основ­
ном квалификацией оператора, то при выводе информации из ма­
шины быстродействие получения машинописного текста опреде­
ляется в основном быстродействием блока печати пишущей ма­
шинки. Поэтому конструкторы стремятся повысить быстродействие
блока печати.
153


Наиболее широкое распространение в пишущих машинках пол у­
чил метод, при котором осуществляется механический контакт литеры
печатаемого знака с бумагой через красящую ленту или копироваль­
ную бумагу.
Механические печатающие механизмы можно подразделить на ры­
чажные и ротационные. Печатающий механизм рычажного типа изо­
бражен на рис. 6.18. Все литеры 5 по одной, две или более (на рисунке
их две) в зависимости от числа регистров размещаются на рычагах 4,
каждый из которых приводится в движение с помощью i::вoero соле-
/lеремена
строки OeJ 6х. Пропуск
!:Jерхний
регистр
Красная
лента
1-'нс. 6.21. Часть принципиальной схемы управ.1еюы
соленоидами печати
ноида 10. При поступлении сигнала в соленоид его сердечник притя­
гивается, соединенный с ним рычаг поворачивается и происходит удар
литеры по красящей ленте 6. В резулыате на бумаге 7 остается описк
соответствующего знака. Затем бумага вместе с барабаном 8 переме­
щается на один знак в сторону и печатается следующий символ. Для
перехода с одного регистра на другой барабан перемещается в верти­
кальном направлении. Управление механизмом печати (пропуск, воз­
врат каретки, включение красной или черной красящей ленты и др.)
осуществляе1ся с помощью соответствующих датчиков, в качестве ко­
торых часто используются также соленоиды.
На рис. 6.21 изображена часть принципиальной схемы управления
соленоидами печати пишущей машинки «Консул». Полная схема пред­
ставляет собой матрицу, состоящую из восьми рядов и восьми столб­
цов. Верхний ряд объединяет восемь соленоидов, предназначенных
для служебных целей, в остальных находятся соленоиды, управляю­
щие 46 печатающими рычагами. Выборка необходимого каждый раз
соленоида осуществляется с помощью дешифратора, находящегося вне
пишущей машинки. В выбранный соленоид по соответствующим rорн-
154


зонтальной и вертикальной шинам подается мощный токовый импульс.
Диоды Д2 предназначены для развязывания соленоидов друг от друга.
Диоды Д1 , включенные параллельно катушкам соленоидов в непро­
пускающем направлении, служат для ликвидации последствия.
В случае использования рассмотренной машинки в качестве вы­
водного устройства процесс печатания информации осуществляется
как бы П{) разомкнутой цепи, без контроля правильности напечатанных
символов. Между выходом ЦВМ и бумагой находится целый ряд
устройств (кодопреобразователь, регистр, схема управления соленои­
дзмн, соленоиды, рычаги с литерами), появление погрешностей в ко­
торых приводит к искажению напечатанного
текста. Для выявления погрешностей тракта пе­
чати желательно проводить сравнение напеча­
танной информации с выведенной из машины.
Это осуществляют следующим образом.
В пишущих машинках «Фасит» предложен
посимвольный контроль печатаемого текста. Для
этого на рычагах /, несущих литеры 3, имеется
восемь кодовых отверстий 2 (рис. 6.22), из кото­
рых часть закрыта. При контактировании ли­
теры 3 с бумагой рычаг / с одной стороны осве­
щается световым пучком. С другой стороны ры­
чага 1, напротив каждого из кодовых отверстий
2, установлены восемь светочувствительных эле­
ментов. На каждом рычаге / имеется свое сочета­
2
Рис. 6.22. Схема рас­
положения
кодовых
отверстий на рычаге
ние светопропускающих и нt>пропускающих отверстий. Вследствие
этого в момент печати светочувствительные элементы будут выдавать
кодовую комбинацию сигналов, соответствующую коду печатающего
рычага /. Эта кодовая комбинация сравнивается с машинной.
для кодирования всех клавиш (рычагов с литерами) достаточно
шестиразрядной двоичной комбинации (26 ), т. е. шести отверстий на
рычаге. Седьмое отверстие используется для контроля считываемой
комбинации на нечетность путем ее дополнения до нечетного числа еди­
ниц. Восьмое центральное отверстие используется для стробирования.
Блок печати рассмотренного механического типа основывается на
использовании довольно сложной рычажной системы. В ряде машинок
рычажная система, несущая литеры, заменена на шаровую. Литеры
располагаются на поверхности шара (рис. 6.23), имеющего две степени
свободы (в вертикальной и горизонтальной плоскости).
Печатающий механизм ротационного типа изображен на рис. 6.24.
Он состоит из печатающего колеса 1, по окружности которого распо­
ложены литеры печатающего молоточка 4, возвратной пружины 5
и соленоида 6. Между печатающим колесом и молоточком заправляют­
ся красящая лента 2 н бумага 3. Печатающее колесо приводится во
вращение электродвигателем. При работе связанный с печатающим ко­
лесом электромагнитный датчик в момент прохождения очередной ли­
теры под молоточком выдает в схему дешифратора импульс. Общее ко­
JJичество выдаваемых за один оборот колеса импульсов равно коли­
честву размещаемых на нем литер.
155
э


В дешифраторе анализируется количество поступивших с датчиков
импульсов и в момент, когда под молоточком находится требуемая ли­
тера, выдается сигнал на срабатывание соленоида. Молоточек ударяет
по бумаге, на которой происходит печать соответствующего символа.
За каждый оборот колеса происходит печать одного символа. Коли­
чество печатаемых символов, т. е. количество литер на колесе, зависит
от используемого кода и достигает 128. Ротационные печатающие ме­
ханизмы используются в машинах типа АПМ-2М и АПМ-ЗМ.
Рис. 6.23. Шаровая печатающая
rо.1овка
Рис. 6.24 . Печатающий механиз:1'!
ротационного типа
Скорость печати рассмотренных рычажных и ротационных меха­
низмов обычно не превышает lO знаков/с.
В ротационных печатающих механизмах удается значительно по­
высить скорость печати. Для этого количество печатающих колес
и электромагнитов берется равным числу знаков в строке. За один
оборот рабочего вала печатается не один символ, а вся строка. Та кое
построение печатающих механизмов используется в выходных печа­
тающих устройствах типа АЦПУ-128.
§ 6.5. УСТРОЙСТВА ПОДГОТОВКИ ДАННЫХ
Устройство подготовки данных иа перфокартах. Устройство под•
готовки данных на перфокартах предназначается для нанесения на
перфокарты алфавитно-цифровой информации в соответствии с дан•
ными первичного документа и одновременным печатанием ее в виде
машинописнQго текста на бумаге. В состав устройства подготовки дан­
ных входят: пишущая машинка ПМ; перфоратор П; блок считывания;
конструктивно обособленные пульт управления ПУ и шкаф управле­
ния, включающий в себя регистр пишущей машинки РгПМ, кодо­
преобразователи Кпр, регистр перфорации РгП, блок управления со­
леноидами перфоратора БУСП, блок управления соленоидами пишу­
щей машинки БУСПМ, пульт инженера ПИ, схему управления устрой­
ством СхУ (рис. 6.25).
156


Занесение информации на перфокарты осуществляется с.1е:.:ующим
образом. Оператор посимвольно считывает данные первич11ого доку­
мента и нажимает соответствующие клавиши пишущей машинки ПМ.
При этом замыкается сигнальный контакт и схемой управления СхУ
формируются управляющие сигналы: вначале для сигнала перевода
регистра пишущей машинки РгПМ в исходное состояние, а затем сиг­
нал «Занесение с ПМ». Сигнал «Занесение с ПМ» разрешает запись числа
с шифратора в РгПМ. Далее кодо­
вые сигналы поступают на КПр.
Здесь код пишущей машинки ПМ
преобразуется в код перфокарт и за­
носится в 12-разрядный регистр пер­
форации РгП.
Сигналы с РгП заводятся на мощ­
ные усилители БУСП и передаются
на управление в перфоратор П. Код
перфокарт, находящийся в РгП, пе­
редается также и на КПр для преоб­
разования его в код пишущей машин­
ки и заносится в РгПМ. Содержимое
РгПМ с целью контроля правиль­
ности перфорируемого символа должно
быть отпечатано на бумаге. Для этого
сигналы с регистра пишущей машин- ,
ки РгПМ заводятся через дешифра­
тор на блок управления матрицей со­
леноидов пишущей машинки БУСПМ
и при поступлении сигнала «Разреше­
ние печати» производится печать сим­
вола.
П!J
п
пи
Б !JСП М i----~
Сх. !J
Этот режим работы устройства Рис. 6.25. Структурная схема
называют режимом перфорации с устройства подготовки данных на
клавиатурой пишущей машинки без
перфокартах
задержки, так как при нажатии на
клавиши на клавиатуре происходят одновременно перфорация пер­
фокарты и печать перфорируемого символа на бумаге. Предусматри­
ваются и другие режимы работы, управление которыми осуществляется
с помощью функциональных кнопок пишущей машинки. В комплекте
с устройством подготовки данных на перфокартах функциональные
кнопки имеют следующие обозначения и назначения.
l. «Задерж.» - режим, в котором перфорация происходит с за­
держкой на один такт после печати. При нажатии очередной клавиши
печатается на бумаге ее символ, а перфорируется символ, отпеча­
танный перед этим. Чтобы отпечатать последний символ в этом режиме,
необходимо снять клавишу «Задерж.» и нажать любую информацион­
ную клавишу на клавиатуре пишущей машинки. В этом режиме замечен­
ная ошибка в наборе может быть исправлена до перфорации символа.
2. «Набор» - режим, в котором перфорация осуществляется в том
случае, когда необходимого для перфорации символа нет на клавиатуре
157


пишущей машинки и его кодовую комбинацию приходится составлять
из имеющихся путем нажатия на соответствующие клавиши. При этом
суммарная кодовая комбинация формируется в регистре перфорации,
а при снятии клавиши «Набор» происходит перфорация суммарной
комбинации (составного символа). Набранные составные символы
одновременно печатаются на бумаге в столбик.
3. «Блок служ. кода» - режим, используемый при необходимости
отперфорировать комбинации, соответствующие служебным функциям
пишущей машинки (красный или черный цвет красящей ленты, воз­
врат каретки, перевод строки и др.).
4. «Дублир.» (дублирование)~ режим, используемый для переноса
на перфокарту информации с карты-шаблона, положенной на стол дуб­
лирования перфоратора. Если на карте-шаблоне имеются свободные
колонки, то в эти колонки на перфорируемой карте можно записать
символы с клавиатуры пишущей машинки. Одновременно идет печата­
ние символов на бумаге.
5. Пятая функциональная кнопка не занята.
6. «Блок. перф.» (блокировка перфорации) - режим, приводящий
к блокировке перфорации.
На пульте управления устройством имеется восемь клавиш: «Сброс»,
«Гашение», «Проп. одн.», «Проп. полн.», «Питание выкл.», «Питание
вкл.», «Сеть вкл.», «Сеть выкл.».
Клавиша «Сеть вкл.» включает, а клавиша «Сеть выкл.» выключает
напряжение питания сети через магнитный пускатель.
Нажатием клавиши «Питание вкл.» включаются, а нажатием кла­
виши «Питание выкл.» выключаются все блоки питания устройства
с напряжением, отличным от напряжения питани сети.
Клавиша «Сброс» нажимается перед началом работы. Тем самым
все регистровые элементы устройства устанавливаются в исходное
состояние.
При залипании пуансонов перфоратора срабатывает специальное
реле и через определенное время отключается соответствующее пита­
ние и загорается сигнальная лампочка «Защита». Для включения пи­
тания, т. е. гашения лампочки «Защита», необходимо нажать клавишу
«Гашение» и тем самым обесточить специальное реле.
Нажатием клавиши «Полн. проп.» производится выброс перфокарты
с любой позиции. Нажатием клавиши «Проп. одн.» происходит сдвиг
перфокарты на одну колонку.
Клавиши «Полн. проп.» и «Одн. проп.» при нажатии замыкают те же
цепи, что и аналогичные кнопки на пульте перфоратора. Но так как
в устройстве подготовки данных на перфокартах применяют перфора­
торы с некоторой доработкой и, в частности, без своих пультов управ­
ления, то режим полного пропуска карты и однотактного пропуска
карты включаются клавишами «Полн. проп.» и «Одн. проп.»
Для проверки и наладки работы устройства подготовки данных ис­
пользуется пульт инженера, находящийся внутри шкафа управления.
На пульте инженера расположены:
кнопюJ «Пуск», предназначенная для запуска устройства в режимах
наладки и проверки;
153


тумблер «Автоном», включаемый в наладочном режиме; пrи этом
разрешается работа с пульта инженера и блокируется клавиатура пи­
шущей машинки;
тумблер «Блок контроля», предназначенный для отключения конт­
роля на «Нечет.» регистра перфорации;
тумблер «Счетчик и автомшп», служащий для включения режима,
при котором регистр пишущей машинки работает как счетчик;
тумблер «Набор регистра ПМ», предназначенный для установки
различных кодов при наладочных режимах.
Кроме того, на пульте инженера имеется ряд ламп индикации.
Сх Инд
Рис. 6.26. Структурная схема устройства подготовки
данных на перфолентах
Устройство подготовки данных на перфолентах. Устройство подго­
товки данных на перфолентах предназначается для нанесения на перфо.
ленты алфавитно-цифровой информации при одновременном печатании
ее в виде машинописного текста на бумаге.
В состав устройства подготовки данных входят перфоратор ленточ­
ный П, пишущая машинка ПМ и шкаф управ.пения с пультом.
Рассмотрим работу устройства подготовки данных на примере ра­
боты устройства подготовки данных «Брест- 1», структурная схема ко­
торого приведена на рис. 6.26. В этом устройстве используются пер­
форатор ПЛ-80 и пишущая машинка типа «Консул».
В режиме ,wдготовки данных при нажатии клавиши пишущей ма­
шинки с ее шифратора ШПМ выдается соответствующий код, который
поступает в регистр пишущей машинки РгПМ. Затем кодовые сигналы
подаются на дешифратор управляющих потенциалов ДШ. Дешифра­
ции подвергаются первые шесть разрядов, так как седьмой разряд со­
держит только информацию о регистре, в котором производится пе­
чать. Дешифрация трех младших и трех старших разрядов произво-
159


дится раздельно. С выхода ДШ информация поступает на кодоцреоб­
разователь КПр и в схему управления блоком кодовых соленоидов
пишущей машинки СХУБК. При этом соответствующие соленоиды сра­
батывают и на бумаге печатается символ нажатой клавиши.
С приходом импульса «Опрос Кпр» (опрос кодопреобразователя)
информаuия с КПр подается в регистр символа Рге, который управ­
ляется схемой управления ехУРге .. При следующем нажатии клави­
ши пишущей машинки uикл повторяется, но перфорируется символ,
занесенный в РгС в предыдущем цикле. Для перфорации символа ко­
довые сигналы Рге поступают в схему управления перфоратором
ехУП и приводятся в действие пуансоны перфоратора П. После
окончания перфораuии производится опрос кодопреобразователя КПр
и в регистр символа Рге записывается новый код. С Рге информация
поступает также на схему индикаuии ехИнд.
В устройстве подготовки данных предусматриваются и другие ре­
жимы работы: сравнения; реперфораuии; сравнения с реперфораuией;
сравнении с клавиатурой; распечатки; сравнения с распечаткой.
В режиме сравнения осуществляется сравнение информаuии, запи­
санной на двух перфолентах. Для этого с помощью механизма считы­
вания МСч и схемы формирования фотодиодных сигналов СхФФС
в РгС записывается код символа с первой перфоленты Jпл. ~атем в
Рге поступает код символа той же строки со второй перфоленты 2пл.
Если эти коды совпадают, то Рге возвращается в исходное нулевое
состояние. При несовпадении кодов схема выработки признака сов­
падения СхВПС через схему управления пуском и остановом СхУ
вырабатывает сигнал, под воздействием которого происходит останов
меч и включаются световая и звуковая индикации.
В режиме реперфорации осуществляется подготовка ленты дубли­
ката, которая заправляется в П. Информация с ленты оригинала счи­
тывается в меч и через ехФФе поступает в Рге. Оrтуда по команде
информаuия через схему управления перфоратором ехУ П подается на
блок кодовых соленоидов и соленоид транспортной дорожки. Лро­
исходит перфорация одной строки. Лента дубликата продвигается на
один шаг, регистр символа возвращается в исходное состояние и готов
к приему новой кодовой комбинации.
Режим сравнения в реперфорацией позволяет сравнивать информа­
цию, считываемую с двух лент дубликатов, и в случае ее совпадения
перфорировать третью. Этот режим как бы объединяет два предыдущих
режима.
В режш,1,е сравнения с клавиатурой осуществляется контроль пра­
вильности подготовленной перфоленты путем повторного набора ин­
формаuии на клавиатуре пишущей машинки. Для этого код символа,
считываемый с перфоленты, сравнивается в Рге с кодом символа нажа­
той клавиши. В случае их совпадения схема выработки признака сов­
падения Схвпе выдает сигнал, по которому производятся повторная
запись ннформаuии с перфоленты в Рге и ее перфорация на лент~-дуб­
ликате.
В режиме распечатки осуществляется считывание информации
с перфо.пенты и ее печатание при помощи пишущей машинки на бу-
160


маге. При этом в случае необходимости одновременно может приго­
тавливаться на перфораторе лента-дубликат. Управление этим режима~,
осуществ,1яется с помощью схемы управления распечаткой СхУР.
Режu.лt сравнения с распеча:пкой позволяет сравнивать инфор1\1ации,
записанные на двух лентах-дубликатах, и в случае их совпадения -
печатать на бу1-.1аге. Этот режим объединяет в себе режи•.1ы сравнения
и распечатки.
Включение рассмотренных режимов осуществляется с поl\ющью
шести функuиональных кнопок пишущей машинки.
На рабочеl\1 столе рядом с пишущей машинкой размещается пульт
оператора, а на верхней панели шкафа управления - пульт управле­
ния, предназначенные для работы оператора и управления устройст­
вом подготовки данных.
§ 6.6. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПОДГОТОВКИ МАШИННЫХ ДОКУМЕНТОВ
Процесс подготовки перфокарт и перфолент, как уже отмечалось,
достаточно трудоемок и сопровождается появлением значительного
количества ошибок. Поэтому естественно стремление конструкторов
автоматизировать его. Это может быть достигнуто за счет использо­
вания читающих автоматов и специальных документов, совмещающих
в себе функции служебного и машинного документов.
С помощью читающих автоматов производится автоматическое счи­
тывание информации с документа и преобразование ее в вид, удобный
для непосредственного ввода в ЦВМ. В этом случае к документу можно
не предъявлять особых требований по оформлению и не накладывать
ограничения к используемым шрифтам. Такие автоматические считы­
вающие устройства громоздки и не получили широкого распростране­
ния. Но работы по их усовершенствованию ведутся.
Использование специальных документов, совмещающих в себе
функции служебного и машинного документов, несколько усложняет
сам документ, но значительно упрощает считывание с него информации
и подготовку машинного документа. К числу таких совмещенных доку­
ментов можно отнести дуаль-карту и формализованный документ
для устройства типа «Бланк» и др.
Дуаль-карта, так же как и перфокарта, изготовляется из тонкого
плотного листа картона и имеет те же геометрические размеры и до­
пуски на них. На такой карте 1\ЮЖет быть типографским способом на­
несена любая форма для ручного заполнения (на рис. 6.27 показана
часть дуаль-карты). Однако отметки о наличии того или иного признака
должны выполняться мягким карандашом и иметь определенные фор­
му и размеры. Контуры карандашной отметки наносятся на дуаль­
карту вместе с формой документа. Графическая отметка занимает поле,
равное трем колонкам 80-колонной карты, и выражает собой один циф­
ровой разряд в кодовой комбинации. Всего на дуаль-карте может быть
размещено не более 27 цифр.
Заполненные дуаль-карты обрабатываются считывающим перфора­
тором и в соответствии с каждой графической отметкой на них про-
6 Зак. 744
161


биваются отверстия. Рассмотрим работу считывающего перфоратора
на примере перфоратора IC-80 .
Карты стопкой укладываются в магазин подающего механизма
МПМ (рис. 6.28). С началом работы перфоратора нижняя карта от­
секается подающими ножами 1 от общего массива и направляется через
карточную щель к пе·рвой паре непрерывно вращающихся транспорт­
ных роликов 2, захватывается ими н попадает на прерывисто враща­
ющиеся ролики б. Получая прерывисто-поступательное движение, кар­
та проходит через щеточный блок считыван1rя графических отметок б
и пробивное устройство П У.
Гкакои изу~оете иност-
На !<ОКОВ отселение
ранныи язык
англ. немец. фр!!н. лроч.
поступаете
-
о00
-
оо
Dоуч. ли но наших noilгom. курсах -1 '(!!ei)
Нуж8оетесь ли 8 оощежитии
с_Ва) -11
Оценки аттесто та
Р!]сск. яз (. з) (.4) fll' Физико (_J) <.4)-
Литерот c.J) (. ф f1!II Астроном. r...J1r...4)-
Алгеора <.з') <.4)- Химия
<.3) <.4)-1'
Геомет. cJJ<.4)-1' биология с.3) <.4) -
Ист. СССР c.J) <.L0-11 Геограср. <.J) <.'+) -
Всеоо ист. <.JJ <.41 - - Ин язык <.3) <.4J-
05,_цес,-:-r8с8 c.J) <.4;'1JSJ Черчеч:)е <.J) d) с.51 1
\
Рис. 6.27 . Часть дуа.1ь-карты
Для восприятия каждой графической отметки в б.1оке имеется по
три щетки (всего таких тройных щеток 27). К двум крайним щеткам
подводится положительный потенциал +l 10 В (рис. 6.29). Средняя
щетка соединена с сеточным сопротивлением своего тиратрона. При
движении карты графические токопроводящие отметки ТО попадают
на щетки и образуется цепь делителя напряжения: потенциал +110 В,
крайние щетки, сап ротнвление графической от~1етки (десятки или сот­
ни килоом), средняя щетка, сопротивление 750 кОм, потенциал 40 В.
На сетку тиратрона попадает высокий отпирающий потенциал. В ре­
зультате срабатывает включенный в анодную цепь через коммутацион­
ные контакты К К соленоид ПС пробивного устройства.
Пробивное устройство ПУ (см. рис. 6.28) состоит из ударной план­
ки 11, матрицы 7 и пуансонов 4 с собачками 3, которые тягами 10 свя­
заны с пробивными соленоидами ПС. При срабатывании соленоида
тягой 10 собачка 3 подводится выступом под ударную планку 11, ко-
162


торая совершает возвратно-поступательное движение. П.1анка 11
ударяет по собачке 3, и связанный с ней пуансон пробивает отверстие
в карте.
Всего имеется 8() пrоt1нrнп.)rх со/1снопдоп (по чпс"1у по-~пппй карт),
1..;аждый нз которых через контакты ко:-шутащюнной доскr1 ;\ЮЖет быть
ПIПШ Гr1
КД□
Р11с. 6.28. Схема перемещения дуаль-карты в перфораторе
соединен с любым нз 27 тиратронов. Таким образом, данные, нанесенные
в виде 27 графических отметок, можно отперфорировать в любых 27
колонках ВО-колонной карты.
После перфорации карта проходит воспринимающий блок 9 сор­
тировального механизма, расположенный между парами транспортных
роликов 8 и 13. При срабаты-
;.,.-
т0
вании соленоида сортироваль-
ного механизс\~а рычаг его осво-
бождается и ставится в положе-
ние, при которо:-1 карта направ­
ляется в первый приемный кар­
ман П К. При несрабатывании
карта, минуя первый карман
П К, транспортируется к па ре
транспортных роликов 12 и по­
падает во второй П К.
Перфоратор ПС-80 может
производить также контроль счи-
кк
lfO В
fDD
J;
750
-чD В
Рис. 6.29. Схема вк.1ючен11я щеток
тывания графических отметок, набивку по картам-шаблонам, перфо­
рацию итогов. Настройка перфоратора на тот или иной вид работы осу­
ществляется с помощью выключателей панели управления и соот­
ветствующей коммутацией на коммутационной доске Кд. Производи-
6*
163


1
9
К
о
л
и
ч
е
с
т
t
о
х
t
O
l
l
O
б
D
[
•
·
4
f
!
U
2
0
J
-
·
1
9
6
-
8
l
i
-
Ь
ц
О
"
"
'
2
0
•
1
-
=
c
f
O
,
t
с
с
б
=
l
=
l
f
=
t
c
c
2
=
1
=
1
=
1
=
=
~
,
_
_
ш
т
.
н
о
г
и
а
J
O
-
-
2
0
х
,
·
8
8
9
·
-
4
0
0
2
0
0
1
=
1
0
0
8
0
1
=
4
0
в
=
-
=
ч
=
1
=
2
=
l
=
f
=
1
=
=
,
2
1
х
1
0
0
0
1
=
8
0
0
e
l
/
0
0
1
с
2
0
0
1
=
/
0
0
-
1
,
,
5
u
l
=
l
f
O
1
=
2
0
,
1
,
,
1
0
,
1
=
6
=
l
=
l
f
=
1
=
2
=
1
=
1
=
l
=
=
ё
,
_
_
I
к
8
а
р
т
а
л
1
0
2
2
х
1
-
8
0
0
1
;
0
0
1
с
2
0
0
·
1
с
1
0
0
,
с
В
О
•
l
=
l
f
O
•
'
=
2
0
•
.
.
.
l
=
б
=
=
4
=
=
2
=
1
=
/
=
.
.
.
.
2
3
х
1
0
U
O
l
=
B
O
O
1
/
1
1
0
-
2
0
0
•
1
0
0
с
В
О
•
l
=
i
f
O
,
=
2
0
•
•
1
0
•
ь
в
=
=
4
=
=
2
=
1
=
/
=
Ь
=
:
.
.
.
.
.
_
Л
к
D
а
р
т
а
л
1
0
2
4
х
1
I
J
O
O
1
/
1
!
0
•
2
С
О
•
1
=
/
0
0
'
=
8
0
•
l
e
l
f
O
•
ь
2
0
,
i
-
,
.
=
8
=
'
=
'
l
f
=
Ь
2
=
l
=
=
f
=
.
.
.
.
2
5
Ш
к
8
а
р
т
а
л
х
1
0
0
0
F
В
О
О
1
/
1
1
0
•
2
R
O
•
1
0
0
ь
в
о
•
1
:
4
0
,
6
2
0
•
-
=
1
0
=
=
8
'
-
'
-
=
/
/
=
"
'
2
"
'
i
=
=
I
=
1
=
=
=
1
0
l
/
0
0
•
2
0
0
1
=
/
0
0
ь
в
о
,
l
e
l
f
O
•
•
2
0
•
.
.
.
.
-
=
в
=
l
=
l
f
=
=
2
=
t
=
/
=
.
.
.
.
2
6
х
1
·
в
о
о
2
7
х
1
0
0
0
•
8
0
0
1
/
1
1
0
•
2
0
0
•
1
0
0
1
=
8
0
•
l
=
l
f
O
•
1
=
2
0
•
1
=
/
0
•
=
8
=
=
l
f
=
ь
z
"
l
=
=
f
=
-
=
=
,
.
.
.
.
.
_
1
У
к
D
а
р
т
а
л
-
-
2
8
х
1
с
В
О
О
-
•
1
/
0
0
1
:
2
0
0
1
=
/
0
0
=
8
0
•
l
=
l
f
O
•
ь
2
0
,
'
=
'
1
0
•
=
8
=
=
l
f
=
=
2
.
.
•
=
f
=
=
=
,
.
i
.
.
.
Р
и
с
.
6
.
3
0
.
Ч
а
с
т
ь
ф
о
р
м
а
л
и
з
о
n
а
н
н
о
r
о
д
о
1
<
у
м
с
н
т
а


тельность перфоратора 100-120 карт/мин, емкость магазина меха­
низма подачи 700 карт.
Устройство типа «Бланк» предназначается для считывания инфор­
мащш с форма.1изованных докуr,;ентов и ее внода в ЦВ1\\. Фоμма:ш­
зованный документ печатается на белой бумаге формата 210 х 297 мм.
На нем может располагаться до 984 позиций (по ширине до 24, по дли­
не до 41). В каждой из позиций могут быть записаны цифры, буквы
или даже целое понятие. Для автоматического их считывания в по­
зициях черным карандашом марок J\\ и ТМ делают метки в виде
черточек толщиной не менее 1-1 ,5 мм. Поле для реквизитов может
иметь любую удобную для делового документа конфигурацию.
На рис. 6.30 показана часть документа, на котором записана по­
требность в штатах на один год и поквартально. Общая потребность
в штатах равна 30. Для автоматического считывания этого числа сде­
лана ~1етка в графе чисел 20 и 10. Поквартальная потребность 10 че­
ловек оп,1ечена меткаыи числа 10. Каждая строка имеет две служебные
позиции, одна из них для синхронизации (последняя колонка меток),
другая - для контроля по четности (предпоследняя колонка). Ско­
рость считывания информации в устройстве «Бланк» составляет 250
ДО/{} ыентов 1 11шн; емкость подающего кармана - 700 бланков.
§ 6.7. ТЕЛЕГРАФНЫЕ АППАРАТЫ
Телеграфные аппараты (телетайпы) предназначены для передачи
информации в системах связи с документальным ее фиксированием.
С развитием информационной и вычислительной техники телеграфные
аппараты стали широко использоваться для связи с ЦВМ, а также
для подготовки данных на перфолентах. Для этого их оснастили до­
полнительными приставками для перфорирования и считывания ин­
формации с перфолент. Телеграфные аппараты !\lогут быть ленточными
и рулонными.
В ленточных телеграфных аппаратах печатание информации осу­
ществляется на узкую бумажную ленту в одну строку, в рулонных -
на широкую ленту в виде обычного машинописного текста. Ленточ­
ные телеграфные аппараты не получили распространения в вычисли­
тельных системах, так как регистрация на ленте удобна для коротких
текстов (телеграмм) и неудобна для больших ыассивов информации.
В этом отношении рулонные телеграфные аппараты имеют преиму­
щество. Среди отечественных рулонных аппаратов наибольшее рас­
пространение получили аппараты РТА-6 (рис. 6. 31).
Телеграфный аппарат РТА-6. РТА-6 состоит из двух самостоятель­
ных частей (передающей и приемно-печатающей), смонтированных на
общей станине и имеющих общий привод и электрическую схему.
Передающая часть предназначается для преобразования передава­
емого знака в пятиразрядную кодовую комбинацию международного
кода No 2 и последовательной передачи его в линию связи. В приемно­
печатающей части осуществляются прием, декодирование кодовых ко~1-
бинаций, печатание соответствующих символов на бумаге и приготов­
ление перфоленты.
165


Псредающая часть. Всостав IIередающейчасти входят
к.1,шнат\'fНIЫЙ комбинатор, передатчик, трансмиттер II автоответчик.
Клаdиатурный комбинатор объещшяет клавиатуру, б.1ок комби­
наторных .1ннеек и пусковую скобу с рычагом для пуска передатчика.
Клавиатура (рис. 6.32) напо\шнает клавиатуру пншущей ~1ашинки
(к1авиши распо.1ожены в четыре ряда и крепятся на рычагах).
P1ic. G.31. Рулонный телеграфный annapaт РТ А-6
Переда:пчuк аппарата РТА-6 о.J,ноконтактный, позво.1яет произ­
в:щить однополюсную или двухполюсную передачу знаков. Его основ­
ны:чи частюш являются стартстопный, распределнте.1ьJ-1ый и контакт-
[
Рис. 6.32 Клав11а гура аппарата РТА-6
ный механизмы. Стартстопный механизм обеспечивает запуск и стопи­
рование ку.r~ачковоrо вала передатчика при передаче каждой кодовой
комбинации. Распределитмьный механизм обеспечивает развертыва­
ние во времени кодовой комбинации знака и передачи ее в линию. С по-
166


мощью контактного 111еханиз11~а вырабатываются электрические сигна­
лы передатчика.
Транснuттер осуществляет автоl\lатическую передачу информа­
~ши, 11акон:1енной 11а fJерфо.пен1с. Наборный мсханизl\! трансмитте­
ра с по~ющью перфоленты авто:-,1атически создает на промежуточных
рычагах передатчика ко~rбннацию передаваеr1юrо знака. Набор осу­
ществляется путе~1 ощупывания .1енты иrо.1кю1и ощупывающих рыча­
гов, которые воздействуют на контакты, вырабатывающие сигналы
в линию. Про,::щнжение ленты для считывания с.'Н:дующего знака вы­
полняется лентопротяжным механизмоI11. Трано1иттер снабжен также
механизJ1.1ом д.1я ~1аркировки используеr1юй .1енты и устройством для
автоматической остановки передатчика при окончании работы или обры­
ве перфоленты.
Автоответчик представляет собой механизм для автоматической
передачи краткого сообщения в ответ на получение от противополож-
1юго аппарата запроса «Кто там?».
Приемно-печатающая часть. Приемно-печатающая
часть осуществляет nриеы и декодирование коыбинаций знаков, их от­
печатывание на рулонной бумаге и реперфорацию на перфоленте. Она
состоит из приемного механизма, функционального декодирующего
устройства, блока печати, реперфоратора и автостопа.
Приемный .иеханuзм включает в себя приемный электромагнит
с якорем и элб1ентаыи регулировки и наборное устройство со старт­
стопным механизмом и фазоустановителем. Приемный электромагнит
состоит из П-образного сердечника и двух катушек индуктивности.
Якорь электромагнита одним плечом своего рычага взаимодействует
с элементами наборного устройства, а другим - с самим электромаг­
нитоJ11. Согласование электромагнита с линией осуществляется путем
регулировки ве.1ичины воздушного зазора ыежду якорем и сердеч­
ником.
Наборное устройство представляет собой барабан, по окружности
которого распо.10жены пять шпилек с селекторными рычагами. На
ступице барабана крепится диск с пятью ;;у.1ачками подвода якоря
к электромагниту при приеме посылок постоянного тока приниJ11аемо­
го знака. Стартстопное управление наборным барабаном осуществляется
стартстопным механизмом. Приемный механизм кинематически свя­
зан с перенаборным механизмом, декодеро1\1 и функциональным деко­
дером блока печати.
Перенаборный механизм является звеном передачи принятой кодо­
вой кщ16инац11и от наборного устройства приемного J11еханизма на
декодирующее устройство печати и функциональное декоднрующе11
устройство.
Декодирующее устройстоо печати устанавливает типовое колесо
в положение, соответствующее печати того знака, комбинация которо­
го принята. От.11Jчительной особенностью РТ А-6 является наличие
специфичного узла печати, работа которого построена по принципу
обратной печати. Основной деталью узла печати служит типовое ко­
лесо, имеющее форму цилиндра, на поверхности которого в три ряда
нанесены литеры (число рядов литер равно числу регистров). Смена
167


регистров осуществляется перемещением типового колеса вдоль оси
вращения относительно ударного молоточка.
Декодирование с,1ужебных кодовых комбинаций и выполнение свя­
занных с печатью логических операций осуществляется функциональ­
нылt декодируюш,101 устройствол~. В его функции входят перевод ре­
гистров и строки, возврат кареток, пробел, подача звонка, пуск авто­
ответчика 11 лоп1ческий возврат каретки. Процесс пр11е:-1а, декодиро­
вания и отпечатыванве знака :1юбой кодовой комбинации начинается
с поступления в э.1ектроl\1аrнит пусковой посылки. Вслед за пусковой
посылкой в э.'Jе1,троl\lаrн11т начинают поступать кодовые посылки.
В моменты, строго соr:1асованные с поступлением посылок, якорь
принудительно подводится ку.1ачком к сердечнику электромагнита
и либо удерживается 11;- .1, когда в катушке проходит ток, либо падает
при обесточенноы э.1ектро:..шrните. Отпечатывание знака на бумаге
осуществляется путем удара 1\ю.1оточкоl\1 по красящей ленте.
Реперфоратор выпо.1няет перфорацию кодовых отверстий на стан­
дартной ленте в соответствии с поступающими комбинациями знаков.
Он состоит из кулачкового вала с муфтой и отключающ111\1 устрой­
ством, наборного ыеханизма, перфорирующего и лентопротяжного ме­
ханиз\юв.
Кулачковый вал имеет кулачки для приведения в действие различ­
ных эле:..1ентов перфоратора и муфты сцепления, с помощью которой он
соединяется со стартстопной систеl\lОЙ функционального дешифратора
и получает от него непосредственное вращение.
Наборный ыеханизм переносит пространственную ыеханическую
комбинацию линеек функционального декодирующего устройства на
наборные линейки реперфоратора и состоит из пяти наборных линеек
с ощупывающюш рычагами.
Перфорирующий механизм рычажного типа поочередно пробивает
отверстия на перфоленте. Лентопротяжный механизм реперфоратора
аналогичен такоl\1у же механизму трансмиттера и служит для равно­
мерного пошагового продвижения перфоленты.
Все элементы приемной и передающей частей аппарата РТА-6
приводятся в действие движущим механизмом, состоящш1 нз электро­
двигателя и зубчатой передачи.
В настоящее время на сети абонентского те,1еграфа широкое рас­
пространение получили руiюнные стартстопные телеграфные аппараты
Т-63 (RFT) (рис. 6.33) производства ГДР. Трехрегистровый аппарат
Т-63 является модификацией двухрегистрового аппарата Т-51, создан­
ного на базе аппарата СТ-21'1. Его клавиатура наряду с буквами рус­
ского алфавита снабжена еще и буквами латинского а.1фавита. Сим­
волы кодируются в 1\!еждународно:..1 коде No 2. Движущий механизм
аппарата состоит из универсального коллекторного электродвигателя
постоянно-переменного тока и приводимых им в движение осей пе­
редатчика, приемника и печатающего механизма. Необходимая ско­
рость вращения поддерживается электроконтактным регу.1ятором. На
оси электродвигателя укреплен червяк, на остальных осях - косо­
зубые текстолитовые шестерни. В передающей части аппарата приме­
нена четырехрядная клавиатура, состоящая нз 46 ординарных и одной
168


удлиненной клавиши. Под клавишными рычагами клавиатуры распо­
ложены запорная, спусковая и пять комбинаторных линеек, конструк­
тивно сходных с линейками аппарата РТА-6. Передатчик аппарата
состоит из контак·rной системы, распр~де.пительного, стаrтстопного
и за11орного механиз~юв. Передающий распределитель представляет
L...
Р11с. 6.33. Те.1еграфный аппарат Т-63
собой шесть пар контактных пружин, управляемых кулачками вала
распределителя. Пуск и остановка передатчика осуществляются старт­
стопным ыеханизмом.
Автоответчик аппарата выполняет функции автоматической пе­
редачи знаков текста автоответа, набранного на гребенках кодового
барабана, в сторону вызывающей станции.
Трансмиттер (рис. 6.34) является самостоятельным п рибором-п р11-
ставкой Т-63 и служит для автоматической передачи текстов телеграф­
ных сообщений с помощью перфолент, подготовленных ручной или
автоматической перфорацией. Трансмиттер состоит из наборного, рас­
пределительного, лентопротяжного и движущего механизмов. Комби­
нация рабочих посылок определяется кодовыми отверстиями на пер-
169


фоленте, 1юторая ощупывается иголками рычагов, создающих соот­
ветств, ющую пространственную механическую комбинаuию знака.
По окончании передачи знака осуществляется принудительный отвод
ощупывающих рычагов с помощью спеuиальных кулачков на распреде­
лительно~, валу и возвращающей скобы. Трансмиттер ю1еет ленто­
протяжный r..1еханиз~1 и устройство автостопа для выключения при на­
тяжен1111, обрыве нли окончании перфоленты. Включение н выключе­
ние аппарата при постоянном соединении с другим аппаратом осу­
ществляются с помощью спеuиального устройства для дистанциоюю­
го включения, а при соединении через связную станцию-посред­
ство!\~ прибора для телеуправления.
Рис. 6.34. Трансмиттер Т -63
Приемная часть аппарата Т-63 включает в себя: приемный электро­
магнит; стартстопно-коррекционный, наборный, печатающий и вспо­
могательные механизмы, а также фазоустановитель. Приемный элект­
ромагнит имеет две катушки и пять якорей с пружинами. При прие­
ме стоповой и пусковой посылок электромагнит воздействует на старт­
стопно-коррекционный механизм, а при приеме кодовых посылок -
на наборный механизм. Под действием пружины каждый якорь стре­
мится оторваться от электромагнита. Все пять якорей принудительно
и поочередно подводятся к полюсным подставкам электромагнита
перед поступлением очередной посылки комбинации знака. Эта опе­
рация выполняется захватывающим поводком наборной кулачковой
муфты с наборными рычагами. В этом случае роль приемного электро­
магнита сводится лишь к удерживанию уже установленных якорей.
Поэтому при приеме токовой посылки подведенный якорь удерживается
у полюсных подставок, а при бестоковой - отбрасывается пружиной.
При поступлении стартового импульса якоря электромагнита отпа­
дают под действием пружин и пускают в ход приемный распределитель,
в стоповом положении электромагнит удерживает все пять якорей.
Наборный механизм преобразует принятую комбинацию знака в про­
странственную механическую комбинацию дешифраторных линеек.
После набора комбинация расшифровывается и печатающий меха•
низм отпечатывает знак. С этой целью запускается во вращение печа-
170


тающий кулачок, который через ряд промежуточных деталей приводит
в движение рычаг с литерой. Последний отпечатывает знак на бумаге.
Т,шие вспомогательные операции, как продвижение и возврат ка­
репш, Htjj\::iюд строки, автостоп и т. д., в апш1рате Т-63 осуществ­
ляются так же, как и в аrшарате РТА-6.
Перфоратор является отдельно действующим прибороы-нристав­
кой, который может быть использован с любым буквопечатающим
телеграфным аппаратом или в качестве самостоятельного перфоратора.
Он состоит из следующих механизмов: наборного; перфорирующего;
лентопротяжного; возврата и блокировки перфоленты; привода с пус­
коостановочным устройством. Во время действия прибора его перфо­
рирующий механизм пробивает на бумажной перфоленте с помощью
перфорационных пуансонов комбинации принимаемых знаков, отпе­
чатываемых на пишущей машинке аппарата. Принцип работы основ­
ных механизмов перфоратора аналогичен принципу работы основных
механизмов перфоратора для РТА-6.
§ 6.8. РЕГИСТРАТОРЫ ПРОИЗВОДСТВА
Для механизации и автоматизации процессов сбора и регистрации
первичной информации в местах ее формирования (в цехах, на различ­
ных участках производства, складах и всюду, откуда данные затем
должны поступать в вычислительную машину) созданы специальные
устройства, называемые регистратора.ми производства. Они предназ­
начаются для регистрации исходных данных по мере их появления
и автоматического приготовления машинных документов или передачи
сообщений в систему связи. В качестве регистраторов производства
в некоторых случаях могут использоваться и устройства подготовю1
данных на перфолентах и перфокартах.
Регистраторы производства, как прави.rю, строятся на тнповых
функциональных блоках, таких как перфоратор, клавиатура, устрой­
ства считывания с перфокарт и перфолент, блок печати, блок передачи
данных в канал связи и др. В соответствии с назначением определяется
и структурный состав регистратора. Так, цифровой регистратор
с выводоl\1 данных на перфоленту РП-10 имеет следующие функ­
циональные блоки: считыватель с перфокарт; считыватель с перфо­
жетонов; цифровую клавиатуру; цифровое печатающее устрой­
ство; перфоратор бумажной ленты; блок управления; устройство
набора. Цифровой регистратор РП-50, кроме того, имеет индикацию
и сумматор, позволяющий выполнять операции сложения и вычитания.
Алфавитно-цифровой регистратор АЦРП (РП-100) позволяет вво­
дить и печатать алфавитно-цифровые тексты. Конструктивно он вы­
полнен в виде двухтумбового стола. Информация, регистрируемая на
АЦРП, подразделяется на постоянную, условно-постоянную, пере­
менную.
Под постоянной инфор.мацшй понимаются нормативная информа­
ция, предварительно записанная на перфокарту, и табельный номер
paбo'l.ero, зафиксированный на перфожетоне.
171


Перфожетон представляет собой прямоугольник из тонкого проч­
ного материа,f!а, на котором табельный номер фиксируется в виде вы­
ступов II впадин (рис. 6.35) в двоично-десятичном коде. Считывание
числа с жетона производится устройством
считывания данных с перфожетона СП Ж
(рис. 6.36). К условно-постоянным прuана­
кам относятся rю:.1ер участка, номер uexa,
номер регистратора производства, дата и т. п.
Эти данные вводятся с помощью десятипоз11-
tшонных мнкропереключателей панели набора
блока условно-постоянных признаков БУПП.
Считывание данных с перфокарты осущест­
вляется устройством считывания данных с
перфокарт СПК.
Пероtенную информацию составляет ин­
формаuия, вво:rиr,1ая в регистратор производ­
ства с клавнатуры пишущей машинки «Кпн­
сул-254».
""
,J l[J..~ _JtJ
.... ~
faZpJp4-;J5рбр
Программа работы регастратора для авто­
матического фор~шрования необходимых слу­
Р11с. 6. 35. Перфожегон жебных символов («Начало текста», «Конеu
текста» и др.), а также автоматического
ввода некоторых реквизитов («Номер сообщения» и др.) записы­
вается на обычной 80-колонной перфокарте, называемой программной.
Ввод данных с программной перфокарты производится устройствоц
сч11тьшаш1я СПрК.
спк
спж
Б!:JПП
СПрК 1
Цен,,1раль
Пупьт
упра8,се·
ния
Р11с. 6.36. Структурная схс:11а ЛЦРП
СПрК состоит из считывающего устройства щеточного типа и
устройства управления. В начальном состоянии при отсутствии перфо­
карты псе контакты считывающей головки находятся в замкнутом со-
172


стоянии. После установки перфокарты включается механизl\1 транс­
портировки и карта подается под считывающую головку. По мере ее
продвижения в стартстопноl\1 режиме происходит поколонное считы­
вание 11нформашш.
Перечнс.1енный набор входных устройств II разде.1ен11е функций
между ниш1 упрощает ввод первичной информации.
Наличие у каждого рабочего своего индивидуального перфожетона
с табельньш номеро:1.1 позво.1яет только ему одному вво,:щть сведения
о выполненной ш1 работе, тем самым повышается его ответственность
за достоверность введенных им сведений.
Для вывода данных на перфоленту в регистраторе ш,rеется перфора­
тор ленточный унифицированный ПЛУ-1 с устройство~~ управления.
С помощью перфоратора поступающая информация преобразуется
и записывается на перфоленте в семиразрядном коде (ГОСТ 10859-64
или ГОСТ 13052-67) с добавлением восьмого разряда д.1я проверки
на четность. Цифровая информация может записываться на ленте
в пятиразрядНО!\I международно!\1 коде No 2.
Управ,1ение всеми устройствами ввода-вывода и связь между ними
осуществляются через центраJ1ьное устройство управления, называ­
емое централью.
Централь и~1еет четыре вводных канала от датчиков (СПК, СПЖ,
БУПП, клавиатуры «Консул-254») и два выводных канала к приемни­
кам (на печать «Консу.11-254» и ПЛУ-1). Соответственно сиrна.11аl\1, иду­
щш1 от датчиков, присваивается индекс Д, а пдущшr к прием­
ника!\! - П.
Все сигна,1ы, посредством которых производится обыен между
датчиками и приемниками (назовем их внешншш устройствами), де­
лятся на две группы: первая группа - сигна.1ы управ,1ения переда­
чей, вторая группа - собственно сигна,1ы передачи.
Основными сигнала~ш первой группы являются вызов датчика
или приеl\!ника, окончание операции. Во вторую группу входят сиг­
налы «Передача uнфор,нацuu», «Передача ко,нанд», «Передача состояний».
Сигна,1ы управ.Тiения «Вызов внешнего устройства - датчика»
(В-. Д)
и «Вызов внешнего устройства - прuемнu1-а» (В
-.П)-
всегда следуют от централи к внешне!\lу устройству. Сигналы управ­
ления «окончание выполнения операции внсuтuм устройством -
датчиком» (О-. Д) и «Окончание выполнения операции внеит uлt устрой­
ством - приемником» (О-. П)
-
всегда следуют от внешнего устрой­
ства к центратt. Таки!\1 образом, обмен сигналами при передаче ин­
формации между датчиками и централью, централью и приеыниками
характеризуются управляющей последовательностью В-. Д, В -. П,
О-.Д, 0-.П.
Рассмотрим пос.1едовательность сигналов управления передачей
при организации рабочего цикла.
Состояние управления 1:
в-д=О; в-П=О;
о-д=О; о-П=О.
(За «1» принято наличие сигналов, за «О» - их отсутствие.)
173


В это состояние все датчики и приемники приходят после вклю­
чения устройства («Начальная установка») или после окончания преды­
дущей последовательности. Централь в этом состоянии производит
подготовку к новоl\!у обращению к внешнему устройству и выдает в те
датчики и приемники, которые должны с ней работать в соответствии
с програымой, сигналы В ---+ Д и В ---+ П.
Состоянпе управления II:
В---+Д=l; В-+П=l;
O---+Д=О; O-+П=О.
В это~, состоянии управления выбранный датчик выдает информа­
цию в централь, а информация от централи принимается выбранным
приемником.
Приеl\!ник выдает сигнал управления О-+ П, а датчик - О-+ Д,
если передаваемая информация ими воспринята.
Начало выдачи сигналов совпадает с окончанием данного состоя­
ния и началом следующего.
Состояние управления 111:
В-+д=l; В---+П=l;
O---+д=l; O---+П=l.
Это состояние управления указывает, что информация, подготов­
ленная датчиком, обрабатывается централью. В момент, когда инфор­
мация больше не нужна централи, последняя снимает сигнал В---+ Д.
С другой стороны, это состояние указывает на то, что информация,
установленная на выходе централи, больше не воспринимается прием­
ником и может быть снята или изменена, при этом централь снимает
сигнал В---+ П.
Состояние управления IV:
В-+Д=О; В---+П =О;
O-➔ Д=l; O---+П=l.
При этом состоянии управления приемник и датчик не готовы
к приему нового сигнала В---+ Д и В->- П. Приемник заканчивает об­
работку предыдущей информации, а датчик подготавливается к выда­
че новой информации. В момент готовности приемника к приему, а дат­
чика к выдаче новой информации сигналы О---+ П и О---+ Д снимаются.
Управ"1яющая последовательность в каналах датчика Д и приеl\lннка
П заканчивается.
Работа регистратора может осуществляться в режимах ручном
и автоматическом. Установка режиыа производится установкой га­
лентного переключателя режимов в соответствующее положение.
В ручном режиме программная перфокарта не используется. При этом
выбор того или иного датчика производится вручную нажатием одной
из клавиш датчика, а приемника - одним из тумблеров.
В автоматическом режиме последовательность работы всех устройств
определяется командами, зафиксированными на программной перфо­
карте.
174


В процессе регистрации сообщений с программной карты в цент­
ра.1ь автоматически вводится необходимая служебная инфорл1ация
(«Нача,10 текста», «Конец текста» и др.), команды контро,1я готов­
ности устройства («Опрос состояний»). По окончании обрабоп<iJ сооб­
щенип на все устройства подается команда «Сброс», по которой они
возвращаются в исходное состояние, и регистратор готов к обработr;е
следующего сообщения.
Отперфорированная лента в конце смены или в любой ~1ш1ент
времени передается в вычиСJ1ительный центр для автоматической пере­
дачи данных в ЦВМ.
Рис. 6.37. Автоматизированный регистратор АРП- IМ
ШирокиJ\IИ возможностяJ\lи обладает автоl\!атизированный регистра­
тор производства типа АПР-IМ (рис. 6.37), предназначенный д.;;я цент­
рализованного сбора, передачи и регистрации инфорl\!ации с 50 рабо­
чих мест на предприятиях серийного и массового производства. Он
позволяет осуществлять учет простоев оборудования, выпуска про­
дукции, подготовку машинных документов с итогами работы за смену,
вызывную сигнализацию и 1елефонную связь.
В состав регистратора входят 50 пультов, устанавливаемых на ра­
бочих местах, пульт диспетчера, центральное устройство управ,1ения
с оперативным запо!\lинающим устройством (ОЗУ), ,1енточный перфо­
ратор типа ПЛ-80, печатающая l\!ашинка типа АПМ-2М, те.1ефонный
коммутатор, до вось:--ш индикационных табло и блок питания.
Пульт рабочего места представляет собой блок с восемью трехпо- •
зиционными тумблерами для включения сиrна.r:юв вызова и простоя
и одного тумблера для сигнализации о выполнении реl\!онта. Оконча­
ние простоя или ремонта сиrнализируется выключением соответству­
ющего тумблера.
Пульт диспетчера конструктивно выполнен в виде cтo.iia с панелью
управления, устройством ручного набора и табло, с помощью которых
Jnepaтop задает режимы работы установки, вводит команды вывода
,шформации и производит контроль работы установки. ••
175


Центральное устройство управления, выполненное в виде шкафа,
предназначается для упра~ления сбором, накоплением и регистрацией
информации. В ОЗУ накапливаются все данные за смену. Емкость
ОЗУ - сто 13-разрядных десятичных чисел. Каждому из пятидесяти
рабочих мест отводится два числа, т. е. 26 десятичных разрядов.
На перфораторе осуществляется приготовление перфоленты с ито­
гами работы за смену (данные записываются в двоично-десятичном
коде).
В любой момент вре;1.rени с помощью пишущей машинки выдаются
сведен11я в виде таблицы, в которой для каждого рабочего места печа­
таются данные о количестве изделий 11 времени простоя по каждой из
возможных причин.


ГЛАВА 7
СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВА ОБМЕНА
В автоматизированных систеыах управлення информаuию соби­
рают от большого количества источников и передают в вычислитель­
ную машину или в вычислительный комплекс. Пункты сбора инфор­
мации могут оснащаться различными устройствами ее преобразования
в вид, удобный для ввода в ЦВМ. Эти устройства и источники воз­
никновения инфор111ации характеризуются по быстродействиям, объе­
му и значимости (приоритетности) вырабатывае~юй информации. От­
сюда встает задача организации совокупности устройств ввода в си­
стему, позволяющую наилучшиы образом организовать обмен инфор-
1\lацией между устройствами ввода и ЦВМ с учетом отмеченных ха­
рактеристик.
§ 7.1. СИСТЕМА ОБМЕНА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН
ПЕРВОГО ПОКОЛЕНИЯ
Простейшей систеыой обмена ~южно считать такую систему, в со­
став которой входят устройства ввода с перфокарт или перфолент
Вв.П (или тот и другой) и печатающие устройства (рис. 7.1). Эта систе­
ыа обмена была свойственна маши­
нам первого поколения.
Организация обмена в простейшей
системе сводится к следующему. Счи­
тываеыая информа1шя с перфокарт
или перфоленты передается в устрой­
ство обмена УО, которое по соответ­
ствующим командам направляет ее в
процессор. Вывод результатов вычис­
лений также осуществляется через
УО и устройство вывода Выв.П.
Через устройство обI11ена обс.~уиш- Рис. 7.1 . Спстс\1а обмена вычисли­
ваются и внешние ~1аrю11ные ЗУ (лiаГ- те:1ьных машин первого поколенип
нитные ленты, барабаны).
Отличительной особеннсстью машин первого поколения является
то, что на все время обмена с внешним устройством никаких вычисли­
тельных операuий в ~1ашине не производилось, т. е. центральный вы­
числитель простаивал.
Рассмотренную систему можно назвать внутренней системой обме­
на, так как обычно устройства ввода и вывода, магнитные ЗУ и печа­
тающие устройства поставлялись заводом-изготовителем и использо-
177


вались при эксплуатации в единоl\1 коl\шлекте ЦВ:'\1. Такая с11стеl\1а
обмена существовала внутри каждого вычислительного центра и не
выходила за его рамки. Связь внутренней системы обl\!ена с периферий­
ными источниками информации могла быть в основноl\1 тоаько доку­
ментальной. При этом исходный деловой документ до.1жен был по­
ступать в вычислительный центр для подготовки машинных перфо­
лент и перфокарт. Перфорированные документы должны бы.rrи заправ­
ляться оператором, который определял и последовательность их за­
кладки.
Скорость ввода исходной информации ограничивалась возможно­
стями устройства ввода. Практически реализовывалось три временных
цикла: ввод, вычисления, вывод. Общее время определялось суммой
слагаемых, зависящих от быстродействия устройств ввода, каналов
связи, вычислительной машины и устройств вывода. Естественно, что
при такой организации наблюдались большие потери машинного вре­
мени за счет простоя машины при обмене.
§ 7.2 . СИСТЕМА ОБМЕНА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН
ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЯ
Внутренняя система обмена удобна для организации работ в вы­
числительном центре, но недостаточна для АСУ, характеризующейся
наличием различных источников информации. В АСУ большое коли­
Вы8а
чество периферийных устройств
должно объединяться в единую си­
стему обмена, которая может
строиться как развитие внутренней
системы обмена с добавлением
внешней системы обмена (рис. 7.2)
или как самостоятельная развитая
система обмена (рис. 7.3).
В развитых системах обмена
выделяются каналы и подканалы.
Каналолt облtена называют сово­
купность технических средств, осу­
ществляющих обыен инфорыацией
между периферийными устройства­
ми и процессороl\1. Подканало,н об-
лtена называют совокупность тех­
Рис. 7.2. Внутренняя и внешняя систе- нических средств, обеёпечивающих
мы обмена:
связь периферийного устройства
с устройством обыена.
Вв. П - вводной перфоратор; Выв. П - вы­
водной перфоратор; УО - устройство обме­
на; МОЗУ - магнитное оперативное запо­
минающее устройство; УВВ - устройства
ввода-вывода; ГК- групповой коммутатор
Система обмена с большим ко­
личеством различных периферий­
ных устройств требует особого
подхода к организации своей работы, с тем чтобы добиться наибольшей
эффективности использования информации и вычислительной машины.
Повышение эффективности использования вычислительной машины
возможно при совмещении во времени операций обмена и обработки.
178


Это достигается путем реализации прерывания основной програы:-.ш,
т. е. использования различных временных пауз в основной программе
для реализации другой программы.
КроI\те пrерыt:1ания основной програ;1,1~,н,1 нводитсп ре~·н:плr распреде­
ления времени г,аботы, при котором одновреыенно обс1уж11ваются
несколько подканалов. Паузы в обслуживан1111 заявок одного канала
заполняются обслуживанием заявок других каналов. Общее количест­
во одновреl\lенно обслуживаемых таким образом каналов ограничи­
вается су~1;-.~арньщ быстродей­
ствием, которое не должно
превышать быстродействия
цвм.
Такой подход привел к не­
обходимости группирования
подканалов в каналы в зави­
симости от скорости передачи
информации. Низкоскорост­
ные подканалы, котор1,1е ра­
ботают асинхронно друг от­
носительно друга и могут об­
служиваться одновременно в
режиме распределения време­
ни, объединяют в каналы, на­
зываемые мультиплексными.
Высокоскоростные подка­
налы, обслуживание которых
88. П
выв. п
ввоа
Вы6о
ЗУ
Уа
В6оа
8ы6
г-----------1
1 Процессор
: ,----~
1
~----1-~
1
1
1
1
1
L-----------J
88оа
Вы6а
Рис. 7.3 . Развитая система обмена:
Вв. П - вводной перфоратор; Выв. П
-
выводно~
перфоратор; J'O - устройство обмена; МОЗ.У
-
магнитное оперативное запоминающее устройство
не может проводиться одновременно, объединяются в каналы, на­
зываемые селекторными.
Рассмотрим систему обмена вычислительной машины второго по­
коления.
ДiIЯ эффективного использования центрального вычислителя, име­
ющего в современных вычислительных машинах достаточно высокое
быстродействие, предусматривается широкий состав внешних запоми­
нающих устройств и устройств ввода ~ вывода информации. Все эти
устройства в зависимости от быстродействия группируются в мульти­
плексные и селекторные каналы. Обычно накопители на магнитных лен•
тах, барабанах и дисках объединяются в селекторные каналы, а устрой•
ства ввода с перфолент и перфокарт и телеграфных аппаратов, устрой­
ства вывода на перфоленты и перфокарты, вывод на печать и телеграф­
ные аппараты - в мультиплексные каналы.
Обслуживание всех каналов и их связь с центральным процессором
машины ЦМ обеспечивается блоком (устройством) управления внеш­
ними устройствами или устройством обмена. Так, в машинах второго
поколения («БЭСМ-6», «Урал-14», «Минск-32» и др.) связь с внешними
устройствами осуществляется блоком управления, состоящим из
устройства управления внешними устройствами УВУ и коммутаторов
внешних устройств КВУ (рис. 7.4).
Основные схемы управления связью с центральным процессором
и выполнения команд обращения к внешним устройствам сосредоточе-
179


ныв УВУ. Связь с КВУ осуществляется также через УВУ. Через это
же устройство осуществляется связь с печатающими устройствами
и быстродействующи:vш устройствами считывания с перфолент. Стой­
ка коммутатора внешних устройств КВУ осуществляет связь с УВУ
всех накопите,'IеЙ на магнитных лентах НМЛ, барабанах НМБ, дис­
ках НМД, перфорационных устройств (карточного ПК и .1енточного
ПЛ) телетайпов.
По своей структуре УВУ является запоминающим устройством
с произвольной выборкой, каждая ячейка которого представляет
цм
!:1В!:1
Вы8о8 [_ .
но)I
печатьl_j
--,
1
НМЛ 1
1
KBtl
1
) 88cJ
1
пп
..___
Р11с. 7.4 . Система обмена выч11слите.1ьных машш1
второго по1,о.1е11ия
собой буферный репrстр, закрепленный за опреде.1енньш внешниlll
устройствоы. В качестве записываеыой инфорl\!ации в буферный ре­
гистр попадает код управляющего с.1ова (если осуществляется воздей­
ствие на cxel\Iy управ.1ен11я какиы-.шбо внешни!\! устройством) 11.111 вы­
ходная информация Jдя какого-,1ибо внешнего устройства. Запись
и считывание ннформацшr в буферно:v1 регистре происходят при вы­
полнении специальных команд обращения к внешним устройстваы
(при записи н считывашш).
Ко:v1анда обращен ня поступает в устройство управления из вычисли­
теля. На cyl\lлraтope адресов форынруется исполнительный адрес, ко­
торый вместе с признаком команды обращения и прнзнакоы записи илн
считывания поступает в блок адреса команд. С выходного регистра
блока адреса команд исполните,1ьный адрес команды обращения, яв­
ляющийся адресоы внешнего устройства, поступает в устройство
управления внешними устройстваыи на регистр адреса внешнего
устройства. Один из разрядов этого регистра хранит признак типа
команд; на других разрядах регистра выполняется дешифратор адреса
(номера) внешнего устройства и требуемого буферного регистра.
180


Выполнение команды обмена с внешним устройством начинается
после выдачи вычислителем сигнала в устройство управления внешни­
ми устройствами и получения ответного сигнала, подтверждающего,
что в последнем адрес внешнего устройства принят и можно выполнять
команду. Если выполняется команда обращения в режиме считывания,
то в вычислителе происходит прием кода нз устройства управления
внешними устройствами (т. е. содержимого ячейки, адрес которой был
указан в команде обращения). Если же выпоJшяется команда в режиме
записи, то осуществляется передача информации из вычислителя
в ячейку устройства управления, адрес которой выбран дешифра­
торами.
§ 7.3. СИСТЕМА ОБМЕНА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН
ТРЕТЬЕГО ПОКОЛЕНИЯ
Развитие вычислительной техники и системы обмена привело к по­
явлению мноrомашннных вычислительных систем ВС.
Мноrомашинные вычислительные системы представляют собой ло­
гическое следствие эволюции двух общих тенденций, действующих
в области конструирования вычислительных машин: стремления к мо­
дульной конструкции и организации одновременной (параллельной)
работы различных устройств l\lашины. Эти две тенденции и привели
к перерастанию системы модулей отдельной ЭВМ в систему самостоя­
тельных вычислительных средств, которые могут выполнять одновре­
менно различные части одной большой задачи или различные задачи
одной системы.
Одна из таких машин - центральный процессор
-
является глав­
ной, другие выполняют функции подчиненных, но автономных уст­
ройств. Такая организация предусматривает и использование широкой
номенклатуры обычных как у центрального процессора, так и у под­
чиненных машин, устройств ввода - вывода. В связи с этим машины
третьего поколения часто называют вычислительными систелшми.
Заметим, что возможны вычислительные системы, организованные
иначе, чем здесь описано.
Значительное ра~витие получили селекторные и мультиплексные
каналы. Подключение разнотипного периферийного оборудования
в вычислительной системе осуществляется с помощью интерфейса.
Под интерфейсом понимают совокупность электрических, механических
и программных средств, позволяющих соединять между собой элемен­
ты автоматической системы обработки данных.
Автономные устройства машин третьего поколения, обладая опе­
ративной памятью, выполняют свою программу (записанную в этой
оперативной памяти), которая называется вспомогательной. Вспомо­
гательные программы заменяют часть аппаратурного оборудования,
необходи!\юго для работы автономных устройств. В таких ЭВМ сигнал
об окончании работы любого автономного устройства, поступающий на
их регистр занятости, вызывает запись признака, говорящего о появле­
нии сигнала от автономного устройства. Этот признак записывается
в специальный регистр, называемый дежурным. Центральное устрой-
181


ство управления просl\1атривает дежурный регистр в каждоl\I такте,
т. е. при каждоl\1 выполнении рабочего цикла центрального процессо­
ра, и соответствующим образом его учтывает.
Из сказанного выше видно, что ЭВМ третьего поко.1е1шя фактически
представ,1яет собой систему нескольких l\!ашин, каждая нз которых
имеет свои устройство управления, систе:--rу коl\!3Нд, рабочий цикл.
Обычно отдельные автономные устройства, в дальнейшем буде;-., нх
называть пунктаl\lи первичной обраб01ки информации (ППОИ), раз­
делены в системе большими расстоянияl\!и. Поэто:-v1у для переноса ин­
формации от ППОИ к центральному процессору или к друпш ППОИ
приходится использовать линии передачи данных. Наиболее совершен­
ное решение задачи сопряжения ЭВМ с каналами связи в настоящее
время заключается в создании вычислительных агрегатов, содержащих
одну и.~и несколько основных мощных ЭВМ переработки информации
(центральных процессоров) и вспомогательные специализированные
ЭВМ обмена (процессоров обмена).
Процессоры обмена, будучи специализированными ВС, как прави­
ло, обладают значительно меньшей производительностью и логически­
ми возможностями по обработке информации, чем центральные про­
цессоры. Каждый процессор обмена, имеющий собственно арифмети­
ческое устройство, устройство управления и запоминающее устрой­
ство, l\lожет реализовать специальную программу обмена независимо от
центрального процессора; он подсоединен непосредственно к числовой
магистрали, с помощью которой центра.1ьный процессор сообщается
с большой скоростью со всеми другими блоками вычислительной систе-
1\IЫ. Система команд обменных процессоров имеет обычно небольшое
число (10-20) специальных команд обмена, содержащих контрольные
разряды (определители) микропрограммного типа, что позволяет в слу­
чае необходимости сильно расширить систему команд.
В качестве примера ЭВМ, специализированной для обмена инфор­
мацией, можно привести машину IBM-7741, разработанную фирмой
«Internatioпal Business Nlachiпes» (США). Это быстродействующее
цифровое устройство с пporpal\lillHЫM управ.~ениеl\!, специализирован­
ное для выполнения широкого диапазона связных функций:
преобразование с11rна.1ов, передаваемых по кана.1Ш\I связи, в сиг­
налы, требуеl\/ые д.1я работы ЭВJЧ IВМ-7741, и наоборот;
устранение искажений сигналов;
преобразование кода передаваемой информации в код централь­
ного процессора;
сопряжение l\lежду собой многих линий связи, об.1адающих раз-
личными пропускныl\111 способностями;
проверка линий связи и 11золяuии неисправных линий;
проверка аппаратуры передачи данных;
преобразование последовательного кода в параллельный и обратно
(сборка знаков из разрядов и разложение знаков на разряды);
сборка знаков в сообщения и разложение сообщения на знаки;
прием и передача сообщений переменной длины;
ус1ановление очередности обработки сообщений;
182


ко~1;,.1утаuия uею,1х сообщений, поступающих из одной линин rвязи
в другую;
проrрамыный анализ сообщений;
р~~1актированнс и фор~1ированне сооt'1щ~r!нЙ (нскл~оченне и1 прн­
нш1ае:11ых сообщеннй служебной инфор:-.1ащш II в1-:.1юченне ее в сооб­
щения при пере.,аче);
регистрация загрузки линий связи;
проверка и коррекuия передаваемой информащш;
соблюдение приоритетных правил;
указание времени суток.
Для выполнения этих функuий в ЭВМ IВМ-7741 широко использо­
вано сочетание аппаратурных и программных методов. Машинный цикл
проuессора об~1ена состоит из четырех uиклов обращения к запомина­
ющему устройству. Первый цикл используется исключительно для опро­
са каналов, а остальные три цикла- для выполнения программы и дру­
гих функций по обработке информации.
Главный машинный цикл образуется 124 такими машинными цик­
лами. Он соответствует последовательному опросу 124 каналов связи
и выполняется за 4960 мкс. По мере поступления разрядов по линии
из них собираются знаки в определенных ячейках запоминающего
устройства, связанных с каждым каналом связи. Эти ячейки называют
канальными ячейками. Из них знаки передаются в определенные мас­
сивы запоминающего устройства, указываемые адресами, хранящимися
в других ячейках, связанных с каналами. Эти ячейки называют вторы­
ми канальными ячейками.
Как только сообщения записаны в запоминающее устройство маши­
ны IВЛ-\-7741, они подвергаются различным видам программной об­
работки и передаются в числовую магистраль.
Итак, отличительной особенностью организации обмена в ЭВМ
третьего поколения является то, что ее внешние устройства ввода -
вывода представляют собой автоматы, обладающие самостоятельными
памя1 ью, арифметическим устройством, устройством управления и
устройствами ввода - вывода. Эти автоматы способны реализовывать
свои функuии по собственным программам.
§ 7.4. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПРЕРЫВАНИЯ ПРОГРАММ
Под прерыванuеJ,1, понимают вреыенную приостановку текущей
проrра:v~мы с запоминанием ее состояния в той точке, в которой она
была прервана, и одновременным переходом к другой программе. Си­
стема прерывания программ (СПП) позволяет центральному процес­
сору гибко реагировать на асинхронно появляющиеся внешние или
внутренние события, которые могут возникнуть в любое время. Каж­
дое событие представляется сигналами х1 , х2 , ... ,
хп, которые выраба­
тываются в отдельных устройствах ЦВМ и поступают на вход СПП
в виде запроса на прерывание.
В процессе раб(!)ТЫ машины схемным или программным путем ве­
дется непрерывный поиск сигналов, записанных на регистрах в по­
рядке приоритета, установленного для отдельных видов сигналов.
183


Система прерывания программ позволяет:
обеспечить более эффективное использование времени централь­
ного процессора;
упростить программирование в реальном масштабе времени, до·
пуская большую независимость при подготовке различных программ;
обеспечить возможность гибкого разделения сложной программы
на независимые и об,1егчить при этом выполнение работы с другими
проrраl\11\lами;
разрешиrь ЦВМ проводить быстрый и гибкий выбор одной из не­
скольких служебных програмl\1 при обнаружении неисправностей или
ошибок в рабочих програмl\\ах;
повысить надежность работы машины.
При разработке СПП для конкретной ЦВМ необходшю: выбрать
метод распознавания причин прерывания; определить l\Юl\Iент преры·
вания; определить последовательность действий при прерывании;
выбрать тип приоритетного решения и организовать индивидуальное
управление прерываниями; произвести оценку качества работы СПП.
Рассмотрим основные способы решения указанных выше вопросов,
применяемые при создании СПП в совреl\!енных снстеl\!ах распределе­
ния времени.
Распознавание причин прерывания. В l\1ультнпрограмыных систе­
мах каждой причине прерывания всегда отводится своя линия преры­
вания, соответствующая элементарному запросу на прерывание. При
наличии запроса на прерывание линия считается возбужденной и
для ее анализа используются программный и аппаратный 1\Iетоды.
При программном распознавании причин прерывания каждому
э.ТJеl\lентарному типу прерывания отводится разряд состояния в па­
мяти ЦВМ. В этот разряд заносится «I» при наличии запроса на пре­
рывание, а в противном с,1учае он содержит «О». Совокупность всех
разрядов состояния образует таблицу, анализ которой для определе­
ния точной причины прерывания производится программным путем.
Далее происходит переход к программе прерывания. Недостатком
программного l\\етода распознавания являются значите,1ьные затраты
времени на распознавание.
При прямоl\1 аппаратноl\l распознавании каждой причине преры­
вания соответствует своя подпрограм:v~а прерывания, переход к кото­
рой производится полностью аппаратно. Такое решение увеличивает
аппаратные средства сис1емы, занимает rvшoro места в оперативной
памяти, но зато является быстрым и удобным для проrра~ш1иста.
Наибо.1ее часто используется програl\!мно-аппаратный l\Iетод рас­
познавания, так как на его основе можно решить вопрос о том, какую
часть функций СПП выполнять аппаратным путе1-.1, а какую - про­
граммным.
Определение момента прерывания. При определении МОl\\ента пре­
рывания возможны следующие варианты управления прерыванияl\\и:
а) каждая причина в любое вреl\IЯ вызывает прерывание; 6) в каждой
команде имеется специальный признак, разрешающий или запреща­
ющий прерывание после выполнения данной команды; в) дифференци­
рованное управление прерываниями, при котороl\1 каждому триггеру
184


прерывания соответствует специальный защитный триггер. Совокуп8
ность защитных триггеров образует регистр защиты, позволяющий гиб­
ко организовать управление прерываниями; г) дифференцированное
\11равлен11е прерывания~.11-1 с блокиров1юй ЩJерывання в опреде,1ен-
11ые моменты времени.
В современных ЦBI'vl наиболее широкое прш,1енен11е наш.111 i\1етоды
г)ив).
Последовательность действий, выполняемых при прерывании. Не­
зависимо от того, какиi\1 способом производится распознавание причин
прерывания, ,южно выделить базовые функции, выполняемые СПП
в момент перехода к прерывающей програ:-.1ме. Для многих ЦВМ ал­
горитм работы СПП в 1\!омент прерывания состоит в определении момен­
та прерывания; запрещении прерываний в моl\!ент обработки поступив­
шего запроса; сохранении всей инфорыации о прерванной програм­
ме для обеспечения возврата к ней; формировании адреса первой
команды специальной подпрограммы, определяющей причину прерыва­
ния; опреде.1ен11и причины прерывания и ВЫПО.'IНении программы,
соответствующей поступившему запросу; восстановлении информаци1J
и возобновлении выполнения прерванной программы.
Типы приоритетного решения. К основны:\1 способам назначени~:,
приоритетов в мультипрограммных ЦВМ относятся программируемый,
аппаратный и аппаратно-программируеl\1ЫЙ.
1.Програмl\lируемыйпрIIоритет.Этоттипприори·
тета вводится в систеl\!аХ, в которых прерывания разбиты на классы.
Каждому источнику прерываний отводится разряд в регистре хранения
всех запросов на прерывание. Каждому классу прерывания соответ­
ствует разряд в регистре прерывания. Kpor-,1e того, каждому классу
отводится разряд в регистре маски (защиты). Регистр Jl!аски может из­
менять свое значение под управлением специальной программы. Это
дает возможность гибко организовать динае11ическое управление
приоритетами.
Аппаратный приоритет.Приаппаратноl\1приоритете,
как и в предыдущеы с,1учае, прерывания группируются в классы, чис­
ло которых может быть самым различны!\!. Каждоыу классу присваи­
вается определенный уровень приоритета. Считается, что первый уро­
вень обладает наивысшим приоритетом, оста.т1ьные приоритеты убы­
вают в порядке возрастания номеров: 2, 3, ... , т. Очевидно, приоритет
любого i-го уровня может прервать любую нз подпрогра,1м с уровня­
ми i + 1, i + 2, ... , но не может прервать подпроrрам!\1у, уровень ко­
торой с меньшим номероl\1. Обычно прерывания уровня i не прерывают
подпрограмму этого же уровня. Вся приоритетная система реализует­
ся аппаратно.
Аппаратно-проrраммируемый
.п
риоритет.
При аппаратном приоритете приоритеты уровней жестко заданы аппа­
ратно, что значительно снижает гибкость системы. Аппаратно-програм­
мируемый приоритет для устранения этого недостатка предусматри·
вает возможность изменения приоритетов нек01орых уровней с помощью
специальных команд, обеспечивающих установку нужного кода защиты
n регистр l\1аски.
185


Оценка качества системы прерывания программ. Критериями, оце­
нивающшш качество системы прерывания программ, являются:
вре;ИЯ peal(ЦUU tP - время между поступлением запроса на преры•
вание II начало~~ выполнения первой полезной команды запрашива•
ющей проrрам;v1ы;
непроuзводuтелыюе время t8 -
разность между общим вре:v1енем, не­
обходю1ьш для полной обработки поступившего запроса i3 , и време­
неl\1 выполнения всех полезных ко~1анд программы /к: /5 = t3 -
tк;
опmuhtальная реаl(цuя на приоритет - способность системы в дан•
ный момент вреl\1ени решать задачу, имеющую максимальный приори·
тет. Иныl\IИ словами, в любой момент времени ЦВМ должна решать за­
дачу,
имеющую запрос с максимальным приоритетом: QJlt =
=
max (rp1, QJ2, •.. , QJп), k = I, 2, ... , п, где QJ11 - весовой коэффициент,
учитывающий приоритет k-й задачи.
насыщение системы - невозможность своевременно реаrировать
на отдельные запросы, что приводит к потере информации;
стоu.мость системы прерывания.
Рассмотрим, как работает система прерывания.
Прерывание по х1 может вызвать любой сбой вычислителя: наруше­
ние контроля информационного слова; нарушение защиты памяти, вы­
борку недействительного кода команды; выбор десятичного операнда
с нецифровой коl\1бинацией; неверный выход на подпрограмму и т. д.
Очевидно, что причиной прерывания может оказаться как неверная
работа аппаратуры, так и неверно составленная программа. Управля­
ющие программы, обслуживающие данный запрос на прерывание, ана­
лизируют создавшуюся ситуацию и принимают соответствующее ре­
шение.
Прерывание по х2 происходит в случае возникновения аппаратур­
ной или программной сбойной ситуации работы одного из каналов об•
мена. Такими сбоями могут быть: нарушение контроля информацион­
ного или управляющего слова; нарушение контроля информационного
символа; возникновение специфического сбоя конкретного внешнего
устройства; нарушение работоспособности устройства в процессе ра­
ботыит.д.
Прерывание по х 3 характерно для активных внешних устройств,
которые ведут произвольный «диалог» с машиной. Этот сигнал является
признаком того, что какое-то устройство должно вводить в машину
информацию. Управляющие программы отыскиваюг но:\1ер запраши­
вающего внешнего устройства и подготавливают место в па:\IЯТИ для
приема инфорыаuии, разрешив соответствующему устройству вводить
ее.
Программы пользователей для работы с внешними устройствами
применяют экстракоды внешних устройств. Как только в проrрамые
пользователя попадается экстракод, специальным сигналом хп про­
исходит прерывание на служебную программу. Эта программа опреде­
ляет причину прерывания и передает управление программе «Супер­
визор» (см. § 7.5).
186


§ 7.5. ЛОГИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА СИСТЕМ
С РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ВРЕМЕНИ
Характtрньшн особенностт,ш систем с распрсдс,1ен11е,1 пре:-.1еш1
(СРВ) являются:
распределение ресурсов системы ыежду больш11:--1 число111 пользо­
вателей;
независимость обслуживания каждого потребителя от характера
обслуживания остальных;
минимальные затраты на обслуживание.
В зависимости от форм эксплуатации различают следующие режи­
мы работы СРВ: пакетной обработки информации; «запрос - ответ»;
разговорный; универсальный.
Режим пакетной обработки информации характеризуется тем, что
правила перехода от программы к программе устанавливаются из
соображений достижения максимальной производительности машины
путем возможно более широкого использования совмещений (одно­
временно проводятся решение одной задачи и вывод результатов
другой задачи). Эгого можно добиться за счет хорошего подбора
«пакета» задач и правильного распределения работы устройств
машины.
В режиме «запрос - ответ» машина постоянно занята работой, на­
зываемой сроковой, например, пакетной обработкой задач. Кроме то­
го, имеется несколько пультов, как правило, удаленных от машины,
и через них может быть послана серия вопросов, каждому из которых
соответствует специальная программа системы, вырабатывающая tш­
ределенный ответ. Когда на одном из пультов задается вопрос, управ­
ляющая программа прерывает фоновую задачу и передает управление
соответствующей программе. Программа вырабатывает ответ, который
сразу же передается на пульт, далее возобновляется решение фоновой
задачи.
В разговорном режиме предусматривается разделение l\lашинных
ресурсов между ограниченным количеством пользователей, 11меющих
прямой доступ к машине через пульты, часто удаленные от нее (терми­
налы). Терминалы могут включать в себя: пишущие машинки; экран­
ные пульты; графопостроители; устройство чтения с перфолент; те­
летайпы.
Систе~1ы, работающие в универсальном режиме, сочетают в себе
аспекты всех систем, рассмотренных выше. Пользователи Иl\lеют пря­
мой доступ к ыашине через пульты, которые могут быть удаленными
и обладать набором средств общего доступа, расположенных в непо­
средственной близости от машины (магнитные диски, барабаны, ленты
и т. д.). Средства общего доступа обслуживаются центральным опера­
тором по командам от пультов.
Организация многопрограммной работы потребовала создания
сложных управляющих программ, которые в сочетании с дополнитель­
ными аппаратными средствами организуют эффективное решение за­
дач в системе. Рассмотрим управляющие программы в виде иерархии
187


двух уровней: на верхнем уровне находится монитор, на нижнем -
супервизор.
Монитор - планирующая программа, которая планирует на ос­
нове данных, получаемых от пользователя, оптимальное прохожде­
ние нескольких задач, учитывая их приоритет, срочность, ожи­
даемую продолжительность работы, характер загрузки внешних
устройств.
Супервизор коорд11нирует выполнение потока задач, распределяет
между ни:vш ресурсы систеl\rы (время процессора, память, устройства
ввода - вывода) на основе сигналов прерывания и данных, получен­
ных от монитора. В состав супервизора входит программа управления
вводо:--1 - выводоl\1. Рассмотр11l'.1 эту програl'.1му.
Супервюор ввода - вывода реализует функции, связанные с опе­
рациями ввода - выпада, важнейшими из которых являются: распре­
деление ресурсов каналов и устройств ввода - вывода; запуск и за­
вершение канальных программ; программный анализ каналов и
устройств ввода - вывода; корректировка ошибок, связанных с вво­
дом - выводом.
Управление супервизором ввода - вывода происходит через си­
стему прерывания программ. Для связи своей программы с управля­
ющей программой программист использует системные макрокоманды,
которые служат своеобразным интерфейсом между программами поль­
зователя и супервизором. Это обычно макрокоманды ввода - вывода
и макрокоманды для связи с удаленными объектами.
При поступлении требований на выполнение операций ввода -
вывода супервизор ввода - вывода проверяет, заняты ли затребован­
ные устройства и каналь1. Если они заняты, то требование направля·ется
в очередь, если не заняты, то канальная программа запускается не•
медленно.
Для своей работы супервизор использует несколько управляющих
блоков, основными из которых являются блоки ввода - вывода (БВВ),
синхронизации событий (БСС), управления устройствами (БУУ).
БУУ формирует управляющие сигналы для каждого подключенного
к системе устройства ввода - вывода. В его информационных полях
содержится постоянная информация об устройстве (класс, тип, адрес
канала, подканалы, информация о текущем состоянии устройства,
адреса програмl\1, которые связаны с особенностями данного устройст­
ва, програl\lмы корректировки ошибок, управление очередью и каналщ1
и т. д.).
БВВ и БСС обслуживают каждое конкретное требование на выпол­
нение операции ввода - вывода.
БВВ содержит информацию, необходимую для выполнения каналь­
ной программы: ее адрес, область памяти, куда записывается информа­
ция о состоянии канала, адрес программы пользователя (поля ввода -
вывода) и т. д.
БСС служит для отметки состояния программы, окончания опера­
ции ввода - вывода и самого факта завершения обработки инфор­
мации.
188


§ 7.6. МУЛЬТИПЛЕКСНЫЙ И СЕЛЕКТОРНЫЙ КАНАЛЫ
Мультиплексный канал. Мультиплексный кана.1 пре,:щазпа,rается
д.п}t подклt(JЧt:ния к проuессору tiнешннх устроi"'rстп. с1-:орость uб:\1t:на
инфорl\\ацией с которылш относительно невысока (в11еш1ш~ устройства
подкJ1ючаются к му.1ыш1лексно:v1у каналу через устроiiство об:v1ена).
Характеристики мультиплексного канала в значительной :11ере опреде­
ляются характеристиками самой машины. Количество по,:щ,1ючаемых
к мультиплексному каналу внешних устройств зависит от быстродейст­
вия этих устройств и машины. Так, в ЭВМ ЕС-1020 к 1\1у.1ыиштексному
каналу может быть подключено до 242 внешних устройств.
Для выпо.1нения операции обмена служат подкана.1ы. Подканалы
представляют собой специальную область оперативной паыяти, назы­
ваемую .мультиплексной палtятью канала. В памяти мультиплексного
канала хранится и модифицируется вся информация, необходиыая для
осуществления обмена с внешними устройствами.
Структурная схема ыулыиплексного канала ЭВМ ЕС-1020 состоит
11з ряда регистров, осуществляющих управление по линиюr и шина:v1
интерфейса: управление каналами, управление абонентами, входной
информацией, выходной инфор!\lацией и контролем.
Мультиплексный канал подк.'тючен к процессору через блок управ­
ления кана.'131\111, который состоит нз: комбинационных регистров
управJтения канала!\111 и дешифратора констант; регистра управления;
схемы фор!\rирования запросов на 1\Шкропрогра!\шную приостановку;
блоков выдачи содержиl\юго регистров каналов на вход вычислители
11 coдepжlll\IOГo регистров ;ханных каналов на входы 11нфорыащюнных
регистров оперативной паыяти.
Регистр управления каналами предназначен д.<тя управления пр11-
знакаыи на линиях интерфейса. Он состоит из ряда триггеров, име­
ющих свое функциональное назначение. Установка триггеров произво­
дится микропрограммными 11ли логическими cxel\1al\ш кана,1а.
Регистр управления абонента СJтужит для запоl\111наю1я входных
сигналов интерфейса (работа абонента, адрес абонента, управление от
абонента и др.), формирования управляющего признака свободного
интерфейса, сигна.1ов выбора устройства и запроса на м11кропрограм­
мную приостановку. Он состоит из триггеров, установка и сброс кото­
рых осуществ.1яются аппаратно по соответствующим с11гнала:v1.
Регистр выходной информации С.'тужит для выдачи инфор:v~ации
на шины канала. Он содержит семь информационных и один контроль­
ный разряд. Инфор!\Iация в регистр 1\южет поступать с информационных
регистров оперативной памяти, а также с выхода с ариф~rетико-логи­
ческого блока. Установка каждого из триггеров регистра происходит
под воздействием сигнала, поступающего с выхода соответствующего
разряда регистра оперативной памяти.
Регистроl\1 входной информации названы усилители прие~шика,
через которые информация с шин абонента передается в информацион­
ные регистры оперативной памяти и на вход логического блока. Ин­
формация с шин абонента поступает на вход логического блока, если
присутствует признак работы мулыинлексноrо канала.
189


Один регистр контроля служит для контроля правильности и соот•
ветствия признаков и сигналов интерфейса. Он содержит семь тригге•
ров, каждый из которых устанавливается сигналами по соответству·
ющиl\1 шинам.
Другой регистр контроля содержит восемь триггеров, каждый из
которых устанавливается при обнаружении перерыва в работе интер­
фейса.
Для выполнения операции ввода - вывода информации во всех
каналах используются три вида управляющей информации: инструк­
ции, ко\1анды, приказы.
Инструкции ввода - вывода являются частью программы. Все
операции в канале с устройствами ввода - вывода задаются при по­
мощи четырех инструкций: «Начать ввод - вывод» (используется для
запуска всех операций передачи данных и управления); «Проверить
ввод - вывод» (определяет состояние канала, подканала и адресуемого
внешнего устройства); «Остановить ввод - вывод» (служит для прекра­
щения операции ввода - вывода); «Проверить канал» (предназначает­
ся для определения состояния канала). Все инструкции задают номер
канала и адрес устройства, к которому они адресуются.
Команды предназначаются для запуска операций ввода- вывода
на внешнем устройстве. Их шесть. Три из них («Запш:ать», «Считать»,
«Считать в обратном направлении») выделяются для организации
обмена с внешним устройством.
Приказы указываются в командах управления и передают внешне­
му устройству указания о выполнении специфических для данного
устройства функций (например, указание перемотать ленту, устано­
вить плотность записи и т. д.).
Выполнение операции ввода - вывода в мультиплексном канале
начинается по инструкции «Начать ввод - вывод». Микропрограмма
устанавливает связь канала с внешним устройством и выдает ему код
команды. Дальнейшая работа зависит от того, какой режим работы
задан, монопольный или мультиплексный. В монопольном режиме ка­
нал обслуживает только одно внешнее устройство до полного заверше­
ния цикла обмена. В мультиплексноl\r режиме канал работает одновре­
менно с несколькшш1 внешними устройствами в режиме микропрограм­
мных приостановок.
После завершения передачи данных внешнее устройство выдает
байт состояния с признаком «Канал кончил», «Устройство кончило».
Се.ТJекторный канал. Селекторный канал предназначается для под­
ключения к процессору быстродействующих внешних устройств: на­
копите.1ей на магнитных лентах, барабанах, дисках и т. п. Эти устрой­
ства Иl\rеют относпте.1ьно высокую скорость обмена, соизмеримую с вре­
менем обращения оперативной памяти, и подключаются к селекторному
каналу через устройства управления внешними устройствами (УВУ).
Число подключаемых каналов, УВУ и внешних устройств определяется
конкретным типом вычислительной машины, так, в машине «БЭСМ-6»
можно подключить до 16 магнитных барабанов и 32 лентопротяжных
механизмов, а в машине «Минск-32» общее количество подключаемых
быстродействующих устройств достигает 32.
190


Поскольку быстродействие внешних устройств селекторного кана.1а
,<::измеримо с быстродействием оперативной памяти, то в каждый
1\Ю!\!ент времени может работать только одно внешнее устройство,
I!ОИСК )Ке нужной ЗOHLI Л[О~·кет произво...1нться на нelEU_'!I->!'\llX ~\]3ГН!!ТННХ
,юсителях одновременно.
При наличии запросов на обращение одновре1снно от Н(:ско.1ью1х
1<аналов, последние обслуживаются по очереди в соответствш1 с уста­
новленным приоритетом. Это, однако, приводит к появлению некоторых
задержек при обмене, время и характер которых зависят от орrаниза­
uии обмена и быстродействия устройств.
В машине «БЭСМ-6», например, возможны четыре типа задержек:
1) задержка t1 при передаче кода адреса с буферного регистра внеш­
него обращения на выходной регистр адреса магнитного оперативного
запоминающего устройства (МОЗУ), на котором смена кода происходит
не чаще чем через 0,3 мкс;
2) задержка t2 из-за того, что запрос на внешнее обращение появил­
ся позже какого-либо другого запроса, занявшего тот блок памяти,
к которому необходимо внешнее обращение. Ее максимальная величи­
на достигает 2 мкс (цикл работы МОЗУ);
3) задержка t 3 , связанная с тем, что смена кода на буфернт,1 регист­
ре адреса внешнего обращения происходит минимум за 0,6 мкс. Эrо
увеличение времени смены кода по сравнению со временем смены кода
на других регистрах адреса связано с относительной удаленностью
стойки УВУ от стойки устройства управления;
4) задержка t4 из-за наличия времени ожидания считанного из
МОЗУ кода, равного приыерно 1 мкс.
Операция ввода - вывода начинается в канале по инструкции про­
цессора. Управляющая информация, полученная каналом, преобра­
зуется в последовательность сигналов, поступающих в УВУ. Канал
производит запуск УВУ на выполнение команды ввода - вывода.
УВУ формирует запросы на передачу информации, обс.1у,юшаемые
каналом. Если в УВУ возникают сигна.т:ш, которые необходшю пере­
дать процессору (например, сигнал об окончании операции ввода -
вывода), то канал преобразует эти сигналы в стандартную фор:--1у, удоб­
ную для дальнейшего использования в процессоре.
Обычно селекторные каналы, так же как и мультиплексные каналы,
строятся на регистрах, каждый из которых имеет вполне определенное
функциональное назначение по приему, хранению, контролю или мо­
дификации управляющей информации.
§ 7.7 . ВВОД ИНФОРМАЦИИ С ПЕРФОЛЕНТ И ПЕРФОКАРТ
Ввод в вычислительную машину информации, записанной на пер­
фолентах и перфокартах, осуществляется через устройства управления
вводом (УУВв). При этом реализуется схема, изображенная на рис. 7.5 .
Считывание информации осуществляется с помощью устройств считы­
вания, описанных в § 6.8. УУВв предназначается для управления
устройством считывания, а также приема считанной информации и
191


ввода ее непосредственно в процессор (в арифметическое устройство
или оперативную память).
Рассыотриы реализацию этой схемы в машине «Минск-32».
Считывание данных с перфо.1енты производится с помощью считы­
вающего устройства FS-1501, которое является одним из наиболее бы·
стродействующих и предназначено для считывания информации с пяти·,
шести-, сош- ил11 восьl\IИдорожечной перфоленты со скоростью до
УсгпроисгпtJо
считы8ония с
r:epфui.!oxy:,eнmo8
УУВВ
Процессор
Р11с. 7.5 . Схема ввода инфор~1аu11н в UB,\\
1500 сюrволов в l с в неnрерывноl\1 режш,rе. На выходе устройства
FS-1501 информация представлена в виде пряl\юугольных импульсов от­
рицате,1ьной полярности в TOI\I же коде, в котором она была нанесена
на перфо.1енту.
Структурная схе:1,ш устройства FS-1501 представлена на рис. 7.6.
Электродвигатель ЭД приводит в движение лентопротяжный меха­
ни%1 ЛМ и одновременно работает в качестве вентилятора для охлаж­
дения си.1овых электрических цепей и цепей питания. Блок питания
1... 8
______,
Ичрормацuо11-,
IIЫ[l СИг Ч/J;7;;1
си
зл
БП
БП состоит из трансфорыатора, выпрямите.1я, фильтра, стабилизато­
ра и предназначен для выработки стабилизированных напряжений
+12, -6 и -30 В. Блок усиления и формирования сигналов БУФС уси­
ливает и формирует по амплитуде и длительности импульсы, поступа­
ющие с фотоэлементов. Блок ввода перфоленты БВвП (рис. 7. 7) считы­
вает с последней информацию, представленную в виде пробивок, и пре­
образует ее в электрические импульсы.
192


Основу БВвП составляют механизмы сцепления и торыоза, обра­
зующие узе,1 лентопротяжки, и блок считывания.
Механизl\1 сцепления представ~_яет собой систему ~~ двух ~~агннтнn~
разделенных ро.1иков- ведущего J и прижимного 4. оедущпи ро.1ик ,J
одной стороной укреплен на оси электродвигателя, другой - посажен
в тефлоновый подшипник, впрессованный во втулку 2. Втулка закреп­
лена на сердечнике со.пеноида сцепления 1. Прижимной ролик прижи­
мается угольником б через резиновую прокладку 5 к ведущему ролику.
Механизы тормоза состоит из подвижной и неподвижной частей.
В неподвижную часть входит соленоид 13 U-образной формы. Подвиж-
3
2
Положение отки!Jного плеча
при запра8ке перфоленты
Раоочее положение
'у~
~
/
.
аткииного плеча 7
5В/
/
16
.
1
БС1
15
•
13
______,
fЧ.
Рис. 7.7 . Схема FS-1501
ной частью механизма тормоза является плоский сердечник 11, кото­
рый прижимается угольником 9 через резиновые прокладки 10
к U-образному сердечнику.
За счет постоянного механического контакта перфоленты с прижим­
ным роликоы и плоским сердечником и малых механических переме­
щений обеспечивается высокое быстродействие устройства.
Соленоиды механизмов сцепления и тормоза расположены на лен­
точном сто.1ике 14. Прижимной ролик и плоский сердечник находятся
в откидноы ш1ече 7. Перфолента 12 движется в зазоре между направля­
ющим кана.1оы ленточного столика и откидным плечом. Применение от­
кидного плеча упрощает заправк 1 перфоленты в устройство. Рабочее
положение откидного плеча фиксируется пружинной защелкой. Ши­
рина направ.1яющего канала регулируется установочной планкой,
которая фиксируется в четырех положениях и перемещается при помо­
щи ручки. Основные части блока считывания БС, состоящего из осве­
тительной лам~очки, объектива, призмы, заканчивающейся цилиндрн­
ческой линзой, и головки с фотодиодами, также крепятся к ленточному
столику и откидному плечу.
7 Зак.744
193


Головка с фотодиодами 15 располагается за освЕ:ппельной щелью
направляющего канала. Она содержит десять фотодиодов, от;.J/'.'Jенных
друг от друга светонепроницаемыми перегородками (восемь фотодио­
дов считывают информацию с информационных дорожек, девятый -
с синхродорожки, десятый служит для контроля за заправ1,ой в устрой­
ство перфоленты). Между фотодиодами и перфолентой наход1пся стек­
лянная диафрагма 16 с прямоугольньшн отверстияl\ш, которые точно
ограничивают длину и ширнну светового пучка, падающего на фото­
диоды. Прнзl\lа 5 закреплена на передвижной pal\1e 8 в средней части
откидного плеча. Она направляет световой поток от лампочки, распо­
ложенной сбоку от лентопротяжного тракта, на перфоленту.
Осветительная лампочка и объекти3 находятся на переднеii ст~нке
устройства и на рисунке не показаны.
Работа устройства FS-1501 происходит под действием внешних взаи­
ыоинвертированных управ,1яющих сигналов «Пуск» и «Стоп»
(см. рис. 7. 7). Устройство будет готово к работе, если на него подано
питание, заправлена перфолента и отющное плечо находится в рабо­
чем положении и на выходе появится сигнал «Готовность FS».
До прихода сигнала «Пуск)) соленоид сцепления обесточен, а соле­
ноид тормоза возбужден. В это время перфолента неподвижна, так
как сила торможения в несколько раз больше силы сцепления перфо­
ленты с ведущим роликом 3. Последний получает постоянное вращение
от электродвигателя. Узкий световой луч находится перед очередным
~юдом (строкой на перфоленте) символа, так что ни один из фотодиодов
не засвечен. По сигналу «Пуск» соленоид тормоза 13 обесточивается,
а соленоид сцепления 1 возбуждается и притягивает прижимной
ролик 4, а последний прижимает перфоленту к ведущеl\lу ролику 3 Сила
сцепления ведущего ролика с перфолентой возрастает, и она Пl·редви­
гается вперед на одну позицию. Проис:--:одит считывание кода очеред­
ной строки. При наличии пробивки на перфоленте блоком считывания
вырабатывается и:-.шульс на соответствующей кодовой шине сп:--шола,
что соответствует единице в кодовой комбинации символа.
При считывании информации с восьмидорожечных перфолент
в УУВв устанавливается один из двух возможных режимов ввода --
«8 чет.» или «8 нечет.». Наприыер, в режи!\lе «8 нечет.» каждая строка
перфоленты должна содержать нечетное число пробивок. Этим обес­
печивается контроль правильности считывания и передачи информа­
ции. Считанный код символа поступает в блок усиления и формиро·
вания сигналов БУФС. В l\Юl\1ент зате~шения фотодиода синхронизи­
рующей дорожки в устройство FS-1501 поступает сигнал «Стоп».
Величина тормозного пути при полной скорости передвижения перфо­
,1енты не превышает 1,5 l\CI!.
Связь устройства FS-1501 с ЭВN\, а также управление его работой
осуществляется устройство~~ управлення вводом (УУВв), которое !\IО­
жет работать в режимах «Работа с ЭВМ» и «Автоно.м».
Режим «Автоном» предусмотрен для проверки и наладки основных
функциональных блоков УУВв. Перевод УУВв в режи;1,1 «Автоном»
осуществляется с пульта управления устройства без отключения от
ЭВ.\\.
194


Режим «Работа с ЭВМ» является основным рабочим режимо,!
устройства и обеспечивает ввод ипфор:v1ац~ш, считываемой с перфо­
ленты D ЭRМ.
Едшшцей ннформации при об:чене ЭR.Ч с УУВв является ст.шо:1,
состоящнй нз восыш двоичных разрядов (се:vш информащюнных раз-
рядов и одного контрольного).
,
Для хранения кода символа, подлежащего вводу в ЭВМ., в УУВв
имеется регистр символа. Передача кодов симвоJJов в ЭВМ. осуществ­
ляется по запросам УУВв. На ввод каждого символа формируется сиг­
нал «Запрос». Код символа передается в ЭВМ. по восьмикодовьI:\1 шинам
симво.'Iа одновременно.
Связь УУВв с ЭВМ. устанавливается только на время приема
ко:v1ан;1ы II вы;1а<111 информации в ЭR,\i..
В УУ1:3в рса.111зуется две ктrанды обращею-1я: «Ввести си.ивол»,
«Ввести .нассив».
По 1ш~rанде «Br:ecma символ» в ЭВЛ\ шюд1пся один СИ!\ШОЛ и связr,
УУВв с ЭR:\\ пос1е этого прекращаетс5!.
По ко:v1анде «Ввести массив» ввод сюшолов в ЭВМ. продолжается
до прихода из ЭВМ признака конца ввода сигнала «Конец .массива»,
после чего связь УУВв с ЭВМ прекращается. Согласование работы
УУВв с внутренни:\1 циклом ЭВМ. осуществляется синхроимпульсами
эвм..
Структурная схема УУВв приведена на рис. 7.8.
В состав УУRв входят с,1едующ1rе фунюшональные уз.1ы: регистрп
си11шо.1а; Ео1про.и и корректиров1ш; фогщирования ко.1а снмвола­
управ,с1сння; фор11трования запроса; синхронизации; сбоев; электро;
питан11п II нул1,т управления.
~1Зl'.·1 per11cтp;i сиl\шола УРгС нредназначен для приема н хр;~нения
инфор1шш1r, соответствующей пробrшка~1 на одной строке перфоленты.
Узе,1 контроля и корректирования УКК осуществляет контроль
принятого в УРгС символа и последующую его корректировку.
При вводе с пяти- или семидорожечных перфолент информация, соот­
ветствующая пробивкам на перфоленте, заносится соответственно
n пять или семь разрядов УРгС, восьмой контрольный разряд обмен­
ного сюшо.1;~ фор\шруется путеr добавлен1111 «1» в с.т1учае, если зшш­
саннаи с псрфо.1е1пы часть об!\1с111rого сшшола «Чет».
Пр11 !Ш(J;\е 1111формации С ВОСЬl!l!дОрожечных перфD.11ент со,1ержи­
мое nзo·iшюii с 11срфоленты строк11 занос1пс51 в 1 -ё- 8-й разрнды ,УРгС.
Заш~с:111ш,1ii в ,УРгС код символа нровернется на «Нечет.» 11.~и «Чет.)>
11 в Сl\чае «Чет.» осуществ.'Iяето, 1шрμектr1ровка символа путем изме­
нения его 1юнтрольного разряда.
Узе.1 фор\шроnания кода символа УФКС предназначен д.r1я переда­
чи в ЭВ}v\ кода об\1енного сюшо,1а по восЫ\ш кодовьш шиНШ\I парал­
лельно.
Узе.1 управления УУ осуществляет прне:-1 из ЭВЛ1 кт.1анд и управ­
ляющ11х сигналов, запуск УУВв на отработку сигналов и в,,щачу ос­
талышх с11п1а.10в в ЭВМ.. YJ/ проrвво'J,IП анализ готовносп1 к рабо­
те устройства FS-1501 (заправлена .111 r1ерфо.1ента, подано л11 п11тание,
7*
195


откидное плечо в рабочем ли положении) и производит пуск II останов
лентоп рот я жноrо механизма.
Узел формирования запроса УФЗ вырабатывает сигнал «Запрос»,
синхронизированный синхроимпульсами СИ с внутренню.1 циклом
эвм.
ш~
r-"-
1
1
1
1
1
1
1
си1
1
1
сс- .,\
" оои38!11
"КМ" 1
KoNaнiJы
1
1
1
1
1
и\
1
сигналы
упраВ------11-~
ления из 1
эвм 1
1,__
!:!!:18В
п!i
Ko!J сиN8ола
!:IФКС
!:JKK
-,
1
1
1
1
1
1
1
1
1
(
1
1
7Jигналы с------ _. . J
синхроilоражни
11 Гото8ность,.."---'' ---,
,,Луск"
11 Стопt'
FS-1501
Сигнал с uнрор-
11ационнь:х орожек
Р11с. 7.8. Структурная схема ~,'~'Вв
Узел синхронизашш УСuнхр. предназначен для фор:1шрования сиг•
налов «Конец работы» и «Сбой», синхронизированных с внутренним
цикло:v1 ЭВ;\'\. По с~1rналаы «Конец работы» и «Сбой» связь УУВв
с ЭВМ прекращается.
Узел сбоев УСб фиксирует сбои УJ<"Вв, сигналы сбоя, поступающие
пз ЭВМ («Сбой ЭВМ»), и отключает УУВв от ЭВМ.
Пульт управления ПУ предназначен для проверки УУВв в авто­
ноl\шом режиме. На пульте управления задаются режиl\,Ы работы УУВв
(<<Автонол~». «Работа с ЭВМ») и режим ввода перфо.r1енты.
Узел электропитания УЭП предназначен для питания элементов
УУВв стабилизированными напряжениями -15; -8,5; +2,58 и пере•
менньн,ш напряженияыи 220 и 36 В, 50 Гu.
196


Связь УУВв с ЭВЛ\ устанавливается с 1\!С}1ента поступ,-1ення в J'Y
команды обращения. Если УУВв готово к работе (на пульте управления
установлен режим «Работа с ЭВМ» и из устройства FS-1501 поступает
сигна,1 «Гогповносmь>>) и не занято, то оно 11ристу11~ет к nLrпо~1ненпЮ по­
ступившей команды. Если УУВв занято выпо,1нен11е:-1 предыдущей
команды обращения, то оно не выходит на связь с ЭВ,Ч по данному
обращению.
Рассмотрим выполнение устройством команды «Ввести силtвол».
По сигналу «Пуск-1», поступающему из ЭВМ, устройство перево­
дится в состояние «Занято» и узел управления осуществляет сброс
УРгС и запуск лентопротяжного механизма устройства FS-1501 (сиг­
нал «Пуск»). При протяжке перфоленты происходит считывание кода
симво,1а. Занесение кода сиl\шола в УРгС стробируется сигналом с син­
хродорожки. Принятый в УРгС код си11шола контролируется УКК
на соответствие числа единиц нечетному числу (рассматривается режим
ввода перфоленты «8 нечет.»). Скорректированный в соответствии
с семью 111,1адши11ш разрядаыи код символа поступает в УФКС.
По заднему фронту сигнала с синхродорожки осуществляется за­
пуск УФЗ, и УУ вырабатывает сигнал на остановку лентопротяжного
мехаюв;,.1а (сигнал «Стоп»). По очередному синхроимпульсу из ЭВ./\\
узел форl\!ирования запроса вырабатывает сигнал «Запрос». В ответ
на этот сигнал из ЭВМ приходит сигнал «Пуск-2». По сигналу «Пуск-2»
УУ сни:..1ает сигнал «Запрос» и посылает в ЭВМ сигнал «Ввод». Ответоl\1
ЭВЛ\ на сигнал «Ввод» является сигнал «Обмен», по которому скоррек­
тиропанный код символа ввод1пся в ЭВМ, и УУ осуществляет запуск
узла синхронизации. За сигналом «Обмен» из ЭВМ l\Югут поступить сиг­
налы «КМ» и «Сбой ЭВМ». Узел управления УУ стробирует прием
этих сагналов в УСб. По очередноl\1у синхроимпульсу из ЭВМ УСuнхр.
посылает в ЭВМ сигнал «Конец работы», по котороl\1у связь устройства
с ЭВ}\\ прекращается.
К:оl\1анда «Ввести массив» на п_ервом этапе выполняется аналогично
коl\1анде «Ввести сu.мвол». Отличие заключается лишь в том, что по
сигналу «Обмен» после ввода в ЭВМ кода первого сиl\шола УУ осу­
ществляет сброс УРгС и запуск лентопротяжного механизма устройства
FS-1501 на считывание следующей строки перфоленты. Этот процесс
продолжается до поступления из ЭВМ сигнала «КМ», который фикси­
руется в УСб. Так как сигнал «КМ» по времени поступает после сигна­
ла «Обл1ен», то УУВв выполняет еще один цикл ввода. В этом цию1е
по сигналу «Об,~tен» узел сбоев запретит новый пуск лентопротяжного
механизма и запустит УСинхр. на выработку сигнала «Конец работы».
При неправильном считывании символа УКК вырабатывает сигнал
«Чет.». При наличии сигнала «Чет.» по заднему фронту сигнала с син­
хродорожки проJiсшедший в УУВв сбой фиксируется в УСб. По сигналу
«Обмен» сбойный (откорректированный) символ вводится в ЭВМ и осу­
ществляется запуск УСuнхр. По очередному синхроимпульсу в ЭВJ\·1
поступает сигнал «Сбой». Связь УУВв с ЭВМ по этому сигналу прекра­
щается.
Если в процессе обмена информацией между УУВв и ЭВМ в послед­
ней произошел сбой (сигнал «Сбой ЭВМ»), то он фиксируется в УСб.
197


После поступления сигнала «Сбой ЭВМ» УУВв вводит в ЭВМ еще один
с11мвол и прекращает свою работу. Сигналы «Конец работы» 11 «Сбтi»
в этом случае не вырабатываются.
Примерно так же организуется ввод информации и при ее считыва­
нии с перфокарт, но само устройство иыеет существенные отличия.
Рассыотрим это на примере вводного устройства ВУ-600.
J\'\еханиз~, ВУ-600 l\!Ожет работать п режиыах: непрерывного ввода
перфокарт II стартстопного ввода. Скорость считывания при непрерыв­
ном вводе составляет до 600 перфокарт/мин, при стартстопном вводе -
до 300 перфокарт/мин. В блоке считывания ~1еханизма ВУ-600 исполь­
зован фотоэлектрический метод восприятия информации. Считывание
инфорl\1аци11 с перфокарт осуществляется поколоночно по всем 12 по­
зицию, колонки одновреыенно.
Ввод перфокарт производится узкой стороной вперед.
Емкость прнемного 11 подающего магазинов ВУ-600 составляет
1000 перфокарт.
В i\!еханизме ВУ-600 использован электродвигатель типа
АОП-1214 (380/220 А; 180 Вт; 1400 об/мин).
Включение и выключение электродвигателя, задание режима
ввода перфокарт, а также управление работой ыеханизма ВУ-600
осуществляются внешними управляющими сигналами.
При переполнении приемного магазина или при отсутствии перфо­
карт в подающем магазине ~1еханизм ВУ-600 выдает во внешнюю цепь
сигнал «КарNан». Во внешние цепи выдаются также синхронизирующие
сигналы и код символа.
Питание ~,еханизма ВУ-600 осуществляется от трехфазной сети пе­
ременного тока напряжением 380/220 В, 50 Гц и источников постоян­
ного тока - 15; -8,5 11 -25 В.
Кинематическая схема механизма ВУ-600 представлена на рис. 7.9 .
В ее состав входят кинематические цепи транспортирования, подачи
11 управления подающиы ножом.
Цепь транспортированIIя.Вращениеотдвигателя 1
через шкивы 2 и 3 и ременную передачу 4 передается валу 5. На послед­
нем закреплено зубчатое колесо 6, работающее в паре с зубчатыми ко­
лесами 7 и 8, насаженны:-ш на транспортирующие валы 9 и 10. Верхние
обрезиненные валы 11 и 12 прижаты через подшипники скольжения
пружинами 13 к нижним металлическим валам 9 11 10 и получают от них
вращение. На валу 9 закреплен диск сннхронизацни 14, с од.ной сто­
роны которого расrю,1ожен фотодиод 15, а с другой - ла~ша накали­
вания 16.
Цепьподачи. Вращенн1.:отва,1а5черезшкивы171118
11 ременную передачу 19 перед.ается валу 20, на котором закреплен экс­
центрик 21. ПосJiедний через поводок 22, укрепленный на оси 23, обеспе­
чивает возвратно-поступательное движение оси 24, связанной с подвиж­
ной планкой 25. Контакт поводка, заканчивающегося роликом 26,
с эксцентрикоы обеспечивается пружиной 27. Помимо этого, пружина
27 совместно с упором 33 гасит инерцию подвижной планки при ее дви­
жсюш к транспортирующш1 вала:\!. К оси 24 шарнирно прикреплен
193


4
9
5
2
Р
н
с
.
7
.
9
К
ю
1
(
'
м
а
r
и
q
е
с
к
а
я
с
х
е
м
а
м
е
х
а
н
и
з
м
а
В
У
-
6
0
0


шатун 28. Последний жестко связан с подающим ножом 29. На оси 23
закрештена зас,1онка бJ1окировки подъема подающего ножа 30, кото­
рая при повороте осн 23 по часовой стрелке перекрывает световой по­
ток от лаl\ШОЧЮ/ 31 на фотодиод 32.
Цепь управления подающим IIожом.
При возбужденин обl\!откн l\1агнита 34 внешним управляющим сигна­
лом якорь 35 посредством тяги 36 11 рычага 37 поворачивает против ча­
совой стрелки ось 38. Последняя с помощью рычага 39 и штока 40,
вставленного в отверстие шатуна 28, поднимает подающий нож 29
в рабочее положение. Шток к рычагу 39 крепится шарнирно. Исходное
положение подающего ножа обеспечивается пружиной 41 через рычаг
42, закрепленный на оси 38.
Массив перфокарт закладывается в подающий магазин такиl\1 об­
разом, что нижняя перфокарта лежит на подвижной планке 25. В ниж­
ней части подающего l\!аrазина находится перфокарточная щель, обра­
зованная упороl\1 33 и планкой 43, прикрепленной к стенке подающего
l\1агазина. Paзl\lep перфокарточной щели неl\!ноrим больше толщины
перфокарты. Перфокарты нажимают на кнопку 44, которая включает
микровыключатель 45. С этого l\!омента во внешнюю цепь подается сиг­
нал, разрешающий включение механизма. При включении двигателя
подвижная планка 25 совершает возвратно-поступательное движение,
однако перфокарты остаются неподвижными, так как коэффициент
трения перфокарт между собой больше коэффициента трения нижней
перфокарты с подвижной планкой. Включение электромагнита 34 раз­
решается в тот момент, когда заслонка 30 перекрывает световой поток
от лампочки 31 на фотодиод 32. Если в этот момент на электромагнит
34 поступил упраыrяющий сигнал, то подающий нож 29 поднимается
в рабочее положение, при движении подвижной планки к транспорти­
рующим валаl\1 захватывает нижнюю перфокарту и через перфокарточ­
ную щель досылает ее в транспортирующие валы 9 и 11. Пройдя блок
считывания 46 и вторую пару транспортирующих валов 10 и 12, перфо­
карта выбрасывается в приемный магазин 47. При заполнении приеl\1-
ноrо магазина перфокартаl\Iи каретка 48 с подвижным дном 49, поддер­
живаемая пружиной 50, плавно опускается и при наличии в приемном
l\1агазине 1000 перфокарт через упор 51 и микровыключатель 52 выклю­
чает механизм. Выгнутая полоса 53 обеспечи13ает направление перфо­
карте при укладке в приемном l\lаrазине.
В стартстопном режиl\lе после ввода одной перфокарты электроыаг­
нит 34 отключается. Подача в блок считывания следующей перфокар­
ты осуществляется по очередному управляющеыу сигналу.
В режиl\!е непрерывного ввода электрт1аrнит 34 не отклюЧс:ется и
перфокарты вводятся непрерывно.
§ 7.8. ВЫВОД ИНФОРМАЦИИ НА ПЕРФОЛЕНТЫ И ПЕРФОКАРТЫ
Запись результатов вычислений, произведенных ЭВМ в виде про­
бивок на перфолентах и перфокартах, производится с поl\ющью перфо­
раторов ленточных н карточных. Принципиально эти перфораторы не
отличаются от тех, которые предназначаются для ручной подготовки
перфолент н перq::окарт (см. § 6.2).
200


Так, в ряде машин в качестве выводных ленточных перфораторов
используют те же перфораторы, что и в устройствах подготовю1 ,11,анных
на перфолентах (например, ПЛ-80), IIЛИ ана,'Jоп1ч1-ще, но пов1,1п1Рн1ю­
го быётро,11,"йствия (ПЛ-150, ЕС-7022). I Iри этш1 ;1,1~1 спюи ;;е:rточпого
пер<jюратора с маrштой II управления его раfiотой создаются спе1шаль­
ные устройства, нюывае!\1ые устройствалtu управления выводп.ч (УУВ).
Рассмотрим pafioтy УУВ машины «Мш~ск-32», осущестр:тяющего
управление ,'Iенточным нерфоратором ПЛ-80.
УУВ ~южет раfiотать в режимах «Работа с ЭВМ» и «Автоно.м»
Режим «Аrтюнолt» предусмотрен для проверки и наладки основных
фующ11оналы1ых fiло1юв УУВ. Перевод УУВ в режш1 «Автоно.м» осу­
ществляется с пульта управ,nения устройства без оп,лючения от ЭВМ.
Единицей информации при обмене ЭВМ с УУВ яв,1яется ettAtвoл, со­
стояпщй из восьми двоичных разрядов (семи информационных разря­
дов и одного 1ю1~тролыюго). Для хранения 1,ода символа, по,1,.1ежаще­
го выводу из ЭВМ, в УУВ имеется регистр с11мво,1а. Передi1ча 1,одов
символов из ЭВМ осуществляется по запросам УУВ (на ВЫВ(Ц 1,аждого
символа формируется сигнал «Запрос»). Код символа передается из ЭВJ\\
по восьми 1,одовым шинам символа одновременно.
Связь УУВ с ЭВМ устанавливается толы,о на время прие:1;а комзн­
л.ы и информации из ЭВМ. В УУВ резлизуются Еоманды обрзщения
«Вывести cu,ttrюл» 11 «Вывести ,ttaccuв». По 1,омзнде «Вывеспш cu,ttвoл»
113 ЭВМ выводится нз перфоленту один символ. Свнзь УУВ с ЭВМ пос­
.1е этого пре1,рзщзется. По 1,ш1знде «Вывести люссив» вывод нз перqю­
JН:нту симво,nов нз ЭВМ 11родо,nжается до поступленш1 11з ЭВ:\\ 11р11знз­
Е3 1юнцз вьшодз (сигнзлз «Конец ,нассшш»), после чего свнз~, УУВ
с ЭВМ преЕрзщается.
Соглзсовюше рзботы УУВ с внутренним 101ю10~1 ЭВМ осущест­
вляется синхроимпульсзми ЭВМ (СИ).
УУВ оfiеспечивзет вывод инфорыз~ош на пят11-, шеств-, семи- 11
восьмидорожеч11ые перфоленты. Режим вьшодз задается на пульте
управления устройствз. При выводе информашш на пнт11-, шести- и
семидорожечные перфоленты соответствующие стзрш11е рюряды 1юда
символз fiло1шруютсн. I Ip11 выводе 11нфор~1зшш нз воСЬ!\!II,11,орожечные
перфоленты в УУВ устанзвттзетсн ол.~ш из двух возможных режимов
ВЫВОД3-«8 11ет.» или «8 нettem.». Это ОЗН3Ч3еТ, что, 113!1j)ll~Iep, в режиме
«8 ttem.» кзждзя строкз перфоленты со;~ержит чепюе чнию щюбивок.
Вывод се~ш щ1здших рззрядов ЕОд3 сн~шолз нз перфоленту осуществ­
ляется в режиме 1юни11, т. е. при на,111ч1111 едишщы в ко:tовой ком­
бинации с11мволз про113вод11тся 11pofi11ВJ<3 нз соотвстствующсii :юрож1,е
перфоленты. Контроль выведенного на перфоленту ст.шо,1а в УУВ
не произво,щтся.
Согласовзнне раfiоты УУВ с перфораторами ПЛ-80 осущсствляетсн
с1шхросигнзлзми последнего: «Пpuc,tt кода», «Готовносты1, «!!ачаю
L(//Кла». Струюурная схемз УУВ приведенз нз рис, 7.10.
В состав УУВ входят следующие фун1щ1юнзо'1 ьные узлы: регистра
снмвола РгС; контролп УК; управления перфорзнией УУП; )3ел уси­
ления У Ус: управления связью УУСв; конечных ситуаuий У КнСт;
llульт упрзвленип ПУ; электропитания УЭП.
201


УРгС предназначен для приема информации, поступающей из ЭВМ,
и хранения ее на время, необходимое для перфорации.
УК осуществляет контроль принятого в регистр кода символа на
соответствие числа единиц в нем нечетному числу.
УУП задает временную последовательность вывода кода символа
из регистра символа на перфоленту, осуществляет пуск и останов дви­
гателя перфоратора ПЛ-80, обеспечивает стробирование синхросигна­
лов, псступающих из перфоратора.
::::r-
"'
.Q
:i: t:
"' :i:
~Qj
-"'
-
г-
1
1
1
1
1
1
с
Kod
1
1
им8ола 1
i11
нанilы ul
~Ко
са у11
<С') щи
,..,
'До8ляю -1
е сигнал~ 1
:,,.
си 1,
Со,
1:1
ойJВМ ;
пл-во
'
-о
~;§
"' :i:
"'"'
:::,::,
г-----------------~
" Koil сим~
УУВ
1
Вола" 1
УпраВля~
ющив 1
сигналь~ .
1
1
1
,'1
УУс
у
1
1
1
1
1
1
1
1
1
'-:,"
,--
_______J
t
УУП
i:JPrC
-
ук
1
1
1
1
1
tftfсв
П!:J
УКнСт
1
•tt
км 1-_
------------------------
1-'
, Упра8ляющие
"Конец раооты"
.J
сигналы 8 JBM
"Сбой"
Р;1с. 7.10. Структурная схема УУВ
УУс предназначен для усиления по l\ющности и выдачи в перфора­
тор управляющих н кодовых сигналов.
УУСв осуществ.1яет прием из ЭВМ ко~шнд и управляющих сигна­
лов, запуск УУВ на отработку этих сигналов и выдачу ответных сигна­
лов в ЭВ.Ч. Узел управJ1ения связью стробирует поступление из ЭВМ
кода сшшо.1а II сигна.1оrз «Конец массива» («КМ») и «Сбой ЭВМ».
УКнСт фиксирует сбои УУВ, а также сигналы сбоя («Сбой ЭВМ»),
поступающие при передаче информации из ЭВМ; сигналы «Конец рабо­
ты» и «Сбой», синхронизированные с внутренним циклом ЭВМ.
По сигналам «Конец работы» и «Сбой» связь УУВ с ЭВМ прекращается.
ПУ предназначен для проверки УУВ в автономном режиме. На ПУ
задаются режиы работы УУВ («Автонолt», «Работа с ЭВМ») и режим
вывода на перфоленту.
202


УЭП предназначен для питания элементов УУВ стабилизирован­
ными напряжениями -27,
-15, -8,5, +2,5 В и нестабилизирован­
ным напряжением - ~О В.
Работа УУВ происходит следующим образо-.1.
Связь УУВ с ЭВМ vстанавливается с момента постvплен11я в УУСв
команды обращения. Если УУВ готово к работе (на ~у,1ьте управле­
ния установлен режим работы «Работа с ЭВМ», из Г!ерфоратора ПЛ-80
не поступает сигнал «Конец ленты») и не занято, то устройство присту­
пает к выполнению поступившей команды. Если же УУВ занято вы­
полнением предыдущей команды обращения, то оно не выходит на связь
с ЭВМ по данно;1,1у обращению.
Рассыотри~1 выполнение устройством команды «Вывести cu;iiвoл».
По сигналу «Пуск-!» устройство переводится в состоянпе «Занято»
и УУСв осуществ,1яет сброс регистра символа. За сигналом «Пуск-!» из
ЭВМ поступает сигна,1 «Конец передачи», по которому УУСв формиру­
ет сигнал «Запроо>. Ответом ЭВМ на сигнал «Запрос» является сигнал
«Пуск-2», по которш~у УУСв посылает в ЭВМ сигнал «Вывод», снимает
сигнал «Запрос» и формирует сигналы «Прием сu.мво.zа» и «Прием КМ
и сбой ЭВМ». «Пpue.tt силtвола» стробирует занесение кода
сш.шола, поступающего из ЭВМ в РгС. Сигналом «Прием КМ
и сбой ЭВМ» стробируется поступление из ЭВМ сигналов «КМ» и «Сбой
ЭВМ». при наличии которых УУВ организует выход из связи с ЭВМ.
В ответ на сигнал «Вывод» нз ЭВМ поступает код символа. Принятый
в РгС код символа анализируется УК на соответствие числа единиц
n нем нечетному числу. Результат анализа-сигнал «Нечет.» и.1п в слу­
чае сбоя сигнал «Чет.» - фиксируется в УУП. По сигналу «Конец пе­
редачи», поступающему из ЭВМ за кодом символа, УУСв прекращает
формирование сигнала «Прuелt символа» и с некоторой задержкой, вы­
званной тем, что сигналы «КМ» и «Сбой ЭВМ» по времени приходят поз­
же сигнала «Конец передачи», снимает сигнал «Прие.м КМ и СбойЭВМ»
и вырабатывает сигнал «Старт».
По сигналу «Старт» узел управления перфорацией УУП форми­
рует сигнал на запуск двигателя перфоратора, если двигатель до этого
не был включен, и стробирует поступление из перфоратора ПЛ-80 син­
хросигналов «Прuелt кода». По переднему фронту сигнала, запуска­
ющего двигатель, организуется запрет на прием в УУП синхросиrна­
лов «Готовность» и «Начало цикла». Длительность запрета равна 0,3 с
и определяется временем разгона двигателя перфоратора. По сигна­
лу «Прием кода» УУП разрешает перфорацию кода символа, занесен­
ного в регистр символа. Для повышения надежности перфорацня пер­
вого символа осуществляется несколько раз в течение всего времени
запрета приема сигналов «Готовность» и «Начало цикла». По истече­
нии этого времени по сигналу «Готовность» узел управления перфора­
цией УУП прекращает перфорацию кода символа, вырабатывает сиг­
нал «Конец перфорации», осуществляет сброс РгС, разрешает транспор­
тировку ленты, прекращает стробирование сигнала «Прие.м кода» и
с задержкой в несколько секунд, если за это время не постуrш,1 новый
сигнал «Старт», выключает двигатель перфоратора.
203


Сигна.10:.1 «Конец перфорации» осуществляется запуск УКнСт. По
очередно;чу синхроа!\lпульсу, поступающему из ЭВМ, УКнСт посы­
лает в ЭВ.\\ сшна,1 «Конец работы». Связь УУВ с ЭВМ по этому сигна­
лу прекращается. По сигналу «Начало цикла», поступающему из пер­
форатора, УУП прекращает транспортировку перфоленты.
Ко!\lанда «Вывести массив» на первом этапе выполняется аналогич­
но кol\Iaн.::i_e «Вывести силtвол». Отличие заключается лишь в том, что
по сигна.1у «Конец перфорации» после вывода на ленту первого символ~
УУСв фор!\!ирует сигнал «Запрос», по которому организуется новыи
цикл связн для вывода следующего символа. Новый цикл связи начи­
нается во вре:-1я транспортировки перфоленты, относящейся к преды­
дущему циклу. Перфорация второго и последующих символов произво­
дится один раз, так как двигатель остается включенным и запрет на
прием сигна,1ов «Готовность» и «Начало цикла» не формируется.
Описанный выше процесс продолжается до поступления из ЭВМ
сигнала «КМ». По сигналу «КМ» осуществляется запуск узла конеч­
ных ситуаций на формирование сигнала «Конец работы». Узел управ­
ления связью УУСв сигнал «Старт» не вырабатывает. Находящийся
в регистре код си!\lвола на перфоленту не выводится.
При поступлении в РгС из ЭВМ кода символа с четным количеством
единиц УК форыирует сигнал «Чет.», который фиксируется в узле
управления перфорацией. По сигналу «Старт» узел управления перфо­
рацией УУП осуществляет запуск УКнСт. Последний по очередному
синхрои:,шульсу из ЭВМ посылает в ЭВМ сигнал «Сбой». По этому сиг­
налу связь УУВ с ЭВМ прекращается, сбойный символ на ленту не
выводится.
Если в процессе обмена информацией между УУВ и ЭВМ в послед­
ней произошел сбой (сигнал «Сбой ЭВМ»), то он фиксируется в УКнСт.
Контро,1ь II перфорация принятого в регистре символа кода символа не
производятся. Сигналы «Конец работы» и «Сбой» в этом случае не выра­
батываются.
Для вывода результатов вычислений на перфокарты имеются спе·
циальные карточные перфораторы. В отличие от перфораторов, исполь­
зуемых в устройствах подготовки данных, эти перфораторы не имеют
клавиатуры и выполнены в ином конструктивном оформлении. Рас­
смотрю, карточный перфоратор ПЭМ-80, предназначенный для записи
результатов в виде пробивок на 80-колонные перфокарты.
Перед нача,1ом работы колоду чистых карт ровной стопкой 2 укла­
дывают в магазин подачи 1 (рис. 7.11) в количестве, не превышающем
его емкости (700 карт). Рабочий процесс движения карты в транспорт­
ном тракте от ~~агазина 1 до приемных карманов можно разбить на пять
циклов. Во время каждого цикла в транспортный тракт из магазина
подачи 1 подается о.::~_на перфокарта. За цикл она перемещается на один
картоход (величину, равную ширине карт, плюс расстояние между
ними).
На первом цикле нижняя перфокарта отсекается подающим
иожом 1 от стопки и через карточную щель подается к первой паре непре­
рывно вращающихся транспортных роликов 3 и захватывается ими.
201


4
-
В
В
г
-
-
-
-
-
-
-
-
0
+
I
I
L
/
1
2
1
~
J
1
1
.
i
;
:
,
,
-
-
1
Ц
П
l
(
z
u
П
К
1
Ш
~
~
I
~
0
1
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1
□
u
Р
1
1
с
.
7
.
1
1
.
С
х
е
~
1
а
в
ы
в
о
д
н
о
г
о
к
а
р
т
о
•
ш
о
г
о
п
е
р
ф
о
р
а
т
о
р
а
П
Э
М
-
8
0


На втором цнкле перфокарта продолжает движение, поступает ко
второй паре прерывисто вращающихся транспортных роликов 4 и под­
водится ими к пробивному устройству. Переход к прерывистому дви­
жению производится для того, чтобы осуществлять перфорирование кар­
ты в моменты ее останова (между непрерывно вращающимися ролика­
ми 3 и прерывисто вращающимися роликами 4 перфокарта частично
изгибается).
На третьем цикле пробивным устройством с 80 пробивными соленои­
дами осуществляется пробивка карты. Каждый соленоид 11 состоит из
двух пос1едовательно соединенных катушек, работающих на один якорь.
Управляющие токовые импульсы на пробивные со.r.сноиды подаются
от соответствующих мощных усилителей.
При поступлении импульса в соленоид 11 его якорь притягивается
и через тягу 12 подводит собачку 15 к торцу ударной планки бойка 13.
Боек 13 при вращении эксцентрикового вала совершает возвратно-по­
ступате.1ьное движение. При ударе п,1анки бойка 13 по собачке послед­
няя воздействует на пуансон 16 и он, перемещаясь в матрицу 5, проби­
вает отверстие в перфокарте. В этот момент соленоид 11 обесточивает­
ся. Ударная планка бойка 13, собачка 15 и пуансон 16 возвращаются
в исходное положение. Продолжая прерывистое движение при помощи
третьей пары прерывисто вращающихся роликов 6, перфокарта подво­
дится к воспринимающему блоку 7.
На четвертом цикле с помощью воспринимающего блока 7 проис­
ходит считывание произведенных пробивок. Это осуществляется щеточ­
ным блоко;1,1, в котором имеется 80 щеток, расположенных в один ряд
перпендикулярно направлению движения перфокарты. При отсутствии
перфокарты все щетки контактируют с контактным валиком. При на­
.~тичии перфокарты контактирование осуществляется только теми щет­
каrvш, над которы:-.ш имеется пробивка в перфокарте. В цепи +48 В -
токопрсрыватель 14 - питающая щетка
-
контактный валик - щет­
ка считывания появляется сигнал. Для контроля правильности про­
бивок этн сигналы через коммутационную связь подаются в ЭВМ.
На пятом цик.rт~ при отсутствии сигнала в сортировальном устройстве
перфокарта по направляющей планке попадает к пятой паре непрерыв­
но II ускоренно вращающихся транспортных роликов 10 и уклады­
ваетсп в приемный карман П К2 . Если же в сортировальный меха­
низl\1 поступит управляющий сигнал, носик направляющей изменит
свое по.1ожение и направит карту в приемный карман П К1 .
Выбор соответствующих ~ющных усилителей, управляющих про­
бивнь1:.rн со.1еноидами, осуществляется устройством управления. Вся
инфор:\lацня, под,1ежащая записи на очередной перфокарте, в режиме
«Занесение» передается из ЭШv\ в БЗУ устройства управ,1ения. Затем
в режюrе «Преобразование кода» происходит преобразование информа­
ции из двоичного машинного кода перфокарты и ее перепись в это же
БЗУ. Об~rен информацией между устройствами ЭВМ осуществляется
восышразрядны~1и символа:\lи. По этой причине и адреса БЗУ состоят
из восыш разрядов. Ввиду этого преобразованная в двенадцатиразряд­
ный код информация разбивается на две части и записывается в два
адреса. Преобразование происходит таюш образом, что информация,
206


подлежащая выводу на первую половину перфокарты (позиuпи «12»,
«11», «10», «l», «2», «3»), записывается по четным адресам БЗУ, а подле­
жащая выводу на вторую половину (познпии «4», «5», «6>>, «7», «8».
с9») - по нечетньш адресам БЗУ.
•
•
Прн подходе nознпии «12» перфокарты под пробивное устройство
перфоратора схема управления выдает управляющие потенцна.1ы, по
которым в блоке управления формируется сигнал «Позиция». Сигнал
«Позицию> переключает работу устройства в режим «Перфорация и мн­
троль».
В режиме «Перфорация и контроль» осуществляется перенос пнфор­
l\1ации из БЗУ на перфокарту (подрежим «Перфорация») и контроль
правильности перфорации (подрежим «Контроль»).
Одновременно по сигналу «Позиция» начинается рабочий цикл БЗУ
и считывается содержимое БЗУ по нулевоl\IУ адресу. Из считанной ин­
формации выбирается только та, которая соответствует перфорируемой
позиции, что определяется счетчиком позиций. Если считана «1», то она
n виде спrнала «Занесение в РгП» подается на вход младшего триггера
проыежуточного регистра (РгП) и в виде сигнала «1 перф.» - в блок
сбоев на счетчик контрольной суммы. Далее устанавливается с.r1еду­
ющий четный адрес, а инфорыаuия в промежуточном регистре сдвигает­
ся на один разряд В.'Iево. Зате:\1 организуется новый цикл работы. Во
втором и последующих (вплоть до шестнадцатого) циклах происходят
операции, аналогичные первому циклу.
При обращении к шестнадцатому четному адресу БЗУ вырабаты­
вается сигнал «Конец такта». На этом первый такт окончи.1ся. В ре­
зультате шестнадцати обращений к БЗУ информация, соответству­
ющая позиции «12» перфокарты этих четных адресов, бьта занесена
в про;-,1ежуточный регистр. При наличии уровня «Второй такт», «Разре­
шение перфорации» и сигнала «Сброс перфорации» информация нз про­
межуточного регистра передается в блок каналов перфорациJJ на уси­
лители, управляющие работой первых шестнадцати соленоидов, 11 запо­
минается в них. Промежуточный регистр возвращается в исходное
состояние. Такой цикл работы повторяется пять раз (5 тактов), и ин­
формация из промежуточного регистра распределяется по усилителям
соответствующих соленоидов с помощью уровней «Второй такт» -: --
«Пятый такт» и уровня «Последний адрес», формирующихся
в блоке регистра адреса.
По сигналу «Разрешение перфорации» происходит перфорация. Кро­
ме того, вся выбранная на данную позицию информация оказывается
просуl\rмированной в счетчике контрольной суммы для данной перфо­
рируемой перфокарты.
Цикл перфорации и контроля для данной позиции закончен, и уст­
ройство будет ждать следующего сигнала «Позиция». В результате вы­
полнения этого пик.1а для:
а) перфорируемой перфокарты: выбрана инфор:\1ация нз одноныен­
ных разрядов (разряд «Б») 80 адресов БЗУ; сформирована строка для
перфорации; вся выбранная информация просуммирована в счетчике
контрольной суммы перфорируемой перфокарты; в каждоl\1 адресе ин-
~07


формацIIя разряда <,Б» просуммирована с инфорl\lацией контрольного
разряда н резу.1ьтат записан в том же контрольном разряде;
б) ко11тро.111руеl\!ОЙ перфокарты: в счетчике контрольной суммы
к cyмl\le пробивок, которые должны были быть отперфорированы на
этой перфокарте (в предыдуще:v1 цикле работы перфоратора), добавлена
сумма непробнвок, считанная с однои~1енной позиции этой перфокарты.
Такой цнк.1 работы (выборка на перфорацию и контроль) повто­
ряется д.1я r,аждой позиш1и перфокарты (всего 12 раз). Причем каждый
раз читается 80 адресов БЗУ.
Для контро.1я правильной транспортировки перфокарт по транс­
портноl\lу тракту установ.1ены четыре карточных контакта. С помощью
первого карточного контакта контролируется наличие перфокарт в ма­
газине. С по~ющыо второго контакта, расположенного около первой па­
ры транспортных ва.1иков, контролируется выход перфокарт из магази­
на подачи. Третий контакт предназначен для контроля наличия перфо­
карт в проб11внт,1 устройстве и расположен около второй пары транс­
портных ро,1нков. Наличие перфокарты в воспр11ниыающем блоке осу­
ществляется с по~ющью четвертого контакта.
При нарушении правильной транспортировки в ЭВМ выдается сиг­
нал «Сбой». Kpo;-,re того, перфоратор выдает в ЭВМ сигналы «Готов­
ность» при готовност11 перфоратора к выводу данных, «Конец перфо­
карты», «Нача.zо перфокарты» и сигналы воспринимающего блока.
Из ЦВМ в перфоратор в процессе работы поступают сигнал пуска
и сигналы на перфорацию.
В с.ттучаях выхода пос.rтедней перфокарты из магазина подачи, пере­
полнении пр11е;\1НЫХ карманов или нарушении правильной транспорти­
ровки, снгна.1 «Готовность» снимается и перфоратор останавливается .
• § 7.9. ВЫВОД ЗНАКОВОЙ ИНФОРМАЦИИ
Вывод знаковой информации из машины на бумагу в виде печатного
текста наибо,1ее удобен для ее дальнейшего использования. Не слу­
чайно поэто;-,1у созданию выводных алфавитно-цифровых (знаковых)
печатающих устройств конструкторы уделяют значите,1ьное внимание.
К настоящелrу вре;\1ени разработано большое количество различных
способов знаковой регистрации. Все их ~южно объединить в две основ­
ные группы: неrеханическне и механические.
К первой группе относятся такие способы регистрации, в которых
получение отпечатка не связано с механическим контактом, ко второй
группе - таю1е, в которых отпечаток получается в результате меха­
нического 1,онтакта печатающего элемента с бу,1rагой.
Неi\lехан11чесю1е печатающие устройства в свою очередь можно под­
разделить на трн подгруппы:
I) устройства, в которых печатный знак получается под воздействи­
ем светового потока, т. е. реализуется фотографический способ;
2) устройства, в которых создание печатного знака связано
с использованием импульсов электрического тока (электротермиче­
ский, электрохимический, электрографический, электростатический
и др. способы);
208


3) устройства, 11спо.1ьзующие э.1ектро:v1агнптное поле (феррографи­
ческий способ).
Фотографический способ сводится к фотографированию высвечива­
емых знакоtl на фотuGу1\1аГ\' и.аи фuтu11.11енк \'. Этот спо соб позво.:1нет по­
.ттучать высокие скорости печати, особенно при фотографировании ре­
зультатов с электронно,1учевой трубки, и характеризуется высоким ка­
чеством изображения. Однако в силу многоступенчатости процесса ре­
гистрации, необходимости особого освещения и специальных материа­
лов этот способ не нашел широкого распространения.
При электротер,ническо,1,t способе изображение знака получается на
специальной электротермической бумаге. В качестве основы-подложки
для ее изготовления применяется черная с графитовым наполнением
токопроводящая буыага. На эту основу методом полива наносится ди­
электрический слой толщиной около 3- 5 мкм. Диэлектрическое по­
крытие электротермических бумаг имеет два слоя. Верхний слой нано­
сится для придания бумаге белого цвет.з: он содержит окись титана.
Нижний слой, нанесенный непосредственно на основу, носит название
рабочего с.10я и состо1п из тиосульфата свинца; его назначение- по­
вышение контрастности изображений. Производство электротермичес­
кой бумаги освоено отечественной промыш.ттенностью и выпускается се­
рийно.
Электротермический способ регистрации основан на явлении про­
жигания покрытия бумаги электрическим импульсом. Для этого пишу­
щие Э.'1ектроды находятся в постоянном контакте с покрытием бумаги.
При выгорании покрытия под пишущим электродом образуется черная
точка.
Основными достоинствами данного способа являются высокое бы­
стродействие и высокая механичео,ая прочность бумаги. К недостат­
ка~,~ данного способа можно отнести серый фон буыаги, снижающий кон­
трастность изображения, невозможность получения копий оригиналов
обычными способами, недостаточно прочное покрытие бумаги.
Регистрация с использованием электрохимического процесса из­
вестна давно. Она применялась преимущественно для записи телеграф­
ных изображений.
Подобно электротермическому способу, электрохимический с110-
соб регистрации также производится на свету, и изображение образует­
ся сразу в процессе записи (не требуется ни проявления, ни закрепле­
ния).
Принцип получения отпечатка в рассматриваемом способе основан
на электрохю1ической реакции, в результате которой образуется яр­
ко окрашенный нерастворимый осадок. Между двумя металлическими
электрода:-.ш протягивается бумага, пропитанная специальным электро­
литом. Пр11 подаче напряжения на записывающие электроды через элек­
тролитическую бумагу в месте контакта проходит ток, вызывающи~"1
разложение электролита в бумаге и химическую реакцию с получение~~
цветного осадка, который, окрашивая бумагу, образует отпечаток.
Электрохимический способ обладает таким очень важным свойст­
вом, как получение тональных изображений. Очень часто бывает
необходимо в таблице или на графике выделить часть информации
20:J


из всего напеча1анноrо массива. При электрохимическом способе
регистрации это достигается довольно просто: контрастность изоб­
ражения меняется при увеличении или уменьшеню1 пропущенного
через электрохимическую буi\1агу количества электричества. Таким
образом, контрастность изображения может управляться длитель­
ностью записывающего импульса.
К достоинству эле1прохшшческпх бyl\1ar сr~едует отнести
простоту по,1учен11я с нпх репродукции (светuкогшрова.r~ьныl\1 спо­
собом), простоту техно.тюrпческоrо процесса по,1учен11я отпечат­
ка и несложные конструкции узла записи.
Большим преи1-.1уществом по сравнению с фотографическим способом
регистрации применительно к выходныl\1 устройства:\! об,r~адает электро­
фотография, в которой в отличие от обычной фотографии (где исполь­
зуются хиl\lические процессы) в основу положены физические процессы,
внутренний фотоэффект в светочувствительных по:1упроводниковых
слоях и силовое действие электростатического поля. В процессе элек­
трофотографии на электрофотоrрафических слоях образуется скрытое
электростатrrческое изображение, которое затем проявляется частица­
ми мелкого окрашенного порошка, несущими электрнческий заряд со­
ответствующей полярности. Процесс по.1учения изображения l\leтoдol\l
электрофотографии по сравнению с химической фотографией бо,1ее эко­
номичен из-за отсутствия химической обработки фотоматериалов.
Электрофотоrрафический способ регистрации, вначале приl\lеняв­
шийся только для целей репродуцирования, стал затем использовать­
ся при разработке выходных устройств. В качестве записывающего
элемента используется электроннолучевая трубка. Большиы недостат­
ком записи с экрана электроннолучевой трубки являются недостаточ­
ная яркость последнего, сложность получения требуемой разрешающей
способности по всей длине печатной строки и создания светосильной
оптики. Одной из причин недостаточного быстродействия электрофото­
rрафической регистрации с экрана электроннолучевой трубки является
несовпадение спектров источника из,r~учения и светочувствительных
слоев.
Электростатический способ является одниl\1 нз наиболее перспек­
тивных, так как позволяет производить регистрацию инфорl\lации с на­
ибольшей скоростью (по сравнению с другими способаl\ш печати). Прин­
цип электростатической печати заключается в создании потенциально­
го изображения знаков на поверхности диэлектрика прп нх ксерогра­
фическом проявлении. Потенц11ае11ьный рельеф знаков образуется в про­
цессе осаждения на поверхность диэлектрика свободных зарядов, кото­
рые возникают в межэлектродно~1 пространстве при при,1ожении к элек­
тродам разности потенциалов, достаточной для ионизации воздушного
промежутка.
Электростатическое печатающее устройство включает в себя ,1енто­
протяжный механизм, протягивающий бумагу с высокооl\ШЫМ покрьг
тием между блоком записывающих электродов и общи:-1 электродом,
узел проявления скрытого электростатического изображения и узел
закрепления проявленного изображения. Работа э,1еi,тростатическоrо
210


печатающего устройсuа, начиная с узла проявления, аналогична ра­
боте электрофотографическоrо печатающего устройства.
Выходные каскады электронной схемы, питающие записывающие
э.1ектрuды, должны создавать напряжение импу.1ьсов, достаточно~
д.1я оптимального режима печати при выбранном рабочем зазоре между
печатающими э.1ектродами и диэлектрическим покрытием бумаги.
Это напряжение должно обеспечивать устойчивое протекание корон­
ного заряда без перехода последнего в искровой, т. е. напряжение пе­
чати оказывается ограниченным как снизу, так и сверху. При пониже­
нии напряжения ниже определенной для данного зазора величины про­
исходит нарушение печати, а при повышении - искровой и даже ду­
говой разряд. Вследствие этого для надежной печати должно быть по­
стоянство выходного импульсного напряжения для всех электродов и
сохранение по всей длине блока записывающих электродов одинако­
вого рабочего зазора.
Принцип феррографического способа регистрации заключается
в создании магнитного изображения на поверхности маrнитоносителя
и его последующем проявлении магнитным порошком. Проявленное
изображение переносится на бумагу контактным способом и закреп­
ляется. При ЭTOI\I магнитное изображение на магнитоносителе сохра­
няется, скрытое же изображение можно повторно проявить магнитным
порошком и проявленное изображение снова перенести на бумагу.
Такого рода печать можно повторять несколько раз, не возобновляя
записи магнитного изображения.
Технологический процесс феррографического способа регистрации
упрощается, если применять специальные магнитные бумаги. Как и
в электростатическоI\1 способе регистрации, в ферроrрафи11 полутоновые
изображения получаются только мозаичным ыетодом (разным диамет­
ром точки).
Устройства вывода знаковой информации с механическим способом
регистрации до сих пор являются основными в машинах общего назна­
чения. Это объясняется не столько их совершенством, сколько несовер­
шенство~, устройств с немеханическими способами.
В качестве устройств вывода знаковой информации с механическим
способом регистрации используют на абонентских и инженерных пуль­
тах пишущие ыашин1ш и телеграфные аппараты, описанные в гл. 6. Од­
нако в си.1у их относительно низкой скорости печати (порядка 10-15
знаков /с) в современных машинах строятся специальные выводные ал­
фавитно-цифровые печатающие устройства (АЦПУ).
Основные технические характеристики некоторых алфавитно-циф­
ровых печатающих устройств (АЦПУ) приведены в табл. 7.1 .
Наибольшее распространение в АЦПУ получили печатающие меха­
низмы ротационного типа, высокое быстродействие печати которых
(порядка 1000 знаков/с и более) обеспечиваются одновременной печатью
всех знаков строки. Число печатающих колес с литерами в механизме
равно числу печатаемых знаков в строке. В цикл печати каждой строки
входит установка всех печатающих колес в нужное положение, соб­
ственно печать и продвижение бумаги на одну строку.
211


Характер~1ст1~к11 устроfiств
ЕС-7030
Скорость печати
650-;-890
строк/мин
Количество СИЫВОЛОП в
128
строке
Емкость буферной памяти 128 баiiт
Потребляемая мощность 1,5 кВА
1ип ) rтронп:,
Е'С-7032
ЕС-7033
900
1100 и 550
строк/мин строк/мин
128
120,
128 и 160
128 байт
160 байт
2 кВА
3,5 кВА
Таблица 7.1
1 АЦПУ 128-2М-3М
360+440
строк/мин
128
128 баiiт
1,5 кВА
Рассмотрим работу печатающего устройства на примере АЦПУ-128,
которое предназначается для печати на перфорированной рулонной и
фальцованной бумаге результатов решения в виде машинописного текс­
та (число 128 означает, чrо количество разрядов в строке равно 128).
Основныl\1 узло~1 в печатающем устройстве является печатающий
механизм с непрерывно вращающиl\lися колесаыи. Каждый из 128 раз­
рядов механизыа (рис. 7.12) состоит из соленоида 2 с рычаrоы 1, пуан­
'1
сона 4, печатающего колеса 7, по
окружности которого размещены
78 выпуклых печатающих литер
(знаков) (перечислены в приложе­
нии).
Все 128 печатающих соленои­
дов, каждый из 1<оторых обеспечи­
вает печать только одного опреде­
ленного разряда в строке, разме­
щены в блоке. Каждый электро­
магнит через рычаг воздействует на
свой пуансон. Пуансоны располо­
жены в один ряд (каждый против
своего печатающего колеса) . .Между
печатающшш колесаыи и наконеч-
't
никами пуансонов !ll\leeтcя зазср
в 2 мм, где проходят бумага 5 11
красящая лента 6. Все соленоиды
р 11с. 7.12. Схс~.1 а печатающего меха- блока собраны в корпус, боковые
1111зма для одного сю1вола
стен КII которого имеют направляю-
щие. При по~ющи этих направляю­
щих соленоиды крепятся к блоку подачи бу:,.rаги. Конструкция на­
правляющих б,1ока соленоидов позволяет про11зводить перемещение
плоских рабочих поверхностей всех пуансонов параллельно и перпен­
дикулярно оси вала печатающих колес и по образующей печатающих
колес для осуществления регулировки.
Печать осуществляется следуюrциы образоы: вал печатающих колес
приводится во вращение от электродвигателя через ременную пере­
дачу и шестеренчатый редуктор. В момент прохождения середины пе­
чатаемого знака через осевую линию пуансона 4 по сигналу из ЭВМ
срабатывает печатающий соленоил. 2, притягивающий рычаг 1, который
212


ударяет по пуансону 4. Вначале пуансон 4 движется вместе с рычагом/,
а затем, когда зазор между сердечником соленоида 2 и рычагом 1 будет
выбран, пуансон 4 продолжит движение по инерции до удара по печа­
тающе~IУ r\o.1ecy 7. Но так как ~t1ежду пуансоном: 4 и печатаюЩИI\f ко"1е­
сом 7 заправлены буыага 5 и красящее полотно 6, то при ударе пуансо­
на 4 по печатающему колесу 7 на бумаге отпечатается требуемый знак.
После этого пvансон 4 под
действием пружины 3 воз­
вратится в исходное поло­
жение.
Кинематическая схема
этого устройства приведе­
на на рис. 7.13. Как видно
из схемы, от мотора 1 через
ременную передачу 2 и ше­
стеренчатые редукторы 4,
6, 7 вращение передается
валу печатающих колес 5.
Вал печатающих колес 5
представляет собой трубу
с двумя цапфами, установ­
ленными на подшипниках,
размещенных в стенках
блока. На валу, на шпон­
ке, посажены 128 печатаю­
щих колес. На каждом ко­
лесе имеется 78 значных по­
зиций. От вала печатающих
колес механизма 5 через
шестерню 19, заштифтован- Рнс. 7.13. Кинематическая схема печатающего
ную на правом конце вала
механизма АЦПУ
печатающих колес, враще-
ние передается на шестерню 18, сидящую на валу 20 червяка редук­
тора, далее с двухзаходного червяка редуктора на червячное колесо
13, винтовую пару шестерен 14 и через шестерни 15 на шестерни 17 -
электромагнитным муфтам 16 и 21 привода красящей ленты.
При подаче тока в электромагнитные муфты 16 и 21 катушки 9 и 22,
установленные на двух конусных центрах и несущие красящее по.ттот­
но, начинают вращаться. Конструктивно эти катушки выполнены од11-
наковыми II вращаются также с одинаковой скоростью. Для автомата­
ческого переключения катушек 9 и 22, т. е. для изменения направле­
ния транспорта красящего полотна, в механизме имеются два микровы­
ключателя. От шестерни 19 через шестерни 18, 10, 11 и 12 вращение пе­
редается на интервальный механизм.
Интервальный механизм обеспечивает выполнение построчной пода­
чи бумаги на один интервал и прогон бумаги на восемь интервалов за
один оборот вала печатающих колес. Интервальный механизм состо­
ит из электромагнитной многодисковой фрикционной муфты и сцеп­
ного устройства 8 для точной фиксации бумаги на требуемой строке.
213


Сцепное устройство выполнено в виде двух храповых колес с фиксиру­
ющими собачками (на схеме показано одно храповое колесо с собачкой):
одно для пряl\!ого, другое для обратного хода.
При включении муфты вращение с шестерни 12 передается педущим,
а затеl\1 ведоl\IЫ!\1 дискам электроl\1агнитной муфты, сидящим на валу
подачи буl\1аrи. Останов вала на очередной (требуеl\lой) строке осуществ­
ляется при западании собачки в храповое колесо, вызываеыое действием
специального соленоида. Электромагнитная муфта при ЭТО!\! отклю­
чается.
З!iz
РгС
РгА
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
~ УПЗtгвН С,2в 1
Р11с. 7.14 . Струюурная cxe,r~ устройства управ.1ення АЦПУ
Для синхронизации работы печатающего механизма с ЭШ'v1 пред­
назначен генератор 3 индукционного типа, выдающий 78 позиционных
импульсов (96 для АЦПУ-128-3 ы).
Очередные 128 СИl\Шолов для печати строки поступают из ЭВМ
в устройство управления АЦПУ, где они через регистр cиl\IВOo'Ia РгС за­
носятся в ЗУ1 (рис. 7.14). В РгС производится посимвольная проверка
на нечетность правильности переданной из ЭВМ инфорl\lацин. ЗУ1 пред­
назначено для запоl\lинания 128 восы.1иразрядных кодовых ко~rбинаций
символов. Занесением СИl\IВО.1ов в ЗУ1 управляет восыл1разрядный
регистр ai!,peca РгА. Пос.1е заполнения ЗУ1 всеми 128 символаl\lи стро­
юr связь с ЭВ,\1 прекращается 11 устройство управ.1ения сов~1естно
с АЦПУ переходит на внутренний цикл.
Внутренний цикл начинается с режима «Анализ>>. В это~1 режиме
очередной сюшо.1 (кодовая комбинация) с генератора б.1ока печата­
ющнх колес заносится в счетчик кода СчК. Инфориация, находящаяся
в ЗУ1 , начиная с первого СИl\lВола, последовательно через РгС сравни-
21,1


вается в схеме сравнения СхСр с содержимым СчК. Адреса всех тех ко­
довых комбинаций, которые совпадают с содержимым СчК, запомина­
ются на соответствующих позициях в ЗУ2 , представляющем собой ма­
трицу с восе~1ью вертикаJ1ьными и шестнадцатью горизонтальными ши­
нами, в узлах которых находятся запоминающие сердечники. Работой
ЗУ1 и ЗУ2 в этом режиме управляет РгА. После сравнения послед­
него, 128-го, символа ЗУ1 режим «Анализ» заканчивается и начинается
режим «Печать» символов строки.
Режиы «Печать» занимает восемь тактов. В каждом такте из ЗУ2
по шестнадцати горизонтальным каналам lрП2 -т /брП 2 выдается ин­
формация, хранящаяся в сердечниках
очередной вертикальной шины. Номеру
каждой вертикальной шины соответст­
вует свой такт. Информация каждого
такта записывается в шестнадцатираз­
рядный триггерный регистр Т1 -т Т16 ,
который перед каждым тактом устанав­
ливается в начальное состояние.
Каждый из триггеров Т 1 -т Т16 об­
служивает поочередно через соответст­
вующие усилители УПЭ 1 -т УПЭ128 по
8 соленоидов печати С. Подключение
каждого триггера к одному из восьми
усилителей происходит с помощью коы­
мутирующнх Иl\!пульсов, поступающих
из устройства управления по восьми
канала:11. Каждому такту соответствуе·~
свой ко:1шушрующий импульс К 1 -т Ks.
к,
Рпс. 7.15 . Осуществление режн­
ыа печа111 устроi'1ством управ.1е­
н11я АЦПУ
Наприl\!ер, в перво:\1 такте по Иl\!Пульсу К1 (рис. 7.15) осуществляется
печать в шестнадцати позициях (1, 9, ... , 121) строки в соответствии
с информацией, занесенной в 16-разрядный регистр Т1 -т Т16 . Сраба­
тывают те со,1еноиды, усилители которых на входе будут иметь совпаде­
ние кодов ещшиц с выходов триггеров и коммутирующt:го импульса К 1 .
Усилите,1и УПЭ состоят из cxel\lЫ совпадения и усилителя мощносп1.
За эти восеl\lЬ тактов отпечатан в соответствующих позициях стро1ш
символ, код которого был занесен в СчК (см. рис. 7.14). После этого
в СчК заносится код следующего снмвола, и процесс повторяется.
Печать всей стро1ш осуществляется за полный оборот вала печатающих
колес.
Печать начинается с символа, код которого будет выдан генерато­
ром блока печатающих колес в СчК к моменту начала внутреннего щш­
ла, и заканчивается при появлении в СчК кода этого же символа.
§ 7.1 О. МУЛЬТИПЛЕКСОР ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
Му11ьтuплексором передачи данных (МПД) называют устройство,
с помощью которого осуществляется сопряжение ЭВМ с каналами свя­
зи. МПД подключается к мультиплексному каналу ЭВМ с помощью
интерфейса ввода-вывода и позволяет вычислительному центру обслу-
215


живать необходимое количество удаленных абонентов. Помимо непо­
средственной связи МПД обеспечивает автоматическое соединение
с абонентами, перевод информации из одного кода в другой, комму­
тацию одноадресных и многоадресных сообщений и т. д.
МПД, являясь связующим звеном между ЭВМ II каналами связи,
строится с учетом их технических характеристик. Так, в структуре EG
ЭВМ МПД шифр 8401 позволяет подкi:rючить к ЭВМ до 31 кана.11а связи
и осуществлять ввод - вывод со скоростью 50-1200 бит/с. МПД
((Минск-1560» позволяет подключать к ЭВМ «Минск-32» до 32 телеграф­
ных каналов связи.
Рассмотрим принцип работы МПД на примере МПД «Минск-1560».
МПД «Минск-1560» позволяет подключать к ЭВМ как ыестные (не­
коммутируемые) каналы связи, так н каналы связи, коммутируемые
АТ А, АТС или другими коммутирующишr устройстваl\lи. Обмен инфор­
мацией может производиться одновременно по всем 32 кана.11ам с соблю­
дением принципа независимости.
Комплект периферийной аппаратуры в случае работы по телеграф­
ным линиям представляет собой телеграфные аппараты типа РТА-6,
Т-63 и другие устройства, имеющие блоки связи с каналом в коде
МТК-2 и скорость 50 бит/с. К нему через аппаратуру передачи
данных (АПД) можно подключить до четырех телефонных каналов за
счет соответствующего сокращения числа телеграфных каналов.
Скорость передачи в этом случае определяется АПД.
Абоненты, работающие в системе с ЭВМ, могут дистанционно про­
изводить ввод информации в ЭВМ, запрашивать какие-либо справоч­
ные данные, получать результаты вычислений. Для ввода информации
в ЭВМ абонент телеграфной сети должен произвести соединение, кото­
рое обеспечивается автоматическим подключением канала при поступ­
.11ении вызова от абонента, и обмен специальными комбинациями опо­
знавания (служебными знаками) с «Минск-1560».
При вводе по телеграфным линиям объем информации ограничен
величиной отведенного поля ввода (кармана) в МОЗУ ЭВМ, которое
определяется программистом при составлении рабочей программы
в каждом конкретном с:rучае. При работе по телефонной сети обмен
служебными СИ!\Шолаыи не производится.
Вывод инфорыащш из ЭВМ абонентаы производится программно,
причем установление связи с абонента!\ш местной тепеграфной сети осу­
ществляется автоматически, с абонентаып коммутируеюй те.1еграфной
сети - при помощи служебного телеграфного аппарата и вызывного
прибора, входящих в состав аппаратуры, с абонента~ш те.11ефонной
сети- при помощи те.1ефонного аппарата.
Служебный телеграфный аппарат может быть использован также
для обмена информацией с ЭВМ (укороченный абонент), для контроля
и обмена информацией с любьш из телеграфных каналов связи.
В МПД «Минск-1560» не предусмотрено специальных ыетодов по­
вышения достоверности передачи информации. Проверка правильно­
сти вводимой в ЭВМ информации может производиться программным
путем с выдачей абоненту ответа о правильности принятой информации.
Структурная схема МПД «1\1инск-1650» изображена на рис. 7.16.
216


Каждый из линейных блоков Л Б обеспечивает:
автоматическое установ.1ение связи с восемью телеграфными ка-
на.111:ши;
преобразование те,1еграфных посылок в стандартные IJ\Шульсные
сигналы и обратное преобразование;
хранение одного бита информации, принятого из канала или пред­
назначенного для вывода абоненту;
защиту схемы от ложных срабатываний при наличии помехи в кана-
ле;
блокировку любого из восьми подключенных каналов;
АПД
с::
н-1--t-t----;.-::.-::.-::..ct_-:_-_-~-----+---I ;:}_
БЫк
Рис. 7.16. Структурная схема «J\\инск-1560»
освобождение канала при отбое.
Блок управления БУ предназначен для:
выработки тактовых импульсов в автоно!\ШОJ\1 режиl\!е и по синхро-
импульсам ЭВМ;
подключения служебного телеграфного аппарата к ЭВМ и к любому
из подключенных каналов в качестве контрольного или абонента;
вызова оператора внешним абонентом;
организации обращения к буферному запоминающему устройству
БЗУ;
хранения номера канала, по которому выставлен запрос на такт об-
мена;
обмена служебны1\lи знаками после установления соединения перед
началом ввода инфор:--1ации;
общей блокировки каналов;
управления работой устройств в автоно1\1ных режимах;
выдачи автоответа из ЭВМ.
217


Буферное запоминающее устройство БЗУ имеет емкость 128 восьмн­
разрядных слов и разделено на 32 области (по числу каналов связ11),
каждая из которых состоит нз четырех восьмиразрядных ячеек памятн.
Таким образом, за каждым каналом закреплено четыре ячейки памяти:
первая ячейка предназначена для хранения служебных признаков, вто­
рую ячейку используют для хранения указателей состояний («Готово»,
«Занято», «Сбой)> и др.); третью ячейку - для запоминания состоя­
ния регистра сдв11га РгС при преобразовании последовате.~ьноrо кода
в пара.1,1ельный, 11 наоборот; четвертую ячейку - для промежуточно­
го хранения кода символа, принятого из канала или предназначенного
для вывода.
Регистр служt'бных признаков РгСП предназначен для внутренне­
го хранения и выдачи служебных потенциалов при работе с данным ка­
нало~!.
Регистр сдвига РгС (восы,шразрядный) обеспечивает поразрядный
обмен информацией с телеграфными каналами и обмен информаци~й
с АПД в параллельном коде.
Для выдачи сигналов «Запрос ВнУ>) (ВнУ - внешнее устройство)
11 управ:rения работой аппаратуры в такте обмена с ЭВМ в аппаратуре
применен специальный регистр приостановок РгП.
Функцию обмена символами с ЭВМ и расшифровки поступающей
по кодовым шинаl\1 символа (КШС) информации (коды команд анализа
указателей, команд обращения) выполняет регистр обмена РгО. Кро­
ме того, в регистре обмена происходит контроль принятой из ЭВМ КО,ё.о­
вой ко,1бинации на нечетность.
Блок указате.пей БУк необходим для управления программой вво­
да- вывода и осуществляет выдачу сигналов прерываний в ЭВМ («J<о­
нец работы ВнУ», «Запрос пр.», «Сбой ВнУ!!) и дешифрацию состоян11я
указате.1ей, вызвавших прерывание, для опреде.r:rения направления ра­
боты проrра7-rмы ввода-вывода.
Для передачи данных в ЭВМ по телеграфному каналу абонент, ис­
пользуя телеграфный аппарат, после установления соединения должен
передать с.1ужебные символы «ЦИФ» и «Кто там?». При правильном
прне:--rе этих сшшолов в «Минск-1560» формируется и передается або­
ненту ответный сигнал - сиывол « = )>. После приема этого символа
абонент должен нажать клавишу «=>), тем самым запросив разреше­
ние на ввод информации. При этом в аппаратуре устанавливается ука­
затель «Запрос на ввод», а в ЭВМ посылается сигнал прерывания «За­
прос пр.», который вызывает прерывание основной программы. После
анализа запроса и при наличии свободного «кармана>) в МОЗУ абонен­
ту посы.1ается спмвол « = », разрешающий ввод информации. Переда­
ваеыая ннфорыаш1я последовате,1ьно поступает в линейный блОI<, где
производится преобразование телеграфных посылок в импульсные сиг­
налы и запоыинание одного бита инфорыации. Далее информация по­
разрядно поступает в БЗУ через регистр сдвига для преобразования
последовательного кода в параллельный и формирование кода сич­
волов.
Поразрядная запись инфорыации в БЗУ производится путем выпол­
нения пос1 едовате.1ьности опеrа1щй: перезаписи содержн~юго третьей
218


ячейки БЗУ в РгС, сдвига информации в РгС на один разряд с занесе­
нием очередного разряда кодовой комбинации, принимаемой из кана­
ла в младший разряд, записи в БЗУ содержимого РгС. Таким образом,
1юμазрядно происходит заполнение третьей ячейки БЗ(>' до rюяв.1ения
ед1шицы (стартовой посылки) в шестом разряде реr11стра сдвига (н :v1лад­
ших пяти разрядах - информационная комбинация в коде ,\\ТК-2).
Затем содержимое регистра сдвига дополняется контрольньш разрядом
и записывается в четвертую ячейку БЗУ данного канала, где хранится
до ввода в ЭВЛ\.
Быстродействие РгС и БЗУ позволяет за один пнкл работы аппара­
туры обслужить все 32 канала, принимая поочередно по одно:11у разря­
ду кодовой комбинации из каждого канала.
Приеы информации и запись ее в БЗУ производится в цr11ure рабо­
ты данного канала с блоком управления. Циклы работы I(аналов орга­
низуются последовательно н образуют uикл работы МПД.
Для каждого канала связи блок формирования тактов БФТ выраба­
тывает девять тактов по синхроимпульса:,~ из ЭВМ. Каждый девятый
такт изменяет но:v,ер обслуживаемого канала. Время обслуживания
канала определяется длительностью потенциала номера канала.
Ввод данных в ЭВМ осуществляется в такте обмена, который орга­
низуется по сигналам запроса из «Минск-1560». Такт обl\1ена начинает­
ся по сигналу, поступающему из ЭВМ. В ответ из аппаратуры
«Минск-1560» поступает сигнал «Ввод». Этот же сигнал передается
соответствующим устройствам «Минск-1560» для организации режима
ввода. В такте обмена кодовая комбинация из четвертой ячейки БЗУ
через РгО передается в МОЗУ ЭВМ по соответствующему адресу. Ввод
информации заканчивается поступлением признака «Конец сооб­
щения». По этому признаку в ЭВМ поступает сигнал прерывания,
а в «Минск-1560» сбрасывается указатель «Занято» для данного канала.
В дальнейшем ЭВМ переходит на программу обработки введенного
сообщения, а данный канал по окончании внутреннего цикла устанав­
шшается в исходное состояние.
В процессе ввода возможны сбойные ситуации. Для анализа, инди­
кации и устранения сбоев предусмотрены указатели «Сбой» для каж­
дого канала и блок анализа БА отключения канала. В случае сбоя при
вводе указатель «Сбой» устанавливается в «1», а в ЭВМ поступает сигнал
«Сбой ВнУ», который является для ЭВМ сигналом перехода на про­
грамму «Сuсте,на обслуживания сбоев» (СОС). Ввод при этт1 продол­
жается, но информация не поступает в ЭВМ, а после расшифровки ком­
бинации «Конец сообщения» «Минск-1560» формирует символ «С» II вы­
дает его абоненту. Этот СИJ\!ВО.1 сигнализирует абоненту, что при вводе
произошел сбой и необходимо повторно ввести сообщение.
Вывод информации из ЭВМ к абонентам по телеграфным каналам
начинается пос.те соединения с ним. Для 1\1естных каналов соединение
устанавливается автоматически по команде «Вывод». Для кана.1ов, ком­
мутируемых АТА, соединение устанавливает оператор вычислитель­
ного центра, которому ЭВМ сообщает номер канала связи и шифр або­
нента, с которым необходимо установить соединение. Оператор, поль­
вуясь пультом оператора ПО «Минск-1560», устанавливает соедннения
219


с данныы кана.10'\1, а затеы, отсоединяя служебный телеграфный аппа­
рат, автоматически подсое,:щняет кана.1 к ЭВМ. В остальном вывод ин­
формации д.1я 1\!естных и для коммутируемых каналов аналогичен.
После \Ттановлення соединения в ЭВМ поступает сигна.r~ «ВнУ сво­
бодно», ес.1н кана.1 не занят и готов к работе, в «Минск-1560» для данно­
го канала \'СТанавтшаются в единичное состояю1е у1<азатели «Вывод»,
«Связь с ЭВ,Н», «Занято)). По единичному состоянию указатели «Вывод»,
-незанятой четвертой ячейке БЗУ и РгО, аппаратура готова для приема
информа~ш;1 нз ЭВМ.
При выводе информации после вывода каждой коыбинации из ЭВМ
поступает сигнал «Конец передачи». По этому сигналу производится
анализ принятой кодовой комбинации на нечетность (затем с помощью
РгС и третьей ячейки БЗУ она преобразуется в последовательный код
с добавлением еще одного разряда с кодом «1» для формирования сто­
повой посы.1ки и передается в .'rинейный блок).
В линейноы блоке производится преобразование кодовых комбина­
ций в те.1еграфные посылки. Последней информационной комбинаци­
ей является «Конец сообщения». Для отключения канала; после приня­
тия «Конец сообщения», из ЭВМ выдается сигнал «Конец массива», по
которому в «Мннск-1560» гасится указатель «Занято», а в линейный
блок поступает сигнал разъединения «Отбой» для местного канала
(в случае АТА разъединение производит абонент). При этом в ЭВМ
передается сигнал прерывания, по которому она анализирует конец
вывода.
Для осуществления обмена информацией между ЭВМ и абонентами
по телефонньщ кана.1ам между «Минск-1560» и каналом необходимо
включение аппаратуры передачи данных АПД (см. § 5.6).
После установления в АПД режима передачи данных в «Минск-1560»
через блок связи БСв поступает специальный сигнал и выполняется
ряд операций по подготовке аппаратуры к приему информации. При
rотовностн БЗУ к приему начинается познаковое поступление инфор­
мации в пара.1лельно~1 коде в РгС.
При вводе первого знака формируется соответствующий сигнал н
rзырабатывается запрос на ввод в ЭВМ. ЭВМ, по.1учив этот запрос,
прерывает выполнение основной программы и дает разрешение на ввод.
В «Минск-1560» посьиается команда обращения и через РгО информация
начинает поступать в ЭВ,\1.
Вывод ннформащш нз ЭВМ к абоненту возможен после установле­
ния с юш соединения. Это осуществляется оператором с помощью те­
лефонного аппарата. После соединения оператор нажимает клавиш!!
в АПД «Передача» и «Пуск».
В «Минск-1560» поступает сигнал «Передача» и в единичное состо­
яние устанавливается указатель «Готов» того канала, по кото­
рому до.1жна осуществляться передача информации. По
сигналу «Пуск» в ЭВЛ-1 произойдет прерывание основной про­
граммы и начнется вывод информации через «Минск-1560» и АПД
к абоненту.


ГЛАВА 8
АНАЛОГО-ЦИФРОВОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ
Аналого-цифровое преобразование охватывает ш11рок11й круг
вопросов, связанных с преобразованием непрерывно из:-1еняющихся
сигналов, называемых аналоговыми, в цифровой код. Далее будут
рассматриваться аналоговые сигналы: I11еханические и электриче­
ские. В соответствии с этим аналого-цифровые преобразователи можно
разбить на преобразователи механических перемещений угловых и
линейных в пифровой код и преобразователи электрических напряже­
ний и токов в цифровой код.
Преобразователи механических переl\lещений угловых и линейных
в цифровой код могут быть подразделены на три основные группы: ра­
ботающие на принципе счета; работающие на принципе считывания;
с промежуточным преобразопанием во временной интервал.
К первой группе относят такие преобразователи, в которых преоб­
разование осуществляется следующим образом. Каждому фнксирован­
ному приращению непрерывного параметра (кванту) Лр ставится в соот­
ветствие единица цифрового кода. Подсчитанное количество эп,х еди­
ниц будет являться цифровым эквивалентом преобразуемого пара1'11етра,
а точнее, его изменения (р2 - р1) за вреl'11я преобразования от началь­
ного значен11я р 1 до конечного р2 . Такие преобразователи достаточно
просты, однако имеют существенный недостаток: сбой при подсчете,
пропадание единиц приводят к появлению ошибки, пропорциональ­
ной количеству сбоев, т. е. появлению накапливающейся ошибки. Дру­
гим недостатком преобразователя, работающего на принципе счета,
является то, что преобразуется только приращение пара~~етра, но не
абсолютное его значение. При таком методе начальному значению р1
ставится н соответствие цифровой код нуля.
Ко второй группе относят преобразователи, в которых каждый
квантованный уровень кодируется независимо от других вполне опре­
деленной цифровой последовательностью. Это достигается однознач­
ным физическим представлением каждого квантованного уровня
в виде определенной кодовой комбинации.
К третьей группе относят такие преобразователи, в 1,огорых преоб­
разование осущестк1яется в несколько этапов. На одно~~ из этапов пре­
образуемому параметру ставится в соответствие вреыенно~"1 интервал.
Измерение временного интервала производится его запое1нение:\! им­
n ульсами стабильной частоты и их подсчетом. Подсчитанное количе­
ство импульсов является конечным результатом преобразования. Этот
221


принцип существенно отличается от принципа преобразования преобра­
зовате.1я;1ш первой группы. Во-первых, здесь преобразуется не прира­
щение, а абсолютное значение параметра, так как каждому значению
параметра соответствует определенный временной интервал. Непре­
рывному изменению преобразуемого параметра соответствует и непре­
рывное 11з:\1ененне временного интервала. И, во-вторых, изl\lерение вре­
менного антервала производится многократно так, чтобы за время из­
менения непрерывного параметра на единицу получить цифровой экви­
валент его абсолютного значения. Иногда преобразователи строятся на
комбинашш отмеченных выше принципов.
§ 8.1. ПОГРЕШНОСТИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
Расс;vютриl\1 погрешности для преобразователя, в котором реали­
зуется Евантование по времени и по уровню. Уточним, что речь пойдеr
не о погрешностях восстановления функции по дискретным значениям,
а о точности самих дискретных значений, степени отличия их от соот­
ветствующих мгновенных значений непрерывного сигнала (погрешно­
сти сююго непрерывного сигнала не учитываются), т. е. будут учиты­
ваться погрешности, определяющие собственную точность самого пре­
образователя. И рассматриваться будет не один отдельно взятый эк­
земпляр преобразователя для параметра, изменяющегося по вполне
опреде.1енному закону, а большая группа преобразователей. Поэтому
оценка точности проводится методами статистики.
В зависимости от причин возникновения погрешности преобразова­
телей 1\южно разбить на погрешности, вызванные квантованием и!(
(иl(-среднеквадратическая погрешность квантования), и инструмен­
тальные ии (ип- среднеквадратическая инструментальная погреш­
ность).
Погрешности квантования были рассмотрены выше, однако отметим,
что под погрешностью квантования понимается в данном случае толь­
ко погрешность квантования по уровню ин.у- Принципиально при реа­
лизацшr квантования по времени тоже l\lожет появиться погрешность
О"н.n за счет того, что считывание мгновенного значения (т. е. результа­
та квантования п) времени) происходит за конечный промежуток вре­
мени, в который 1\tпювенное значение получит некоторое приращение.
Для нор~1а.1ьной работы преобразователя среднее время tcp считыванип
результата должно выбираться из условия, чтобы приращение непре­
рывного сигнала за время опроса было меньше цены шага квантования
по уровню: tcp < t = Лр/р.
К 1rнстру;11ента.1ьньш погрешностям относят погрешности изготов­
ления дета.1ей и сборки, вызванные деформацией (силовой и темпера­
турной) эле:v1ентов и износом в процессе эксплуатации; шумы, возни­
кающие в электронной аппаратуре, и др. Эти погрешности в той или
иной степени оказывают влияние на точность изготовления квантован­
ных уровней и их считывание. Поэтому оценку всех первичных по­
грешностей преобразователя целесообразно проводить в долях величи­
ны кванта, пришшая его за единицу.
222


Суммарная среднеквадратическая ошибка преобразователя
Це.1есообразность того или иного соотношения ыежду сrн и сrп .::_о.1жна
решаться в каждом конкретном случае отдельно. Однако первостепен­
ным является требуемая конечная точность преобразователя (обычно
а к бо.1ьше cr,.).
§ 8.2. ПРЕ-ОБРАЗОВАТЕЛИ С ОДНОРАЗРЯДНОЙ ШКАЛОЙ
Схе~1а простейшего преобразователя с одноразрядной шка.1011, ра­
ботающего по принципу счета, изображена на рис. 8.1 . Преобразова­
тель состоит из диска Д и щетки Щ. Диск Д разбит на токопроводящие
и непроводящие участки и помещается на валу, угол поворота которого
требуется преобразовать в цифровой код. При вращении диска Д щетка
Щ поочередно будет попадать на токопроводящий участок п на непро­
водящий. Следовательно, если цепь диск - щетка подключить к ис­
точнику питания, в ней будет протекать ток либо не будет. Количество
прерываний тока, подсчитываемых специальньш счетчиком, будет ха­
рактеризовать угол поворота вала.
Точность такого контактного преобразователя определяется коли­
чеством токопроводящих и непроводящих участков, на которые разбит
диск. А это в свою очередь связано с габаритами диска п ыннимально
д
Рнс. 8.1 . Схе:.,а преобра­
зовате.1я, работающего
по пр111щ11пу счета
--
~IИ'JЩI
Сч
Рпс. 8.2. Схема преобра­
зователя с учетоы реверса
Еозможной, с точки зрения практического осуществ,ТJения, птриной
участка. Рассмотренный преобразователь не обеспечивает из~rенение
направления вращения диска.
Для учета реверса преобразователь выполняется с двумя токосъе:11-
ными щетками Щ1 и Щ2 , сдвинутыми относительно друг друга на поло­
вину участка разбиения (рис. 8.2). Особенностью этой схемы является
наличие цепи определения направления вращения по последователь­
ности сигналов, появляющихся в токосъе~шых ыетках. При движении
в одном направлении, например справа налево, шrпульсы посылаются
в счетчик Сч и их число складывается с ранее накопленньш чис.':rом, при
движении в другом направлении - вычитается из ранее накопленного
223


чис"1а. Лсг11чсс1,ая стру1,тура цепи определения направления враще­
ния завнс1п от способа 1,вшпования непрерывно изменяющейся величи­
ны.
При юзантовании с выделением интервалов l\Южет быть использова­
на цепь, изображенная на рис. 8.3, а. Сигналы со щеток Щ 1 и Щ2 посту­
пают на триггеры Т1 и Т2 . Напряжения е11 и е12 , сющаемые с плеч триг­
гера Т1 , будут соответствовать прямому и обратно1\lу кодам. Эти напря·
а)
б)
жения дифференцируются блоками
d1 и d2 ; возникающие при этом им·
пульсы поступают на схемы совпаде­
ния И1 и И2. Схемы совпадения И1 и
И2 пропускают только положительные
импу,1ьсы при поступлении на другие
их входы положительного напряжения
е2 , соответствующего прямому коду
триггера Т2 . В зависимости от после­
довательности переброса триггеров Т1
и Т2 , определяемой направлением из­
менения параl\lетра, импульсы появ­
·ляются либо на выходе схемы совпа-
е,,--""'~""'1/,1/,"'----"-!1:шl"""'-- е,, E'%'?JJ ~
Иб
дения 1 , ли о на выходе схемы сов-
dе11 1\ ч 1\ ч de" 1\ v А v падения И2 . Временнь1е диаграммы
для обоих случаев приведены на
еmВE!derz-~
~~
836С
12~
рис..,
.
игналы с выхода схемы
dе,z-п-ч~""------,ч~-"t,,._ dв,z~ч-.....t,,~v~ . . _t,,_
совпадения иl идут в реверсивный
е2~~Bz
•
~
в, 1\
Рпс. 8.3. Функuиопальная схо1а
устройства д.1я определения на­
прав.1ен11я вращения (а) н вре11ен-
нL1с дпаграммы (6)
счетчик на сложение, а сигналы с вы­
хода схемы совпадения И2 - в ре­
версивный счетчик на вычитание.
Работа данного преобразователп
основана на принципе счета с ис­
по.1ьзованием контактного способi:J
съема как наиболее простого. Однако
такой преобразователь может быть
реализован и на других способах съема, (особенно высокая ра­
зрешающая способность может быть получена при использовании
решеток).
Серьезны:-., недостатком преобразователей, работающих на принци­
пе счета, как уже отмечалось, является возможность появления накап­
ливающейся ошибки за счет сбоев и преобразование только прираще­
ний параtrетра, а не абсолютного его значения. Все это существенно
оrраничивэет приl\1енение таких преобразователей.
§ 8.3. МНОГОРАЗРЯДНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Многоразрядные преобразователи - преобразователи, работа ко­
торых основана на принципе непосредственного считывания кодовой
последовательности, соответствующей определенному квантованному
уровню, - нашли наибольшее распространение при преобразовании
угловых механических перемещений в цифровой код. Это объясняется
224


тем, что кодирование каждого квантова1,Iноrо уровня непрерывно изме­
няющегося механического параметра своей вполне определенной кодо­
~зой последовательностью позволяет производить ее считывание неза­
висимо от резу.'IЬтатов предыдущего считывания. Эrо дает возможность
опредеJ1ять значение квантованного уровня в любой момент считыва-
1-шя и избежать наличия накапливающихся ошибок считывания, т. е.
в случае появления ошибки считывания в каком-либо значении парамет­
ра при следующем считывании, в силу его независимости от результа­
тов предыдущего считывания, эта ошибка не накапливается. Преобра­
зователи такого типа подразделяют в зависимости от способа реализа­
ции кодирования квантованных уровней на шкальные, матричные,
фазометр ические.
К шкальным относят такие преобразователи, в которых кодирова­
ние квантованных уровней производится с помощью кодовых шкал,
называемых также кодовыми масками.
К матричным относят такие преобразователи, в которых кодирова­
ние квантованных уровней производится с помощью специальных
матриц или дешифраторов.
К фазометрическим относят такие преобразователи, действие кото­
рых основано на использовании умножителей частоты.
Двоичные кодовые шкалы. Кодовой шкалой называют такую шкалу,
которая позволяет каждому квантованному уровню поставить в соот­
ветствие вполне определенную кодовую последовательность, т. е. на­
бор символов, составленных по вполне определенному закону. В зави­
симости от принятого цифрового кода могут быть кодовые шкалы дво­
ичные, троичные и др.
При двоичном кодировании каждый квантованный уровень должен
представляться в виде двоичного числа Хп, Хп_1 , ... , х1 . Если извес­
тен диапазон изменения (О 7 ершах) преобразуемого механического пе­
ремещения и выбрана цена QJдa таким образом, чтобы она с одной сто­
роны удовлетворяла требуемой точности, а с другой - для удобства
· реализации
приводила к отношению срmах/срдв• кратному степени двой­
ки, то число разрядов двоичного числа
n = log2 (сршах/QJдв)-
Для построения двоичной кодовой шкалы все ее поле разбивают
(в зависимости от того, преобразуется линейное или угловое механи­
ческое перемещение) на линейные или концентрические дорожки и соот­
ветственно на колонки или секторы. Пятиразрядная двоичная кодовая
шкала для преобразования углового перемещения приведена
на рис. 8.4, где коду нуля соответствуют темные участки, коду еди­
ницы-светлые. Считывающие элементы (они будут рассматриваться
ниже) в первом случае располагаются вдоль колонки, а во втором
случае-по радиусу. При перемещении шкалы считывающие элементы
фиксируют появляющиеся под ними коды нулей и единиц и выдают их
на выход. Таким образом, каждому положению кодовой шкалы на выхо­
де соответствует вполне определенное двоичное число.
Недостатком преобразователей с двоичной кодовой шкалой являют­
ся чрезвычайно жесткие требования к точности изготовления шкал и
8 Зак. 744
225


расположению считывающих элементов по одной прямой указанным
выше способом. Но поскольку на практике изготовляют кодовый диск
и устанавливают считывающие элементы с определенными допусками,
то это приводит к тому, что переход с одного сектора на другой, т. е. пе­
реход от одного двоичного числа к соседнему двоичному числу, считы­
вающие элементы различных разрядов зафиксируют неодновременно.
Такая неодновременность на границах считывания вызывает ошибки.
При смене цифр только в одном разряде (при двоичном кодировании
это возможно в младшем разряде) величина ошибки находится в преде­
лах младшего разряда. В случае
о
же, когда происходит смена цифр
-----=,.,.,......;
в больше,1 количестве разрядов, ве-
личина ошибки может оказаться
значительно больше цены единицы
младшего разряда и достичь вели­
чины, соизмеримой с максималь-
7 ным значением преобразуемого па-
. ~~~====1~]}1 В раметра. Например, при переходе
9 от положения,
кодированного
двоичным числом 01111, к положе­
нию 10000 должно произойти одно­
временное изменение цифр на об­
ратные во всех разрядах. Если это
не произойдет, то на границе мо­
гут появиться любые пятиразряд­
Рис. 8.4. Двоичная кодовая шка.~а ные числа: 00000 - цифры пер-
вых четырех разрядов сменились,
а цифра пятого разряда задержалась; 00001-цифры второго, третьего
и четвертого разряда сменились, а цифры первого и пятого задержа­
лись; аналогично могут появиться и другие числа; 11111- uифра
пятого разряда сменилась, а другие задержа.1ись.
Таким образом, на границе считывания в рассматриваемом примере
ошибка может достичь величины, равной максимальному значению па­
раметра. Возможность появления таких бо.1ьших ошибок считывания
является существенны'\1 недостатком двоичных шкал, исключающим
возможность их использования в чистом виде.
Для устранения ошибок считывания, возникающих на границах
участков квантования, применяются различные методы. Рассмотрим
некоторые из них.
Ограничениезон считывания. Сущность
этого метода заключается во введении такого ограничения, при кото­
ром не допускается считывание кодов на границах переходов с одного
квантованного уровня на соседний. Шкала, реализующая этот метод,
может быть осуществлена путем введения дополнительной дорожки
с зонами, определяющими границы считывания (рис. 8.5), где крайняя
дорожка выполняет отмеченные функции. Считывание кодов разре­
шается только в пределах светлых участков этой дорожки. Ширина тем­
ных участков определяется допусками на изготовление кодовой мас­
ки и установку считывающих элементов и должна перекрывать суммар-
226


ное поле допусков. При нахождении считывающего элемента на затем­
ненном участке дополнительной дорожки запрещение считывания мо­
жет осуществляться, например, отключением считывающих элемен­
тов всех других дорожек (всех разрядов чис.r~а). При таком способе ог­
раничение граниuы зон квантования является как бы люфтом; если
кодовая шкала остановится в положении, когда считывающие элементы
окажутся в пределах ограничения считывания, то всякая информаuия
на выходе отсутствует.
Для устранения такой неопределенности прибегают к смещению
считывающих элементов с границ считывания на время считывания или
выполняют положение кодовой
шкалы при нахождении границ счи­
тывания под считывающими эле­
ментами неустойчивым.
Ограничение зон считывания,
однако, приводит к существенным
сужениям возможностей преобразо- 25
вателя как с точки зрения точно­
сти, так и быстродействия. Поэтому 'l.lf~~Жf--~
их применение возможно только 23
при относительно невысокой точ­
ности преобразования и малой ско­
рости изменения преобразуемого
параметра.
Логический выбор
считывающих
эле-
о
1
ментов.Прилогическомвы- р 85д
нс. . . воичная кодовая шкала с
боре считывающих элементов в
ограничением зон считывания
каждом разряде, кроме первого,
предусматривается два считывающих элемента А и Б, сдвинутых один
относительно другого на половину единицы данного разряда. Для счи­
тывания выбирается в каждый момент времени тот считывающий
элемент, который не находится на границе зон. Такой метод нашел
воплощение в схеме преобразователя, три разряда которого изобра­
жены на рис. 8.6 .
Преобразователь состоит из трех кулачков до, Д1 и Д2 , связанных
редукторами с передаточным отношением i = 1/2. Следовательно, пре­
образование осуществляется в пределах трех разрядов двоичного числа.
Для устранения ошибки, возникающей на границе зон считывания,
каждый из кулачков (кроме кулачка младшего разряда) имеет по
два считывающих элемента, выполненных в виде двухпозиционных
ключей (при Д1 - ключи К11 и К12 , при Д2 - ключи К21 и К22).
Ключи одного и того же разряда сдвинуты относительно друг
друга на 1/2 кванта, т. е. на 90°. Считывающим является тот ключ, ко­
торый не лежит на границе зон кулачка. Выбор того или иного ключа
для считывания обеспечивается положением кулачка предыдущего раз­
ряда. Для этого начальное положение кулачка каждого ра~ряда сдви­
нуто относительно начального положения кулачка предыдущего разря·
да на 1/4 кванта, т. е. на 45°.
8*
227


Результаты преобразования снимаются с выходных клемм х1 либо
КJiемм xi каждого из разрядов в зависимости от положения ключей.
При использовании фотоэлектрического и индукционного съема
предпочтителен метод логического выбора считывающих элементов, на­
зываемый V-кодом (по виду расположения считывающих органов), или
кодом Баркера. При этом методе кодовая шкала имеет вид чисто двоич­
ного кодирования, но в каждом разряде, кроме первого, устанавли­
вается по два считывающих элемента А и Б. Считывающие элемен-
Рис. 8.6 . Схема преобразователя с механически'vlИ
переключателями
ты А сдвигаются вправо на четверть ширины данного разряда относи­
тельно считывающего элемента первого младшего разряда, а считыва­
ющие элементы Б - на четверть ширины данного разряда влево
(рис. 8.7). Такое их расположение позволяет в зависимости от резуль­
тата считывания в предыдущем разряде выбрать тот считывающий
- элемент,
который находится не бли-
же чем на 1/4 кванта данного разря­
да от границы квантования.
~~--1
•
О12345б78Э1111112131415
Рис. 8.7 . Расположение считывающих
органов по V-коду
О12JЦ.5618Э1011121311/.15
Ао
~~,.....Ji:,:щ~,,__...,.',fИj7"r'-"'~~~"'IA1
~---"=.-....о:м Б,
~=,.,....-rщА2
77Я~%,,,,,.--=-----1<. """""""'- ., , ., .,~62
~~""""",,.-----1::(Ш~А3
'----"""""""""'"'"'"'"'"'L------'63
Рис. 8.8 . Маска по V-коду
Относительный сдвиг считывающих элементов и границ квантова­
ния может быть достигнут и другим путем (рис. 8.8). Считывающие эле­
менты располагаются по одной прямой. Кодовая же шкала выполняет­
ся так, что каждый разряд, кроме первого, состоит из двух подразрядов
А и Б. Подразряды А сдвинуты относительно границ квантования пер­
вого разряда на четверть своей ширины вправо, а подразряды Б - на
четверть своей ширины влево. Чему отдать предпочтение, сдвигу счи­
тывающих элементов или кодовых дорожек? На этот вопрос можно от­
ветить, если проанализировать сложность и точность преобразователя
в каждом конкретном случае. С точки зрения точности целесообразнее
228


усложнить кодовую шкалу и упростить установку считывающих эле­
ментов, но это ведет к некоторому увеличению габаритов шкалы.
.
Выбор считывающих элементов в данном разряде в зависимости от
результатов считывания в предыдущем разряде производится по с.пе­
дующей логике. Если в предыдущем разряде на выходе считан код
нуля, то в следующем разряде считывание несбходимо производить с
подразряда А. Если же в предыдущем разряде на выходе считан код
единицы, то в следующем разряде считывание необходимо производить
с подразряда Б. Ввиду необходимости выбора одного из двух считыва­
ющих элементов данного разряда в зависимости от цифры предыдущего
разряда реализация приведенной
логики должна проводиться в по­
следовательном коде, начиная с
младшего разряда.
Логическая схема переключе­
ния, осуществляющая отмеченную
логику, приведена на рис. 8.9 . Она
состоит из схем запрета И, ИЛИ и
триггера Т. Предположим, что с
младшего разряда шкалы считыва­
ющим элементом А0 на вход схемы
запрета (Вх.А) поступил код едини- Рис. 8.9. Функцнона.1ьная схема пере-
и
ключения при У-коде
цы. з-за отсутствия на запрещаю-
щем входе схемы запрета сигнала
этот код пройдет в схему ИЛИ и запишется в триггер Т. С приходом на
другой вход триггера Т сигнала установки нуля Уст. «О» триггер Т воз­
вратится в исходное состояние, а код единицы пройдет на выход и од­
новременно на запрещающий вход схемы запрета и Вх. Б схемы И. В этот
момент должно быть произведено считывание кодов элементами А 1 и
Б1 следующего разряда, коды которых поступают соответственно на
Вх.А и Вх.Б. Но схема запрета запрещает в этот момент прохождение
информации. А через схему И считанный элементом Б 1 код пройдет на
схему И и затем через схему ИЛИ на триггер Т. С приходом очередного
тактового импульса Уст. «О» код, считанный элементом Б~, поступит на
выход и одновременно в схему запрета и схему И. Если при очередном
такте считывания на выход пройдет код нуля, то при следующем счи­
тывании схема запрета запрещена не будет и на выход пройдет код, по­
ступивший на Вх.А. Установки триггера Тв исходное состояние такта­
ми Уст. «О» должны быть синхронизированы с потактным считы­
ванием кодов с разрядов шкалы, начиная с младшего.
Схема преобразователя, реализующего V-код, приведена на
рис. 8.10. Она состоит из регистра, осуществляющего поочередный по­
тактный опрос считывающих элементов синхронно с импульсами Уст.«О»
триггера в схеме переключения; кодирующего диска с V-кодом, счи­
тывающих элементов; усилителей УА и УБ, предназначенных для усиле­
ния сигналов считывания и схемы переключения.
К положительным качествам V-кода следует отнести и то, что с уве­
личением номера разряда увеличивается сдвиг считывающего элемен­
та А 1 относительно элемента Б1. Это позволяет увеличивать допуск на
229


изготовление старших разрядов шкалы и установление считывающих
элементов.
Необходимость считывания результата в последовательном коде
уве.ttйчйвает время преобразования по сравнению с параллельным спо­
собом считывания. Но этот недостаток устраняется при считывании по
методу двойной щетки.
Метод двойной щетки сводится к установке в каждом разряде, кро­
ме первого, двух считывающих элементов А и Б. Но в отличие от
V-кода все считывающие элементы А сдвигаются на половину младшего
разряда влево и располагаются по одной линии, а все считывающие эле­
менты Б сдвигаются на половину младшего разряда вправо и также
располагаются в одну линию. Выбор считывающих элементов А или Б
• Змменты считы8анид
Вх
(угол)
От программы
Рис. 8. 1()_ Струпурная схема преобразователя. реализующего
V-кол
определяется в зависимости от цифры младшего разряда. Если цифра
младшего разряда единица (светлый участок), то производится одновре­
менное считывание с элементов Б, если же цифра младшего разряда
нуль, то производится одновременное считывание с элементов А.
Таким образом, если при У-коде количество тактов считывания про­
порцистально количеству разрядов числа, то при методе двойной щет­
ки ко.1ичество тактов считывания равно двум. Однако при этом методе
допуск на установку считывающих органов всех разрядов одинаков и
при высокой разрядности достаточно узок.
Циклические коды. Отмеченныйвышенедостатокнали­
чия больших ошибок двоичных кодовых шкал заключается в неопре­
деленности считывания на границах квантования и является следстви­
ем изменения кода цифр одновременно в нескольких разрядах. Также
было показано, что при изменении цифры только в одном разряде вели­
чина ошибки считывания не превышает единицы младшего разряда.
Отсюда возникла идея создания кода, который бы строился таким об­
разом, что переход от одной двоичной последовательности к соседней
сопровождался бы изменением кода только в одном разряде. Создание
такого кода сводится к выработке законов построения двоичных после­
довательностей, обладающих отмеченными выше свойствами.
Эти коды можно легко получать, используя диаграммы, изображен­
ные на рис. 8.11, а, 6. Пересечение вертикальных и горизонтальных
230


линий на этих диаграммах определяют кодовые четырехразрядные по
следовательности. Первые два разряда определяются номером строки,
а оставшиеся - номером столбца. Условием составления кода, в кото­
ром последовательно изменяется цифра то.1ько в одном из разрядов, яв­
ляется запрещение движения по диагонали и повторное движение
вдоль строки столбца. При движении, отмеченном на диаграмме жир­
ными линиями, кодовая последовательность, появляющаяся в узловых
aj
оо01ff
00
01
lf
{0
4-
5
з
6
tо
2
7
89
й)
fU
00 Of
\,:
) ~10'
о1
1
187
9
8)
11100001ff10
23
4
65
а,
I
//7..,в
{О
1
~1
\
\
10
8
15
2J
54
s 1011
14 1312
Рис. 8.11 . Диаграммы циклических кодов
точках (О + 9), определяется пересечением соответствующих кодовых
вертикальных и горизонтальных линий. Кодовые последовательно­
сти для этих случаев сведены в табл. 8.1.
Таблица 8.1
Десятичный 1
код
о
1
2
1
3
1
4
5
1
6
1
7
819
Диаграмма а 1 0010 \ 0011
1 0111 10101 1 0100 \ 11001 1101
11lll11011 11010
Диаграмма б 0000 0001 0011 0010 0110 1110 1111 1101 1100 \ООО
Как видим из таблицы, в каждом случае чередуются различные
кодовые последовательности, но при переходе кодовой последователь­
ности к соседней в обоих случаях меняется цифра только в одном раз­
ряде. Количество узловых точек диаграмм, вертикальных и горизон­
тальных линий определяется количеством квантованных уровней пре­
образуемого параметра. Построение кода, как и в предыдущих случа­
ях, сводится к последовательному обхождению всех пронумерованных
вершин.
Для того чтобы кодовая последовательность последней точки отли­
чалась от кодовой последовательности первой точки только цифрой
в одном разряде, необходимо диаграммы строить по определенному
правилу с замкнутым циклом. Отсюда и коды, строящиеся по отмечен­
ному правилу, называют циклическими.
Вместо циклических диаграмм для построения циклических кодов
можно воспользоваться кубом. Но это оказывается более сложным при
большом количестве чисел.
Целесообразность выбора того или иного обхода для кодовой шка­
лы преобразователя, а значит, и выбора того или иного циклического
кода, определяется сложностью перехода к нему от двоичного кода и
231


особенно сложностью перехода от циклического кода к двоичному. Не­
обходимость такого преобразования объясняется тем, что циклические
коды неудобны для выполнения арифметических операций и поэтому
в ЦВМ почти не используются.
Относительной простотой перехода к двоичному коду и обратно от­
личается циклический код, называемый кодом Грея. Он строится по
диаграмме, изображенной на рис. 8.11, в. Пример записи чисел от О
до 15 в коде Грея и для сравнения двоичного кода приведен в табл. 8.2
Десятичный
код
о
1
2
3
4
5
6
7
Двоичный
КОД
0000
0001
0010
OOll
0100
0101
0ll0
0111
Код
Грея
0000
0001
00Jl
0010
0110
0lll
0101
0100
Десятичный
код
8
9
10
11
12
13
14
15
Таблиuа 8.2
Двоичный
код
1000
1001
1010
1011
1100
1101
111О
l Jll
Код
Грея
1100
1101
1111
lllO
1010
101 l
1001
1000
Схема кодовой шкалы для преобразования углового и линейного пе­
ремещений изображена на рис. 8.12 .
Из рисунка видно, что ширина светлых и затемненных участков всех
разрядов, кроме самого старшего, в два раза больше, чем при двоичном
;:111;19
0Оt2J4567В910tt12fJ1415
Рис. 8.12. Шкалы с кодом Грея
кодировании. Это дает возможность при одной и той же разрешающей
способности цены младшего разряда повысить точность кодирования
в два раза.
Двоичное число Хп- 1 Хп_ 2 ... х1 х0 приводится к циклическому коду
ап_ 1 ап_ 2 ... а1 а0 по следующим правилам:
232
ап-1 = Хп-1;
an-2 = Хп-2Е!Э Хп-1;
а;= Х; ЕiЭХ;н;


где Х; и а; ~ соответственно обозначение нуля или единиuы разряда •
двоичного кода и кода Грея.
Например, если двоичная запись числа х4 х3 х2 х1 х0 есть 11001,
то, переведя ее в цик"1ический код а4 а3 а2 а0 и воспо.,,ьзовавшись из­
ложенным выше правилом:
а4=Х4=1;
U3 = Х3(±ЭХ4 = 1(±Э 1= О;
U2= X2ffiX3= 0$1= 1;
а1= х1(±Эх2= Ов:эО = О;
Uo = XoffiX1 = 1(±ЭQ = 1,
получим запись в коде Грея (10101).
Таким образом, при необходимости перевода считанной информа­
ции в код Грея необходимо иметь специальную логическую схему
Обратный перевод числа из кода Грея в двоичный код осущест­
вляется по следующим правилам:
Хп-1 =an-1;
)1. n-2 = Xn-l Е!Эап-2;
Функциональная схема, выполняющая эти логические операции,
изображена на рис. 8.13. Преобразования по отмеченной логике прово­
дятся последовате.льно, начиная
со старшего разряда.
Считываемое число в коде
Грея поразрядно поступает одно­
временно в схему запрета 2 и
схему повторите.ля 3.
Если в старшем разряде был
код «1», то он проходит в схему
повторителя 5, далее в схему
ИЛИ6 и попадает на вход триг-
J
гера Т. При поступлении затем Вх
тактового импульса Уст. «О» за­
писанный в триггере Т код вы­
дается на выход и синхронно с
поступлением следующего раз­
Рис. 8.13. Функциональная схема пре•
образователя кода Грея в двоичный код,
поступающий в машину старшим разря-
ряда кода Грея - в схемы пов­
торите.ля 1 и запрета 2.
Если в следующем разряде
числа на входе имеется код «1»,
дом вперед
то он через схему запрета 2 не пройдет, так как запись в последнюю
запрещена, а через схему повторите.ля 3 пройдет в схему запрета 4
и запретит запись в ней. Следовате.льно, из схемы повторителя 1 код
«1» на выход также не пройдет. Поэтому на выходе в следующем
разряде числа будет записан код «О». Если же в следующем разряде
233


кода Грея на входе будет код «О», запись в схему запрета 4 запре­
щена не будет и код «1» схемы повторителя 1 пройдет на выход и т. д.
В ЦВМ последовательного действия используют последовательный
код, поступающий в машину младшими разрядами вперед. Поэтому опи­
санный способ требует последующего преобразования из последова­
тельного кода, поступающего в машину старшим разрядом вперед в по­
следовательный код, посту­
пающий младшим разрядом
вперед.
Вх
rст.,о"
Рис. 8.14 . Функuиональная схема преобразова­
теля кода Грея в двоичный код, поступающ11й
в машину младшим разрядом вперед
Применительно к таким
машинам целесообразно
выполнять преобразование
из кода Грея в двоичный
код, поступающий в маши­
ну младшим разрядом впе­
ред. Это можно реализовать
по следующему правилу.
Вначале определяется
количество единиц, которое
содержится в преобразуемой последовательности кода Грея. Если
число единиц четное, то в младшем разряде двоичного числа простав­
ляют О, если нечетное - то 1. Цифры остальных разрядов опреде­
ляются по следующим формулам:
Х0 = ~а;;
l
х1 = x0Ef)a0;
Х2 = Х1 Ef)al;
х;н = xi Ef!a;,
Например, надо преобразовать число 10101, записанное в циклическом
коде, в двоичный код. Преобразование осуществляется поразрядно, на­
чиная с младшего разряда, т. е.
х0= а0EfJа1EfJа2EfJа3EfJа4= 1EfJОEfJ1EfJUЕ!Эl = l;
Х1= x0Ef)a0= 1EfJ1= О;
х2= х1Ef)a1= ОЕ!ЭО = О;
х3= x2Ef)a2 = ОЕ!Э1= 1;
х4= х3Ef)a3= 1Е!ЭО= 1.
Запись числа в двоичном коде будет 11001. Схема, реализующая эту
логику, приведена на рис. 8.14 . Ее работа протекает следующим об­
разом.
Цифровая последовательность кода Грея младшим разрядом вперед
считывается с кодовой шкалы и поступает на счетный вход триггера
Т1 . Если количество единиц четное, то три·ггер Т1 после их подсчета воз­
вращается в исходное положение и управляемая им схема И1 будет за­
крыта. Если число единиц нечетное, то триггер Т1 окажется в перебро­
шенном состоянии и управляемая им схема И 1 будет открыта. Посту- 1
234


лающий затем на вход схемы И 1 импульс генератора Г1 проходит на
вход схемы ИЛИ1 и через нее на выход, выражая собой код единицы
младшего разряда двоичного числа. Одновременно код младшего раз­
ряда двоичного чисаа поступает через линию задеrжки D и схему
ИЛИ2 на счетный вход триггера Т2 , туда же в сдедующем такте по­
ступает младший разряд числа, выраженного в коде Грея. Триггер Т2,
выполняя роль одноразрядного счетчика, производит суммирование
поступивших кодов, выдавая следующий разряд двоичного числа через
схему ИЛ И1 на выход и одновременно на линию задержки D, и т. д.
Для осуществления задержки
числа, выраженного в коде Грея, а)
на время определения младшего
разряда двоичного кода и по­
дачи его в соответствующих
тактах на входе триггера Т2
используется регистр сдвига Рг. 13
Младший разряд кода Грея,
поступивший на вход этого ре­
гистра, появляется на его вы­
ходе после того, как младший
разряд двоичного кода появится
на входе триггера Т2 • По окон­
17о
9
в
Рис. 8.15. Троичные кодовые шкалы
чании полного цикла преобразования числа импульс установки
Уст. «О» переводит схему в исходное состояние, подготавливая ее для
нового цикла.
Троичная кодовая шкала. Троичная кодовая шкала позволяет пре­
образовывать механическое перемещение в троичный код. Такое преоб­
разование целесообразно производить в том случае, если для обработ­
,ш результатов преобразования используются затем цифровые вычис­
лительные устройства, работающие в троичном коде.
Для реализации троичного кода при тех же способах изготовления,
что используются и для двоичных шкал, необходимо иметь две двоич­
ные шкалы (табл. 8.3). На первой шкале наносится кодовая маска,
на которой код двойки реализуется так же, как и код единицы, т. е. свет­
лым участком (рис. 8.15, а), на второй шкале выполняются только те
разряды, в которых появляется код двойки, и эти коды двойки пред­
ставляются так же, как единицы, т. е. светлыми участками (рис. 8.15, 6).
Таблиц а 8.3
Десятичный кодl О \ 1 \ 2 lз \ 4-1 s J 61718191 101 11\ 12\ 131141 151 16117
Троичный код Joooloo1Joo21010J011/012lo20/02ijo22\100/101J102\11o/i1 +12/120J121l122
Код 1-й шкалыjооо\001\001\010)011Joo1Jo10J11+ 0011 ooj101/101l11+ 111111 \ 110J 111\111
Код 2-й шкалыlоооJооо/001looo\000\010!010Jo10\011\oooloooloo1 \ooo\000Joo1 \01 oJo 10\011
235


Обе кодовые шкалы жестко закреплены на валу, угол поворота которого
подвергается преобразованию в троичный код. Результаты счи­
тывания в пределах одного разряда, кроме последнего, суммируются
по mod 3.
Функциональная кодовая шкала. Рассмотренные до этого кодовые
шкалы обеспечивали преобразование перемещения в число, линейно
зависящее от этого перемещения. Однако часто приходится преобразо­
вывать уrJювые перемещения, связанные функциональной зависимо­
стью с определяемыми затем параметрами. Например, если параметры
определяются в полярной системе координат, а требуется затем перей­
ти к прямоугольной системе координат, то необходимо проводить
решение СJlедующих уравнений:
Z=psiп е;
х =Р cos E•COS ~;
y=pcose -sin ~ -
Такое решение можно провести, предварительно преобразовав пер­
вичные данные р, е, ~ в двоичный код, а затем в цифровой машине вы­
чис.11ить косинусы, синусы углов и произвести перемножения. Можно
поступить и иначе. Преобразовывать угловые параметры сразу в цифро­
вой код косинуса и синуса угла. Кодовые шкалы, обеспечивающие пре­
образование в число функций угла (или линейного перемещения), на­
зывают функциональными (для рассматриваемого примера такими
функциональными шкалами будут косинусная и синусная шкалы). Эrи
шкалы разгружают цифровые машины от дополнительных функцио­
нальных преобразований и таким образом оказываются в ряде случаев
предпочтительными. Функциональные шкалы могут реализовать широ­
кий класс нелинейных функций от угла поворота, не имеющих разры­
вов.
Построение кодовой шкалы ведут, исходя из согласования требуе­
мой и реализуемой разрешающей способности на самом крутом участ­
ке функции. Так, для синусоидальной зависимости такой участок на­
ходится в начале координат. Поскольку одному и тому же приращению
квантованного уровня соответствуют различные величины углов, то ши­
рина светлых и темных участков на кодовой шкале с уменьшением кру­
тизны изменения функции увеличивается. Различная ширина единич­
ных участков в пределах изменения параметра не позволяет применять
метод логического выбора считывающих элементов для устранения
ошибок считывания на границах участков. Поэтому здесь целесообраз­
но использовать циклические коды.
При!\Iер части функциональной синусной кодовой шкалы с кодом
Грея приведен на рис. 8.16, а, б. Установление знака снимаемой функ­
Ц!fональной зависимости производится специальной дорожкой, как
обычно принято в ЦВМ, знак плюс представляется кодом нуля, знак
минус - кодом единицы. Рассмотренная синусная шкала может одно­
временно использоваться и как косинусная, если имеются дополни­
тельные считывающие элементы, сдвинутые на 90° относительно
синусных.
236


Изготовление функциональных кодовых шкал оказывается более
сложным, чем линейных. Если в линейных кодовых шкалах произво­
дится разбиение всей окружности на равные части, то в функциональ­
ных кодовых шкалах такое разбиение проводится по соответствующей
а)
si.nC
11000
01000
01001
01011
11019
0111
01111
sиsь
00100
00101
00111
00110
Шlf
0000/
00000
Б)
90°
,,,
,,
..
-
4-5
.
Рис. 8.16. Синусная кодовая шкала
функциональной зависимости. Перед изготовлением шкалы необходи­
мо провести графическое квантование функции в зависимости от
угла поворота, а затем полученные дискретные значения функции запи­
сать в циклическом коде.
§ 8.4 . МАТРИЧНОЕ КОДИРОВАНИЕ •
Преобразователи, действие которых основано на использовании
матричного кодирования, похожи на преобразователи, действие кото­
рых основано на принципе счета с добавлением кодирующей матрицы.
Действительно, в последних щетка или какой-либо другой считыва­
ющий элемент перемещается по кодовой дорожке, осуществляя считыва­
ние последовате.пьно расположенных единиц и передавая их для под­
счета в счетчик. Такой способ позволяет преобразовывать, как уже го­
ворилось, только приращение параметра. В рассматриваемом же типе
преобразователя сигнал, считанный как код единицы, поступает не
в счетчик, а в матрицу для кодирования. Причем для сигнала каждого
участка (назовем его ламелью) имеется своя шина и поэтому сигнал
каждой ламели кодируется своей вполне определенной двоичной после­
довательностью.
Работа преобразователя с матричным кодированием поясняется на
рис. 8.17. Жестко с валом, угол поворота которого подлежит преобра­
зованию, скрепляется щетка. Щетка в процессе работы перемещает­
ся по токопроводящим ламелям, расположенным по кольцу. Каждая
ламель с помощью шины соединяется с кодирующей матрицей. Коди­
рующая матрица представляет собой диодный или какой-либо другой
шифратор. Количество выходных шин п шифратора для двоичного ко­
дирования
п=log2m,
237


где m - количество ламелей, обычно кратное степени двойки (в про­
тивном случае значение логарифма приходится округлять до целого
числа в большую сторону).
Каждая выходная шина при двоичном кодировании предназначает­
ся для вполне определенного разряда двоичного числа. При работе на
щетку поступает напряжение, которое в зависимости от ее положения
проходит на одну из входных шин шифратора и преобразуется в соот­
ветствующее двоичное число на выходных шинах. Источник питания
может быть как постоянного тока в случае потенциального способа
представ.пения числа, так и
fp2рЗр4-р
импульсный в случае им-
пульсно-кодового представле­
ния числа. При импульсно­
rюдовом представлении числа
нмпульсная частота питания
должна выбираться с учетом
скорости изменения преобра­
зуемого па ра:v1етра так, что­
"'
бы за время нахождения щет­
~ 1ш на одной ла:v1ели прошло не
"'
менее одного цикла опроса.
}ос;:;;.., При кодово-импульсном
-~1-_-_4...,1 -._► ~ представлении чисел вместо
диодного шифратора, требую­
щего для своего воплощения
большое количество диодов,
целесообразно использовать
Рис. 8.17. Схема матричного кодирования шифратор, выполненный из
оксиферовых колец (количе­
ство колец в таком шифраторе равняется количеству разрядов циф­
рового кода). При двоичном кодировании шина первой .11амели проши­
вает оксифер первого разряда (001), шина второй ламели-оксифер
второго разряда (010), шина третьей ламели-оксиферы первого и вто­
рого разрядов (011) и т. д. При считывании в выходных обмотках соот­
ветствующих разрядов будут появляться сигналы, выражающие собой
код двоичного числа, соответствующего номеру определенной ламели.
Ширина считывающей щетки должна превышать ширину изолиро­
ванного участка между ламелями. Нарушение этого приведет к тому,
что в моменты нахождения щетки между ламелями питание отключает­
ся и информация на выходе отсутствует. Однако за счет увеличения
ширины контактирующей зоны считывающей щетки иногда на грани­
цах считывания происходит одновременное перекрытие соседних ламе­
лей и, следовательно, одновременный опрос двух соседних участков
разбиения. При обычном двоичном кодировании это приводит к появ­
лению больших ошибок, аналогичных тем, которые возникают на гра­
ницах квантования двоичных шкал. Действительно, положим, щетка
перемещается с ламели с порядковым номером 3 к ламели с порядковым
номером 4. При этом на выходных шинах появляется двоичный код
0011, который должен затем измениться на двоичный код 0100. В мо-
233


мент же одновременного перекрытия на выходных шинах появится
двоичный код 0111, значительно отличающийся or правильного ре­
зультата.
• Для устранения ошибок считывания на границах, как и в шкаль-
111,[Х преобразователях, можно применять циклические коды, у кото­
рых при переходе от одного числа к соседнему изменяется цифра толь­
ко в одном разряде. Правда, такой метод устранения больших ошибок
считывания приводит к усложнению схемы, так как требует последу­
ющего перехода от цикличе­
ского кода к двоичному.
Другим способом устране­
ния больших ошибок на гра­
ницах считывания является
использование двухтактного
опроса. Кодирование произво­
дится в обычном двоичном ко­
де, но шины четных ламелей
подключаются к источнику
импульсного питания в такте
t 1 , а шины нечетных ламе­
лей - к источнику импульс­
ного питания в такте t2 , сдви­
нутому относительно такта t 1
на половину такта. Часть та­
кой матрицы кодирования,
состоящей из четырех оксифе­
ров, изображена на рис. 8. 18
(оксиферы 5 и 6 являются за-
f2
питывающими). Двухтактная Р11с. 8.18. Схема матрп•шого кодиропа11:1я
запитка соседних ламелей
с дпухтактовым оттросом
приводит к тому, что если
даже щетка будет находиться на двух соседних ламелях, опрашиваются
они не одновременно, а последовательно, и, следовательно, на вывод­
ш,,х шинах будут появляться коды действительных чисел (например,
то 0011, то О 100), а не искаженный код (О 111), как это было при одно­
временном опросе.
Аналогичную картину можно получить, используя две считываю­
щие щетки, сдвинутые друг относительно друга на ширину изоляци­
онного промежутка, если эти щетки запитывать от независимых
источников питания.
Преобразователи с матричным кодированием достаточно просты,
однако они наиболее пригодны для контактного способа съема инфор·
мации. Отсюда им присущи все недостатки, свойственные iтому спосо­
бу съема.·
§ 8.5 . ПРЕОБРАЗОВАНИЕ С ПЕРЕХОДОМ
К ВРЕМЕННОМУ ИНТЕРВАЛУ
Работа преобразователей с использованием метода перехода к вре­
менному интервалу основана на измерении преобразуемой величины,
23Э


отыскании соответствующего ей временного интервала и измерении
последнего. Измерение временного интервала осуществляется непо­
средственным подсчетом маркерных импульсов. Во избежание появле­
ния накапливающейся ошибки преобразование каждого значения па­
раметра -осуществляется независимо от предыдущего. Таким методом
можно проводить как преобразование механических перемещений (пре­
образователи с магнитным барабаном, на фазовращате.1ях), так и пре­
образование электрических величин (сравнением с пилообразным или
ступенчатым напряжением).
Преобразователь с магнитным барабаном (рис. 8.19). Этот преобра­
зователь состоит из магнитного барабана МБ, головки записи Г1 , голо­
вок считывания Г2 и Г4, головки стирания Г3 и электронной схемы.
,,Запуск"
Рис. 8 !9. Схема преобразователя с магнитным бара­
баном
МБ имеет две дорожки: над одной помещается только считывающая го­
ловка Г4 , над другой - остальные головки. Записывающая головка
Г1 выполняется подвижнои и механически сочленяется с валом, угол
поворота ер которого требуется преобразовать. Оси вращения МБ и за­
писывающей головки Г1 совпадают.
При необходимости в преобразовании угла схемой управления по­
дается сигнал «Запуск». При этом подвижной записывающей головкой
Г1 на МБ записывается импульс, фиксирующий угол ер. Одновременно
сигнал «Запуск» перебрасывает триггер Т, открывая схему И. Через
схему И маркерные импульсы, считываемые с МБ головкой Г4 , начи­
нают проходить в счетчик Сч. Как только фиксирующий импульс, за­
писанный магнитной головкой Г1 , окажется под неподвижной головкой
считывания Г2 , в последней возбуждается импульс, который, пройдя
через усилитель У, возвращает триггер Т в первоначальное положе­
ние. Этим прекращается доступ маркерных импульсов через схему И
в счетчик Сч.
Количество импульсов, накопленных в Сч за этот цикл, будет про­
порционально углу поворота записывающей головки Г1 относительно
неподвижной считывающей головки f 2, а следовательно, и преобра­
зуемоl\lу углу ер.
Z'lO


Перед подачей схемой управления нового сигнала «Запуск» Сч дол­
жен быть очищен, а записанный фиксирующий импульс стерт голов­
кой Г3.
ПреобразоватеJiь на фазовращателях. Прежде чем рассматривать
полную схему nреобразоватс.1я, выполненного на фазовращающем
элементе, остановимся на работе этого элемента и покажем возмож­
ность получения линейного сдвига фаз во времени, пропорционального
углу поворота, подлежащего преобразо­
ванию.
Вращающийся тран-
сформатор. Еслидвекатушки
индуктивности, расположенные под уг-
i=[0::,inшt
с
R
.Евых
i
лом 90° друг к другу, подключить к Еь
источникам тока, то в третьей обмотке
будет наводиться э д. с., величина ко­
торой пропорциональна углу между осью
этой обмотки и двумя первыми обмот­
ками:
Рис. 8.20. Схема получе111н1
сдвига фаз, основанная на их
расщеплении
Е=·м di1 +·м di2
J1dt
J2dl'
где Е - э.д.с. третьей обмотки; М 1 и М2 - коэффициенты взаимо­
индукции соответственно первой и третьей, второй и третьей обмоток;
i1иi2-
токи соответственно в первой и второй обмотках.
Если
/0 siп wt;
/0 cos wt;
М1- Мcos0;
М2 М sin0,
где О - угол между осями первой и третьей обмоток, то
Е=jMcos0!0wcoswt- jМsin0/0wsinwt;
Е=jMw/0cos(wt+0).
Полученное выражение показывает, что э. д. с. третьей обмотки име­
ет линейный сдвиг фаз, пропорциональный углу между осями подвиж­
ной и неподвижной обмоток, и постоянное значение Ет = Mw/0 =
= coпst при w = const. Этот метод требует равной амплитуды пита­
ющих токов / 0 = const и сдвига фаз между ними в 90°. Подобные фазо­
вращатели могут быть осуществлены на вращающихся трансфор­
маторах.
Рассмотрим другой способ получения линейного сдвига фаз. При
этом способе одна обмотка подключается к источнику синусоидального
тока (рис. 8.20) i = /0siпwt, в двух других взаимно перпендикуляр­
ных обмотках возникнут э.д.с. индукции, которые соответственно
будут равны:
Е·мdi
а=/ 1-;
dt
Е.~
1di
1=~ fJY.-
)
"dt
241


Подставим значение тока i = 10 sin ю t, получ1ш
Еа = jM110wcoswt; Еь = jM2 / 0 ffiCOSffii.
Применяя метод суперпозиции (считая, что цепь ,1Инейная) и пре­
небрегая индуктивным сопротивлением обмоток, найдем величину вы­
ходного напряжения от действия э. д. с. Еа и Еь каждой обмотки в от­
дельности, т. е.
Е
= jM1/0юR cos(J)t
а вых
R + l/(jffiC) •
Выделим мнимую и действительную части:
Е
=-M110ю2RCcos(J)i+ .M 1 /0 ю3 R 2 C2 cos(J)/
а вых
я2w2с2 + l
J R2w2 С"+1 •
Определим модуль величины напряжения на выходе и сдвиг фаз:
1Еавых1= Mi
10
ffi
2
RC VI +w2 R2С2; (J)1 = arctg(-ffiRC}.
я2ю2 С2+ 1
Следовательно, выражение для напряжения на выходе, которое
появляется под действием Еа, можно записать в виде
МIю2RС
Еавых=
10
cos [ffit + arctg (-ffiRC)].
v1 +я2 (J)2 с2
Выходное напряжение от действия Еь:
Е
= iМ2 IO(J) cos юt
ь вых [R + 1/(jwC)]iwC"
Преобразуем это выражение и найдем модуль величины выход
ного напряжения и сдвиг фаз:
Е
_
M2I0 w2 RCcosrot +. М,10 юсоsшt.
ьвых-
1+ я2ю2С2
1я2с2(J)2+1 ,
Mol0 w
t1
1Е
1
•
•m-arcg
ьвых= V1+я2С2со2 '
-r2-
юRС •
Окончательно можно записать, что •
Еьвых= V М210со
cos (,cot+ arctg-
1
-).
1+ш2 R2 С2
юRС
Общее выходное напряжение будет равно сумме Еа вых и Еь вых•
т. е.
Евых=Еавых+Еьвых= V loW
{м1coRCcos(cot+
1+w
2R2С2
t arctg (-coRC)] + М2 cos ( cot + arctg-
1
-)} ·
,
coRC
Учитывая, что
М1=Мcos0 М2=Мsin0,
242


и выбирая ffiRC равным 1 путем подбора R и С, получаем
Mlm
.
Евых = -/2 (cos 0 cos ((J)t-45°) + SJП 0 cos ((J)/ + 45°)].
Выразив cos (юt - 45°) через sin (шt + 45°), окончательно будем
иметь
Евых= (МIOw/Y2)sin(mt - 45°+0).
Последнее уравнение показывает, что выходное напряжение имеет
линейный сдвиг фаз, если: Евых max = М / 0(J)l"V2 = const, что до­
стигается при ш = const.
Реализация этого способа оказывается несколько проще предыду­
щего, так как в первом случае требуется обеспечить высокую точность
сдвига фаз токов в двух взаимно перпендикулярных обмотках на 9()
при равенстве их амплитуд, а в послед­
нем - только осуществить регулировку
R и С для обеспечения равенства
(J)RC = 1.
Рис. 8.21. Схема вк.1ючения враща­
ющегося трансформатора
Рис. 8. 22. Схема обмоток:
сельсина
Этот способ может быть осуществлен на обычных вращающихся
трансформаторах, имеющих попарные взаимно перпендикулярные об­
мотки на статоре и роторе (рис. 8.21).
С е л ь с и н. Рассмотрим возможность получения линейного
сдвига фаз при использовании сельсинов.
Три обмотки статора с1, с2 и с3 , расположенные под углом 120° друг
к другу, питаются трехфазным напряжением (рис. 8.22).
Возникающая в обмотке ротора э.д.с. индукции
Е-·мdi1+·мdiz+·мdi3
-
J1dt
J2dt
Jзdt•
Если учесть, что
i1 / 0sinшt;
i2 / 0sin ((J)t ~ 120°);
i3-
/ 0sin ((J)t - 120°);
М1 = Mcos0;
М2 = Mcos (0 - 120°);
м~. = Mcos (0 + 120°)
243


и подставить эти значения в предьшущую формулу, то nолучим
Е = jMcos 0/0wcoswt + jM cos (0 - 120°) /0wcos (wt -
-
120°) + jMcos (0 + 120°) / 0 wcos (rot + 120°).
После тригонометрических преобразований выражение приобрета­
ет вид
Е = (3/2) jM/0 wcos (wt - 0).
Формула показывает, что при использовании сельсина получаем
напряжение на роторе, имеющее постоянную амплитуду колебаний и
линейный сдвиг фаз относительно напряжения питания. Преимущест­
вом рассмотренных фазовращателей является то, что они реализуются
на изделиях. широко выпускаемых промышленностью.
Недостатком же их следует считать сравнительно невысокую точ­
ность этих изделий.
И н д у к т о с и н. Индуктосином называют многополюс-
ный индукционный датчик, которыи так же, как и рассмотренный вы­
ше вращающийся трансформатор, вырабатывает электрические сигна­
лы, связанные синусной и косинусной зависимостью с углом поворота
ротора. Однако за счет большого количества полюсов на роторе и стато­
ре и печатного выполнения обмоток индуктосин позволяет производить
преобразование yrла с более высокой точностью, достигающей одной
yrловой секунды.
Основными эле!\1ентами индуктосина являются два диска, изrотов­
.1Jенные из изо.1Jяционноrо материала. Один из дисков выполняется не­
подвижным и называется статором, другой -
~
поворотным и назы­
вается ротором. Между дисками, расположенными соосно, имеется воз­
душный промежуток. На смежных поверхностях дисков печатным спо­
собом выполняется одна и.1Jи несколько обмоток, которые могут быть
непрерывными и секционными. Обмотки представляют собой ряд ра­
диальных токопроводящих полос, соединенных поочередно. Число ра­
диальных полос должно быть четным, с тем чтобы направление магнит­
ных полей проводников всюду было противоположным.
Комбинация обмоток на роторе и статоре выбирается в зависимо­
сти от назначения индуктосина. Она может быть однотипной или раз­
личной. Например, статор может состоять из двух мноrополюсных сек­
ционированных обмоток, а ротор - из одной мноrополюсной обмотки
(рис. 8.23). Именно такой индуктосин получил наибольшее распростра­
нение. Обмотки статора при этом сдвинуты друг относительно ,цруrа
на половину полюсного деления обмотки ротора. Шаг обмотки на рото­
ре и статоре может быть различным, но соотношение между шириной
токопроводящей полосы /0 (в угловых единицах) и расстоянием между
полосами / - /0 должно быть постоянным:
//(/ - /0) = const,
где l ~ угловое расстояние между осевыми линиями соседних ради­
альных полос - полосное деление обмотки.
24-t


Удвоенное полюсное деление обмотки называют Шflг()М об.мотки 't:
't=21.
При питании обмотки статора переменным синусоидальным напря­
жением неизменной частоты в роторе индуктосина индуктируется
э. д. с., амплитуда и фаза которой являются функциями угла поворота
ротора. При соответствующих способах питания обмотки статора можно
добиться неизменности амплитуды при функциональной зависимости
фазы от угла поворота ротора и, наоборот, постоянства фазы при функ­
циональной зависимости амплитуды от угла поворота ротора.
ь
ь·
Рис. 8.23. Схемы ротора и статора индуктосина
Постоянство фазы выходного напряжения достигается питанием
одной обмотки статора напряжением, амплитуда которого изменяется
по синусоидальному закону, а другой - напряжением, амплитуда
которого изменяется по косинусоидальному закону, и фазы их сов­
падают. Амплитуда напряжения, снимаемого с ротора, при этом изме­
няется по синусоидальному закону.
Такой режим работы индуктосина
называют амплитудным.
При питании обмоток статора
напряжениями равной амплитуды,
но сдвинутыми по фазе на 90°, ам­
плитуда напряжения, снимаемого
со статора, остается неизменной, а
фаза меняется в зависимости от
угла поворота. Такой режим работы
0
индуктосина называют фазовым. Рис. 8.24 . Схема обмоток индуктосина
Так как преобразование фазы в
число может быть проведено с гораздо большей точностью, чем ам­
плитуды, то фазовой режим работы является основным при исполь­
зовании индуктосина в качестве преобразователя угла поворота в
цифровой код. Рассмотрим этот режим несколько подробнее примени­
тельно к индуктосину с дисками, изображенными на рис. 8.23. Схема
электрических связей между обмотками такого индуктосина приведена
на рис. 8.24.
245


Итак, при запитке обмоток статора напряжениями U ci = И с sin шt;
Uc 2 = Ис cos шt напряжение Ир, снимаемое с роторной обмотки,
(8.1)
где К11 = ИiИс - комплексный коэффициент передачи датчика;
qi - фазовый параметр индуктосина, связанный с уг.11ом поворота ро­
тора соотношением
360
<p=0n =0-,
't
(8.2)
где п - число шагов обмотки датчика или число периодов, имеющих
фазы; т - шаг обмотки.
Из выражения (8.2) видно, что фазовый параметр индуктосина изме­
няется в п раз быстрее, чем угол поворота его ротора, а будет тем боль­
ше, чем меньше шаг обмотки т. Таким образом, налицо эффект увели­
чения преобразуемого углового перемещения.
Теперь от задачи преобразования угла переходим к задаче измене­
ния фазового сдвига тока. Однако этот фазовый сдвиг представлен в уве­
личенном масштабе, что и позволяет полvчать высокие точности.
Для рассматриваемого случая электрические параметры связаны
между собой следующей системой уравнений:
_z1ic_1+ 212~c2+ 21зip=~cl; 1
221fc1+22fc2+22з/р=Ис2;
2з1ic1+2з2ic2+2з/р=О,
(8.3)
где ict• ic2 - токи в первой и второй обмотках статора; ip ~ ток в
обмотке ротора; z1 , z2 -
полные сопротивления первой и второй обмо­
ток статора; z3 ~ суммарное сопротивление обмотки ротора и нагруз­
ки; z12 , z21 - взаимные сопротивления между первой и второй обмот­
ками статора; z13 , z31 -
взаимные сопротивления между первой
обмоткой статора и обмоткой ротора; z23 , z32 ~ взаимные сопротивления
между второй обмоткой статора и обмоткой ротора.
Решение системы уравнений (8.3) позволяет определить ток в об­
мотке ротора:
j=
Ис1 (z21 Zз2-Z2 Zзi)- Ис2 (z1 Zз2 -Z12 Zзr)
р Z1 Z2 zз+ Z12 Z2з Z31 + Z1з Z21 Z32-Z1 Z2з Zз2-Z12 Z21 Z3-Z13 Z2 Z31
Для устранения инструментальных ошибок в работе
сина необходимо соблюдение следующих условий:
1) равенство по модулю сопротивлений обмоток статора:
Z1=z2=z;
(8.4)
индукто-
(8.5)
2) взаимная перпендикулярность обмоток статора, что обеспечит
равенство нулю взаимных сопротивлений обмоток статора:
Z12=Z21=О;
(8.6)
3) закон изменения сопротивлений между обмотками статора и об­
моткой ротора в зависимости от угла поворота ротора должен быть стро-
246


го синусоидальным (косинусоидальным):
Z13 = Z31 = -jroM13 sin пе; j
Z23 = Z32 = + /roiИ23 cos пО;
Аiз1 = i112з = М,
(8.7)
где М 13 , М 23 - максимальные взаимные индуктивности между соот­
ветствующими обмотками статора и ротора;
4) амплитуды питающих напряжений обмоток статора должны быть
равны между собой:
ucl=Ис2=И.,;
(8.8)
5) питающие напряжения для обеспечения фазового режима дол­
жны выражаться следующими соотношениями:
Uc1 =Иc1Sinrot;}
(8.9)
Ис2 = iИс2 sin rot.
С учетом соблюдения условий (8.5) 7 (8.9) выражение (8.4) для то­
ка после подстановки приобретает следующий вид:
j = U0 sin(J)t•zjroMsiпn0-jU0 zjroMcosn0
Р z2 z3-z [ jroM (cos n0) 2 )-z (-jroM sinn0)2 •
Преобразовав это выражение, получим
•
'roMИr,.sinrot
..
/Р=
•
(cos пе+ 1 sш пе).
zza+ro2 M 2
(8. 10)
Полученное выражение показывает, что модуль тока в обмотке рото­
ра не зависит от угла поворота, а его фаза изменяется в п раз быстрее,
чем уrол поворота ротора:
arglp= пе.
Это выражение справедливо для идеального случая, в действитель­
ности же оно искажается в результате неравенства амплитуд и фаз по­
лей обмоток статора, наличия связи между обмотками статора, появле­
нием высших гармонических в кривой э.д.с. обмотки ротора, наличия
эксцентриситета между обмотками статора и ротора, непа раллельно­
стью дисков и др.
Учет отмеченных погрешностей и рациональное проектирование
позво.1яют создавать индуктосины, обеспечивающие весьма точное пре­
образование углового перемещения, измеряемого единицами угловых
секунд.
Емкостные фазовращатели. Здесь механическое
перемещение преобразуется в электрический параметр с помощью
емкостного датчика, выполненного в виде пластин, емкость С между
которыми определяется формулой
С = keS/d = еS/(0,Зблd) = 0,885eS/d,
(8.11)
где е - диэлектрическая проницаемость; S - площадь перекрытия
двух пластин, см2 ; d - расстояние между пластинами; С
-
значение
емкости; k - коэффициент пропорциональности.
(8.12)
247


Формула (8.11) показывает, что величина емкости определяется
расстоянием d между пластинами и их площадью перекрытия S.
Конструктивно емкостные датчики выполняют либо с переменным
зазором d и постоянной площадью пластин S, либо с переменной пло­
щадью S и постоянным зазором.·
Датчики с переменным зазором обычно состоят из -грех параллель­
ных пластин, расположенных одна против другой. Крайние пластины
(статор) выполняются неподвижными, а средняя пластина (ротор) име­
ет возможность перемещаться поступательно в направлении к крайним
пластинам рис. 8.25, а.
Датчики с переменной площадью S и постоянным зазором d оказы­
ваются более удобными и поэтому нашли большое применение. Их кон­
струкции выполняются в нескольких вариантах: с поступательным
Рис. 8.25. Схемы емкостных датчиков
движением ротора (рис. 8.25, 6); с вращательным движением ротора
(рис. 8.25, в); с подвижным токосъемником; неподвижным токосъем­
ником.
Датчики, имеющие статор, выполненный из двух пластин, называ­
ют двухлучевыми. В отличие от них датчики, имеющие статор, состоя­
щий из трех пластин, называют трехлучевыми. Ротор трехлучевоrо
датчика имеет специальную форму.
Для повышения точности преобразования емкостных датчиков вво­
дится электрическая редукция, которая может быть получена за счет
увеличения количества пластин статора и соответственно числа перио­
дов синусоиды ротора; только числа периодов синусоиды ротора (для
трехлучевых датчиков число периодов синусоиды ротора не должно
быть кратным трем, так как иначе ротор становится симметричным ста­
тору и снимаемый сигнал равен нулю).
Обычно вторым способом поднимают редукцию только в два раза,
поскольку дальнейшее увеличение числа периодов синусоиды ротора
приводит к уменьшению амплитуды выходного сигнала. Число пла­
стин статора берут таким, чтобы их отношение к числу периодов сину­
соиды ротора было кратным 3/2 или 3. Пластины статора объединяют
в группы. Для обеспечения синхронизма работы датчика необходимо,
чтобы при заданном максимальном угле поворота ротора emax
электрический угол не превышал 2л.
Из этого условия определяется электрическая редукция:
(8.12)
248


Например, если задано emax = 30°, то п = 6. В этом случае ротор
содержит шесть периодов синусоиды, статор-девять пластин, соеди­
ненных в три группы по три пластины.
Конструктивно трех.'Iучевой датчик может быть выполнен IIИJIИН­
дрическим или плоским. В цилиндрическом датчике, изображенном на
рис. 8.26, а, статор представляет
о)
собой полый цилиндр из изоли- а)
рующего материала, на внутрен­
нюю поверхность которого нане­
сены металлические пластины,
соединенные между собой через
две на третью.
В
плоском
датчике
(рис. 8.26, 6) пластины статора Рис. 8.26. Схемы емкостных uилиндриче-
расположены в одной плоскости.
скоrо (а) и плоского (б) датчиков
Число пластин и их соединение
аналогичны цилиндрическому. Ротор выполнен в виде фигурной пла­
стины и расположен соосно и параллельно статору. Фигурный про­
филь ротора выполняется для соблюдения определенного закона изме­
нения емкости.
а)
Б)
Esi;wt ~
Есоэ
Рис. 8.27 . Схема включения емкостного датчика (а) и его экви­
валентная схема (б)
Емкостный датчик в преобразователе углового перемещения в циф­
ровой код используется как фазовращатель, т. е. как преобразователь
углового перемещения в фазу. Схема включения емкостного фазовра­
щателя приведена на рис. 8.27, а.
Для правильной работы емкостного датчика в режиме фазовраща­
теля необходимо соблюдение следующего закона изменения величины
емкостей:
С1= С0+Стsinq,;
С2=С0+Стsin(t:p+n/2);
С3=С0+Стsin(t:p+n);
С1 = Cu +Ст sin (t:p + Зn/2);
q,=пе.
(8.13)
249


На статорные пластины 1, 2, 3 и 4 необходимо соответственно пода-
вать следующие напряжения:
е1=Еsiп wt;
)
е2=Еsin(wt+ n/2); 1
е3=Еsin(wt+n); f
е4=Еsin(wt+Зn/2).
(8.14)
Эквивалентная схема включения фазовращате.ТJя показана на
рис. 8,27, 6. Для этой схемы можно составить следующие уравнения:
е1= R11 (i1 + i2+ i3+ i4) + i1 (l/jwC1);
!
е2=Rн(i1+ i2+ i3+ i4)+ i2(l/jwC2);
1
е3= RнU1+ i2+ i3+i4)+ iз(1/jwCз);
(8. 15)
С4=RнU1+ i2+ iз+ i4)+ i4(l/jwC4);
Ин=RнU1+ i2+ iз+ i4); е1=-ез;е2=-е4,
Система уравнений (8. 15) позволяет определить напряжение И/
снимаемое с ротора на нагрузочное сопротивление R8 :
И= (e1 C1 +e2 C2 +eзCз+e4C4)Rнiffi
(8.lб)
н
(C1 +C~+C3 +C4)Rнiu)+l
Подставив в выражение (8.16) значения из (8.13) и (8.14) и преобра­
зовав его, получим
Ин= V 2ECт-Rнffi sin(ffit+n0+n/2).
(8.17)
1+16ClR2w2
Из этого выражения видно, что фаза снимаемого напряжения ли­
нейно зависит от угла поворота ротора 0 и изменяется в п раз больше,
т. е. налицо электрическая редукция, позволяющая повысить точность
съема.
В качестве трехфазного фазовращателя может быть использован
трехлучевой датчик. На пластины 1, 2, 3 для этого соответственно не-
обходимо подать следующие напряжения:
•
е1= Еsinwt;
е2=Еsin(wt+ ~п);
(8. 18)
е3=Еsin(wt+ : п).
•
'
4)
C3 =C0 +Cmsш(<p+ 3 n;
(8. 19)
!p=n0.
250


В этом случае
и 1,БЕСтRнrо • ( t+.н О)
=
~ :==:::::;:=;;::;::;:::==;:- s 1П (J)
'1-' -
п
н v1 + gc2юwi
'
nн
(8. 20)
т. е. фаза выходного напряжения, так же как и в предыдущем случае,
линейно зависит от угла поворота ротора, увеличенного в п раз.
Величина электрической редукции п может достигать нескольких
десятков. Здесь следует иметь в виду то, что из-за наличия соотношения
п = 2:п:/0mах увеличение электрической редукции приводит к сниже­
нию предела изменения углового перемещения, так что в общем случае
Рис. 8.28. Схема преобразователя на фазовращателях
такой емкостный фазовращатель может использоваться для преобра­
зования небольших угловых перемещений или как точный отсчет в мно­
гоотсчетных преобразователях.
Достоинством емкостных фазовращателей является малое потреб­
ление энергии и простота изготовления. Такие датчики за счет возмож­
ности осуществления электрической редукции позволяют получить
достаточно высокую точность преобразования.
К недостаткам емкостных фазовращателей можно отнести r:;ысокое
внутреннее сопротивление, достигающее десятков и даже сотен ыегаом .
.В
качестве примера использования индукционного фазовращателя
рассмотрим упрощенную схему преобразователя, изображенную на
рис. 8.28. Наличие в схеме фазовращателя обеспечивает получение на­
пряжения Е, сдвинутого по фазе относительно напряжения питания
ИO на величину, пропорциональную углу поворота ротора. Эти напря­
жения после схем формирования Ф, дифференцирования и ограничения
d преобразуются в две системы однополярных импульсов. Одна систе­
ма, образуемая напряжением И0 , не зависит от угла поворота ротора,
величина же временного сдвига Лt другой системой относительно пер­
вой является линейной функцией угла поворота ротора. Импульсы обе­
их систем поочередно управляют триггером, который в свою очередь
открывает или закрывает схема И. В том случае, когда схема И о.кры­
та, через нее в накопительный счетчик Сч проходят импульсы fг от ге­
нератора. Количество N этих импульсов, поступивших в Сч, определя­
ется их частотой fг и интервалом времени Лt:
N = fгЛt.
251


Интервал времени Лt можно выразить через угол поворота ротора
0 и частоту магнитного поля fм.п=
М = 0°/360 fм.п•
Тогда количество поступивших в счетчик импульсов за один цикл­
(в зависимости от угла поворота)
N = (f/360fм.п) 0°.
Из последнего выражения видно, что точность работы схемы опре­
деляется стабильностью частоты импульсов генератора, поступающих
на счетный вход счетчика Сч, и стабильностью частоты сети питания
индукционной машины. Ошибки от влияния этих факторов могут быть
устранены за счет жесткой стабилизации частот во времени или за счет
жесткой синхронизации одной частоты относительно другой так, чтобы
их отношение f/fм.п оставалось величиной постоянной, т. е. f/fм.п =
= coпst.
Основным фактором, влияющим на точность преобразования угла
поворота вала, является ошибка сдвига фаз от угла поворота подвиж­
ных обмоток индукционных машин. Если считать эту ошибку близкой
1, 1°, т. е. равной 1/360 части окружности, то представляется возмож­
ность произвести преобразование с точностью до 1/256 части окруж­
ности и, следовательно, достаточно иметь восьмиразрядный счетчик.
Если необходимо вести преобразования с большей точностью, то
приходится применять двухсчетную систему, т. е. точный и грубый от­
счет.
Частота следования импульсов fг, поступающих на счетчик Сч, вы­
бирается из условия заполнения счетчика за время одного полного обо­
рота магнитного поля:
где п - количество разрядов накапливающего счетчика; f - часто­
та магнитного поля.
§ 8.6 . МНОГООТСЧЕТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Часто требуемая точность преобразования механических перемеще­
ний превышает точность, физически осуществимую при выбранном спо­
собе считывания. Например, при контактном способе считывания та­
кая точность обычно не превышает 9--10 разрядов двоичного числа,
при индукционном способе считывания -8 -- - -9 разрядов; при использо­
вании в преобразователях фазовращателей на ВТ-8-9 разрядов и т. д.
Несмотря на это, иногда требуемая точность удовлетворяется за счет
применения многоотсчетных преобразователей, т. е. таких преобразо­
вателей, в которых с помощью редуктора объединяется несколько пре­
образователей. Каждый из таких преобразователей называют отсче­
том.
Допустим, что требуемая точность преобразования, выраженная
количеством разрядов двоичного числа, равна п, а при выбранном спо-
252


собе считывания удается реализовать только точность т (п > т). То­
rда на одном отсчете оставляют эти т разрядов, а оставшиеся п - т
разрядов располагают на другом отсчете.
Огсчет, на котором распо.паrают м.падшие разряды, называют точ­
ным отсчетом, а отсчет, на котором располагают старшие разряды,
называют грубым отсчетом. Обычно шкалы точного и грубого
отсчетов для простоты и однотипности изготовления делают с оди­
наковым количеством разрядов. На одном отсчете используют все раз­
ряды шкалы т, а на другом-недостающее количество требуемой раз­
рядности преобразования п-т. Если n-m = т, то и на другой
шкале используют все разряды. Если же п-т :/= т, а это обычно
имеет место на практике, то можно использовать для их реализации ли­
бо п-т старших, либо п-т младших разрядов кодовой шкалы.
а)
Peilyкmop б)
Peilyкmop
(~(~
·,pirт - 1ТТ ~'fтт_
-
.тгr
~
~
~
~
т
п-т
п-т
т
IJ)
Peilyкmop
2)
Peilyкma{!_
~)~)
~
~
~
~
п-т
т
т
n-rrr
Рис. 8.29. Варианты двvхотсчетных преобразовз­
телей
Отсчеты между собой соединяются с помощью редуктора. Переда
точное отношение редуктора определяется тем, как расположены раз­
ряды на отсчетах и вал какого отсчета жестко соединяется с валом, угол
поворота которого подлежит преобразованию, т. е. вал такого отсчета
является входным. При этом возможны четыре случая (рис. 8.29).
Случай 1 (рис. 8.29, а). Входным валом является вал грубого отсче­
та. На шкале грубого отсчета ГО используют все возможные по техни­
ческой реализации т разрядов. На шкале точного отсчета ТО исполь­
зуют п- т младших разрядов шкалы. Передаточное число редуктора
для этого случая равно I/2п-т и редуктор будет ускоряющий. Если
на шкале точного отсчета использовать п-т старших разрядов, то
передаточное число редуктора изменится до значения lf2m.
Случай 2 (рис. 8.29, 6). Входным валом является вал грубого отсче­
та. На шкале грубого отсчета ГО используют п-т старших разря­
дов, а на шкале точного отсчета ТО используют все т возможных раз­
рядов. Передаточное число редуктора равно lf2п-m и редуктор будет
ускоряющий. Если на шкале грубого отсчета ГО использовать
п-т младших разрядов шкалы, то передаточное число редуктора
изменится до значения IJ2m.
Случай 3 (рис. 8.29, в). Входным валом является вал точного от­
счета. На шкале точного отсчета ТО располагаются все т разрядов, а
остальные п-т разрядов размещаются на шкале грубого отсчета ГО,
253


причем для этого используются ее старшие разряды. Передаточное чис­
ло редуктора для этого случая будет 2п-т и он является замедляющим.
Если же под п-т разрядов использовать младшие разряды, то пере­
даточное число редуктора повышается до 2т.
Случай 4 (рис. 8.29, г). Входным валом является вал точного отсче­
та. На шкале точного отсчета ТО используется п-т младших разря­
дов, а остальные т разрядов размещаются на шкале грубого отсчета ГО.
Передаточное число редуктора для этого случая равно 2п-т, а он явля­
ется замедляющим. Если же на шкале точного отсчета использовать
п-т старших разрядов шкалы, то передаточное число редуктора
возрастает до 2т.
Рассмотрение этих случаев показывает, что передаточное число при
соответствующем расположении п-т разрядов на шкале может рав­
няться lf2n-m, 2п-т или I/2m, 2m, а редуктор может быть ускоряющим
или ззмедляющим в зависимости от того, вал какого отсчета использу­
ется в качестве входного.
С точки зрения упрощения требований к редуктору и уменьшения
нагрузки на входной вал предпочтение следует отдать замедляющим
редукторам с меньшим передаточным отношением. Применение уско­
ряющих редукторов, приводящих к значительному увеличению нагруз­
ки, особенно динамической, весьма ограничено.
Существенную погрешность вносит мертвый ход редуктора, кото­
рый для каждого цилиндрического, винтового и конического зубчатых
колес
Л = kAl(mz),
где Л - мертвый ход зубчатой пары в единицах передаваемой вели­
чины; т - модуль; z - число зубцов зубчатого колеса; А
-
цена
одного оборота валика, на котором сидит колесо; k ~ коэффициент,
зависящий от класса точности (допусков на изготовление и сборку зуб­
чатых колес), вида и конструкции зубчатой передачи. Его значения для
нерегулируемых и регулируемых осей приведены в табл. 8.4 .
Класс
точности
2
3
меньше 30
0,023
0,036
Нерегулируемые оси
k при диаметре большой шестерни
1 30-ё-100
0,028
0,042
1 100-, -200
0,035
0,053
1 свыше 200
0,040
0,058
Таблиц а 8.4
Регулируемые
оси
0,009
0,025
Мертвый ход Л~ всей кинематической цепи редуктора равен сумме
мертвых ходов всех п пар:
r1
Л~ = ~Л;.
i=1
Суммарный мертвый ход редуктора зависит от класса точности, мо­
дуля и числа зубцов зубчатых колес, а также через цену оборота от пе­
редаточного отношения пар и редуктора в целом.
254


Цена оборота ведомого вала А 2 связана с ценой оборота ведущего
вала А 1 через передаточное число i:
А2 = A/i.
К редукторам многоотсчетных преобразовате.пей предъяв.1яются
серьезные точностные требования, так как инструментальные погрешно­
сти редуктора являются прямой составной частью инструментальных
погрешностей преобразователя в целом. К ним относят все замечания.
высказанные ранее относительно погрешностей преобразователей. Для
использования в мноrоотсчетных преобразователях удобен V-код, поз­
воляющий расширить поля
допуска при переходе к стар­
шим разрядам.
Таким образом, наличие в
многоотсчетном преобразова­
теле редуктора дает возмож­
ность повысить точность п ре­
образования по сравнению с
одноотсчетным п реобразова­
телем, но ввиду инструмен­
тальных погрешностей редук­
тора общая разрядность мно­
rоотсчетноrо преобразователя
ограничивается величиной в
12-13 двоичных разрядов.
Рис. 8.30. Схема преобразователя с опти•
ческим мультипликатором
В мноrоотсчетных преобразователях связь между точным и грубым
отсчетами может осуществляться и без механического редуктора. На
рис. 8.30 приведена схема двухотсчетноrо преобразователя, в котором
связь между отсчетами строится на основе использования оптической
редукции.
На валу 1 грубого отсчета вместе с кодовой шкалой 2 укрепляется
прозрачный диск 5 с радиально расположенными по кольцу непрозрач­
ными участками. Соосно с ним в непосредственной близости неподвиж­
но располагается второй аналогичный диск 4, но с числом затемненных
участков, отличающимся от первого на единицу. С одной стороны диски
освещаются кольцевым источником света 3. С другой стороны дисков
диаметрально располагаются фотоприемники 6 и 7, укрепленные на ва­
лу 8. Со стороны фотоприемников при вращении диска 5 наблюдается
картинка, на которой за счет неравенства числа непрозрачных участ­
ков на подвижном и неподвижном дисках появляются расширенные
З[.Т~мненные участки. Эти участки при повороте диска на одно деление
перемещаются на угол 360°. Таким образом, наблюдается эффект уве­
личения углового перемещения, равный числу делений i подвижного
диска.
Поворот расширенных затемненных участков отслеживается с по­
мощью фотоприемников 6 и 7 и специального следящего привода 9.
В результате фотоприемники 6, 7 и вал 8 вращаются синхронно с затем­
ненными участками и, следовательно, в i раз быстрее. На валу 8 жестко
закрепляется кодовая шкала 10 точного отсчета. Если на кодовой
255


шкале 2 грубого отсчета размещается m разрядов, то на кодовой
шкале 10 точного отсчета при надлежащем выборе числа i можно раз­
местить дополнительные (n-m) разряды.
Использование такой схемы позволяет избежать инерционных на­
грузок механического редуктора. Но точностные ограничения, о кото­
рых упоминалось применительно к механическим редукторам, имеют
место и для рассмотренного случая (точность отслеживания перемеще­
ния расширенных затемненных участков).
До сих пор рассматривалось применение многоотсчетных преобра­
зователей для повышения разрядности, при этом предполагалось, что
преобразуемый угол изменяется в пределах 0-; --360°. Другим применени­
ем мноrоотсчетных преобразователей может быть преобразование с раз­
рядностью, свойственной одноотсчетным преобразователям, но при
изменении преобразуемого угла в пределах нескольких оборотов. При
этом шкала точного отсчета используется для преобразований в цифро­
вой код углового перемещения в пределах одного оборота, а шкала гру­
бого отсчета - для счета количества оборотов. Если допустимое ко­
личество оборотов п, то количество разрядов на шкале грубого отсчета
равно m = log2n, а передаточное отношение редуктора, соединяющего
точный и грубый отсчет, должно быть равным 2m. К редуктору, как и
в предыдущих случаях, предъявляют высокие точностные требования,
и он также создает нежелательные дополнительные нагрузки.
Применения редуктора в многооборотных преобразователях можно
избежать путем использования в качестве грубого отсчета специальной
спиральной маски, выполняемой на диске точного отсчета.
§ 8.7. СПОСОБЫ СЧИТЫВАНИЯ
Независимо от того, какой принuип положен в основу преобразова­
теля (счета, непосредственного считывания или предварительного пре­
образования во временной интервал), преобразователи могут быть под­
разделены по способу считывания на контакт­
ные, фотоэлектрические, электромагнитные и др.
Контактный способ считывания. Контактный
способ считывания является наиболее простым
и широко распространенным, так как позволяет
снимать со щеток достаточно мощные электри­
ческие сигналы, не требующие последующего
усиления. При этом способе считывания могут
использоваться контакты нажимные и скользя­
щие. Нажимные контакты применяют совместно
Рис. 8.31. Схема на- с кодовыми дисками кулачкового типа. Схема
ж11чных контактов
такой пары изображена на рис. 8.31. По цилинд-
рической поверхности диска выполняются вы­
ступы и впадины, представляющие собой соответственно код единицы
и нуля. При наличии одной контактной пары с чередующимися впа­
динами и выступами на диске реализуется преобразователь, работаю­
щ1;1й на принuипе счета. При вращении диска в моменты нахождения
щетки Щ на выступе, контакт замыкается и в выходной цепи появ-
255


ляt.:тся сигнал, прел.стаuляющий собой 1шд едишщы. Лодсчиrанное
количеспю сдинип на выходе за время преобразования будет выра­
жать веJ111чIIну изменения угла (fJ за это время
Дю1 осуществления принuипа непосредственного считывания ко­
личество 1шсксш должно быть равно разрядf!ости получаемого двоич­
ного числа (каждый диск должен соответствовать вполне определен­
ному ра3ряду числ,~). Угловые р,~змсры впадин и выступов каждого
диска должны соответствовать цсf!с нуля и единицы определенного
разряда. Сочетание выступов и впадин каждого диска и взаимное рас­
положсII11е впадин и выступов всех дисков должf!о соответствовать
принятому коду. Если принят У-код, то каждый разряд, кроме перво­
го, должен Iшеть по два диска и две щетки или по одному диску, но
по две сдв1111утыс, как указывалось ранее, щетки. Все диски скрепля­
ют жестко между собой и закреплнют на валу, угол поворота которого
подлежит преобразованию. Кодовые выступы и впадины можно выпол­
нить и по торновой поверхности диска с конпснтричсскиl\lи дорожками,
однако это в технологическом отношении оказывается более сложным.
Рассмотренные же нажимные контакты хорошо известны в технике
и поэтому их выполнение нс составляет особых трудностей. Недостат­
ком их являются значительf!ые моменты трения, со3даваемыс контак­
тами, и оrр<1ничснис скорости изменения прсобра3усмого угла из-за
возникающего дребезга контактов.
Сколь3ящнс контакты пр11!11сняют с кодовыми шкалами, имеющими
проводящие II нспроводящис уч,~стки. Если в нажимных контактных
п<1рах кодовый диск вызывает перемещение щупа, который осуществля­
ет 3амык<1ние и размыкаf!ис коf!такта, то в этих парах с,~м коIп<1кт
скользит по поверхности шкалы. В этом с1учас пропесс контактирова­
ния ок,~зывается более сложны~,.
Надежность контактирования в такой паре опреде"1яется качеством
изолнционноrо и проводящего материалов кодового диска и щетки.
Контакты должны обладать м<1,1ьщ переходным сопротивлением и высо­
кой ~tl'Ханнческой стойкостью. Для обсс11счсf!ия этого их чаще всего
выпотrяют 11з благородных металлов и их сплавов. Наиболее подхо­
дящI1ми являются сплавы с металлами ш1атиновой rруrшы, в которую
nходнт п"1апша, рутений, родий, палладий, осмий II иридий. Платина
в ч11сто~I nнде вв11ду 1\tнrкости не при!\!еняется, но в СПJ1аве с друг11м11
металлами ее твердость 3начитслыю повыI11ается. Рутений и осмий
металлы твердые, но в чисто!\! виде не используютсн из-3а бо,1ы1юй JIсту­
чсст11 при наrрсвтши. Родий, обладающ11й высокой твердостью и корро­
зиоустойчнвостью, используют длн покрытня проводнщих сегментов,
В качестве заысны родия иногда применяют менее дорогой металл пал­
ладий, 1юторый несколько уступает родию в твердости.
Ввиду того что щетка подвсрrастсн истиранию больше любой точки
диска, uе.лссообразно для се изготовления брать l\!атсриал более
твердый, чем длн проводящих участков диска.
Величин,~ переходного сопротивления зависит от контаIпIюrо давлС'­
ния: че111 больше это давление, тем меньше переходное сопротивление.
Но увеличение контактного давления, с одной стороны, увеличивает
9 Зак. 744
25'7


монент трения, а с другой-повышает износ. Поэтому при конструщ::о­
вании приходится учитывать эти противоречивые факторы.
Фотоэлектрический способ считывания. Фотоэлектрический способ
считыван11я из-за высокой разрешающей способности получил широкое
распространение. Его работа основывается на использовании светового
потока. Для этого каждому кванту преобразуемого параметра ставится
в соответствие светопроницаемый или светонепроницаемый участок
кодовой шкалы. С одной стороны кодовой шкалы располагается источ­
ник, с другой - чувствительный элемент (приемник светового потока).
Рис. 8.32. Схема фотоэ.1ектрического тракта
В зависимости от того, будет
ли находиться на пути свето­
вого потока к приемнику све­
топроницаемый и.rrи светоне­
проницаемый участок или
нет, на выходе приемника сиг­
нал будет появляться или от­
сутствовать. Наличие сигна­
ла, как и в предыдущем слу­
чае, может выражать собой
1юд единицы, отсутствие -
код нуля.
Таким образом, фотоэлек­
трический тракт преобразова­
теля (рис. 8.32) включает в
себя: источник светового по­
тока 1; оптическую систему 2,
формирующую световой поток; кодовый диск со светопроницаемыми
и светонепроницаемыми участками 3; щель считывания 4, ограничива­
ющую световой поток; приемники 5. Рациональное проектирование
фотоэлектрического тракта предусматривает согласование работы всех
его элементов.
Разрешающая способность кодового диска, определяемая ценой
младшего разряда, должна согласовываться с шириной луча считыва­
ния и интенсивностью светового потока излучателя так, чтобы имелась
возможность по электрическому сигналу фотоприемника с достаточной
степенью точности определять появление светопроницаемых и свето­
непроницаемых участков. Очевидно, граница между этими участками
должна определяться с точностью выполнения самих участков. Однако
это возможно только при бесконечно узком луче считывания, строго
перпендикулярном кодовому диску. Сужение светового луча кроме
практической трудности приводит к уменьшению светового потока и
затруднению его фиксирования фотоприемником. Расширение же свето­
вого луча увеличивает световой поток, однако изменение выходного
сигнала фотоприемника на границах считывания становится более по­
логим, а следовательно, точность определения по этому сигналу границ
считывания оказывается более затруднительной.
Сказанное выше иллюстрируется рис. 8.33 для различной ширины
d луча считывания и неизменной цены младшего разряда кодового
диска, равной Лq;. Наибольшая точность определения границы между
258


нулем и единипеii кодового диска может быть получена при наиболее
узком луче считывания (рис. 8.33, а). Выходной сигнал Urmx в этом
случае ~шеет nысокую крутизну. С увелнченнем ширины d луча считы­
ва1шя (рис. 8.:33, б II в) 1,рутнзна выхо.JJ!ОГО сигна"1а падает. Эффек­
тивная ширина cf луча сч1п1,1вания ограничивается шириной участка,
соответствующего «1» младшего разряда (рис. 8.33, в). Дальнейшее рас­
ширениР- луча сч11тывания приводит к уменьшению амплитуды выход­
КоВоВая Ворожка
'-Р
Рнс. 8.33 . Графики зависимости
выходного сигнала от ширины d
луча
ного сигнала, соответствующего«l».
В результате отношение сигналов
<<1» и «О» падает и их распознава­
ние затрудняется.
J
Рис. 8.34. Схемы перекрестных иска­
жений
Расположение фотоприемников и излучателей, а также их харак­
терис1 ики должны выбираться таким образом, чтобы избежат1, перек­
рестных искажений и обеспечить наибольшее отношение сигналов«\»
и «О».
Перекрестные искажения могут возникать за счет прохожден11я
световой энергии с одной кодовой дорожки к фотоприемнику соседней
дорожки, что может привести к появлению ложного сигнала на выхо­
де этого фотоприемника. Устранение таких перекрестных искажений
на приемниках 4 получают за счет соответстnующего расположения
источника света по отношению к диску 3 и выбора определенной шири­
ны светонепронинаемых концентрических дорожек 5 между кодовыми
дорожками 2 (рис. 8.34). Расположение источника излучения вне за­
штрихованной области / приводит к появлению перекрестных иска­
жений. !::ели источник излучения точечный, то он может быть помещен
в любой точке отмеченной области, если - линейный, то зона воз­
~южных положений такого источника, естественно, сужается.
Другой вид перекрестных искажений возникает за счет воздействия
на фотоприемник светового потока, проходящего через соседние про­
зрачные участки одной кодовой дорожки. Для устранения такого яв-
9*
259


ления используют специальные щели, пропускающие световой поток
в узкой радиальной области.
Взаимное расположение источников излучения, кодmюго диска,
щели сч1пывания и фотоприемников должно быть таким, чтобы, устра­
няя перекрестные искажения, обеспечить прохождение достаточного
светового потока 1· фотоприемников. Совместная работа излучателей
и фотоприемников также требует
1,тА
40
Иист
их corласованин.
Рассмотрим фотоприемнИI<и и
излучатели световой энергии, ис­
пользуемые в преобразователях.
ФотоприемIIики. Вка­
честве приемников и преобразова­
телей светового излучения в эле1<­
трический сигнал используют раз­
личные фотоэлементы. Фотоэле­
ментом называют полупроводни­
ковые, электровакуумные или дру­
гие электрические приборы, элек­
трические свойства которых изме­
ншотсн под воздействием светового
l-'ис. 8.35 . В0.11,т-ампсрныс характсри- потока. В настоящее времн в пре-
ст11ки крсмн11епо1·0 фотоэлемента
образователях распространение по-
лучили фотоrальванические фото­
элементы и частично фоторезисторы. Несмотрн на то что все эти
группы элементов преобразуют световую энергию в электрическую,
рззличие пронессов, протекающих в них, не гюзволнет описывать их
работу одними II теми же параметрами и зависимостями.
ФотогальсанцчРскuе эдРJ.tРнmы. К фотоrальваническим элементам от­
носятсн такие элементы, принцип действия которых основан на ф то­
гальваническоl\1 эффекте на р-п-переходе. Фотоэлементы с одним
р-п-переходом называют фотодцодалtu, а с двумя и тремя р-п-перехо­
л.ами-фототранзцсторалщ. Работа фотоэлемента, как и других элек­
тронных приборов, оп ределнетсн воm,т-ампер11ой характеристикой.
Вольт-амперная характеристика крем1шевоrо фотоэлемента приведена
на рис. 8.35, где И иr.,,. - напряжеrше источника. Она практически
удовлЕтворяет следующему уравнению:
где /Ф - первичный фототок, т. е. полная величина составляющей то­
ка фотоэлемента, обусловленнан действием излучении (первичный фо­
тоток практически не зависит от температуры); И - напряжение на
р-п-переходе; R11 -
сопротивление нагрузки; /т - темновой то1<
«утечки» через р-п-переход;
U/R11= lн; lт=is(ек~т- 1),
где/5-
ток насыщения, т. е. значение, к которому стремится темно­
вой ток при U-+ -oo (величина этого то1<а с повышением температу-
260


ры сильно возрастает); q = 1,6 . I0- 19. К
-
элементарный заряд;
V - напряжение на фотоэлементе; К = 1,4 . I0- 23
,
Дж/град, по­
стоннная Больцмана; А - коэффициент, зависящий от материала фото­
элемента (для германиевых qютодиодов А = i); Т - температура, Q К.
На рис. 8.36 приведена эквивалентная схема, построенная в соот­
nетствии с приведенными уравнениями. Из этой схб1Ы видно, что вели­
чина нагрузки не остается постоянной, т. е. в зависимости от фотото­
ка /Ф изменяется сопротивление р--п-перехода, по которому протека­
ет ток.
В приведенном уравнении не учтены сопротивления контактов в
области полупроводника между запирающим с:юем и контактами Ru
ф
------1
--
-- --,
Рис. 8.36. Эквпва.1ентная
схема включения фото­
элемента
о) НФз
~Rн
~
Рис. 8.37. Режнмы работы фотоэ.,емента
11 сопротивление запирающего слоя Rm, изображенные на эквивалент­
ной схеме пунктиром. С учетом этих сопротивлений величина тока из­
меняется, однако в ряде случаев это нзменение незначнте.nьно.
В заnнсимости от полярности напряжения на р-п-переходе разли­
чают режимы работы фотоэлемента: фотогальваническнй, называемый
также вент11льны:v1 (рис. 8.37, а), 11 д1юдный (рис. 8.37, б).
При фотога.1ьваническом режиме работы знаки тока и напряжения
различны (четвертый квадрант, рис. 8.35) 11, с:~едовательно, статиче­
ское сопротив.1ен11е фотоэлемента ФЭ будет отрицательным; это
говорит о ТО'-!, что фотоэлемент будет генератором электроэнергии
и, следовате.,1ьно, внешнего источника тока не будет. Этот режим харак­
теризуетсн отсутствием темнового то1<а и низким уровнем собственных
шу~юв.
При щюдном режиме работы знаю~ тока и напряження одинаковы -
отр1щательны (третий квадрант, см. рис. 8.35), следовательно, стати­
ческое сопротивление положительно. Фотоэлемент ФЭ явJшетсн потре­
бителем энергии. Для осуществлен11я этого режима необходнм внеш­
ний источник напряжения, включенный в запирающем направлении.
Преимущества:,.ш д1юдного режима яюяется во%1ожность получения
больших сигна"1ов по напряжению, та1, как допустима высокоомная
нагрузка. 0,;:~лако в это:,.1 режиме шумы достигают существенного уров­
ня, который повышается с увеличение:,.~ напряжения питания и посто­
янной засветки.
При qютогальваническом режиме работы по нагрузочному сопротив­
лению протекает фототок, являющнйся частью перничноrо тока, так
юш другая его часть будет током утечки через р-п-переход.
261


При диодном режиме по нагрузочному сопротивлению кро~1е фото­
тока протекает темновой ток, направление ко1орого совпадает с на­
правлением фототока, т. е. направление темнового фототока изменяется
при изменении знака напряжения источника.
При больших напряжениях и освещенностях чувствительность фо­
тогальванических элементов резко снижается.
Зависимость фототока / Ф от величины светового потока называют
световой характеристикой фотоэлемента. Эта характеристика при фо­
тогальваническом режиме не линейна, а при диодном режиме - ли­
нейна в широком диапазоне изменения светового потока Ф. Заметим,
что величина фототока определяется не только величиной светового по­
тока, но и f'ГО спектрr-1льным составом.
к,.,3⁄4
во
40
Рис 8.38. Спектр:мьные характеристики фото-
элементов:
1- селеновый без корректирующего покрытия; 2- селе­
новый с корректирующим покрытием; 3 - серно-тал.1не­
вый; 4 - сернисто-серебристыii; 5 - германиевый; 6 -
кремниевый
Отношение тока в короткозамкнутой цепи (Rн = О) нагрузки к све­
товому потоку при линейной световой характеристике называют инте­
гральной чувствительностью К. измеряемой в мА/лм или в мкА/лм:
/( = /Ф/Ф.
При нелинейной световой характерис1ике это отношение называют
средней интегральной чувствительностью в выбранном диапазоне из­
ыенения потока излучения.
Чувствительность фотоэлемента при люмхроматuческом излучении
Ф,., т. е. излучении определенной частоты или длины волны, называет­
ся спектральмй:
К,.= JФ/Ф,..
Спектральная чувствительность зависит от длины волны падающе­
го на фотоэлемент излучения. Связь между спектральной чувствитель­
ностью и длиной волны излучения определяется спектральной харак­
теристикой. Относительные спектральные характеристики (К,) Кл шах =
=
К,.., %) для некоторых фотоэлементов приведены на рис. 8.38 .
Из этих характеристик видно, что каждая кривая имеет ярко выражен­
ный максимум, т. е. каждый конкретный фотоэлемент имеет наиболь-
262


шую чувствительность для вполне определенного спектра светового из­
лучения. За пределами этого спектра чувствительность резко падает,
что говорит о необходимости согласования спектральной характе­
ристики излучате.151 н фотонриемника.
Основные параl\lетры некоторых фотоэлементов приведены
в табл. 8.5.
Таблиц а 8.5
Иптсгралы1ая
ДJ1ина ПОЛПЫt
Макспмал,_.иос
СООТПСТСТRУJ.ощая
1:1уnствнтсл1"ност ,_ ,~
максималыюй
зпачспнс
Ти11 4.отоэлсмспта
11 с 60.11 се_.
спсктралыюй
спсктра.пыюй
мкЛ/.1м
чуnстnптсльиости,
11ync ТRНТt;~лr..постн.
мкм
мЛ/131
Селеновый
600
0,59
350
Сернисто-серебряны ii
8000
0,8---ё-О,9
400
Сер1ю-таллиевый
11000
0,95
500
Германиевый
30000
1,4-: --1,5
1000
Кремниевый
.
7000
0,95
850
В процессе работы чувствителыюсть фотоэлементов изменяется сле­
дующим образоl\1: в начальный период эксплуатации сравнительно быст­
ро (происходит стабилизация или тренировка фотоэлементов); затем
сравнительно медленно (происходит старение элемента, при этом у гер­
маниевых фотодиодов, например, ток насыщения увеличивается,
а чувствительность падает). После выключения фотоэлемента его чув­
ствителыюсть обычно восстанавливается.
Выпускаемые отечественной промышленностью фотодиоды маркиру­
ютс" следующим образом: селеновые - буквой К (К-5, К-10, К-20),
сернисто-серебряные - ФЭСС (ФЭСС-У-5, ФЭСС-У-3, ФЭСС-У-8,
ФЭСС-У-10), германиевые- ФД (ФД-1, ФД-2, ФД-3), кремниевые­
ФДК (ФДК-1, ФДК-lв).
Интегральная чувствительность селеновых фотодиодов находится
в пределах 250---ё-500 мкА/лм; сернисто-таллиевых 5000-10000 мкА/л!\1;
сернисто-серебряных 3500 ---ё- 8000 мкА/лм; германиевых 10000 ---ё­
---ё- 20000 мкА/лм и кремниевых около 3000 мкА/лм.
Особенностью кремниевых фотодиодов в диодном режиме работы
являются низкое рабочее напряжение и малый темновой ток, который
в обычных условиях l\lепьше I мкА и лишь при температурах +60° С
достигает 5---ё-10 мкА. У германиевых же фотодиодов темновой ток выше
11 достигает 10---ё-20 мкА при обычных условиях.
Кроме фотодиодов, как уже упоминалось, могут использоваться 11
фототранзисторы с р----п-р-переходом. Фототранзисторы обладают
повьш1е11ной чувствительностью и меньшей зависимостью темнового
тока от теJ\шературы 110 сравнению с фотодиодами. В остальном свой­
ства фототранзисторов и фотодиодов аналогичны. ИнтеграJiьная чув­
ствительность фототранзисторов ФТ-1 равна 170-500 мА/ лм, а ФТГ-2
равна 2000-7000 мА/лм.
Схема включения фототранзистора приведена на рис. 8.39 . Вольт­
амперные характеристики фототранзистора (например, ФТГ-1) напо-
2Ю


минают вольт-амперные характеристики плоскостного транзистора,
включенного по схеме с общим эмиттером.
При расчете схеы определение тока в нагрузке при заданном излу­
чении сводится к построению нагрузочной прямой и определению точки
пересечfния ее с вольт-амперной характеристикой фотоэлемента соот­
ветствующей заданной облученности.
При диодном режиме уравнение нагрузочной прямой будет
И=Uпст- /нRп,
где Инст - напряжение источника питания.
При фотогальваническом режиые Иист = О и уравнение нагрузоч­
ной прямой имеет вид
и= -!HRII.
В случае, если вольт-амперные характеристики фотоэлемента за­
ранее не известны, приходится пользоваться для расчетов исходным
уравнением и решать его совместно с уравнением нагрузочной прямой,
что представляет значительные трудности.
Фоторезисторы. Фоторезисторами называются полупроводниковые
светочувствительные элеыенты, электрическое сопротивление которых
уменьшается под воздействием излучения вследствие фоторезисторно-
Р11с. 8.:39. Схема
включения фото­
транзистора
Фе
Rн
Рис. 8.40. Схема
вк.1ючеюrя фото­
резистора
го эффекта (внутреннего фотоэффекта). Схема включения фоторезисто­
ра приведена на рис. 8.40. Питание фоторезистора может осуществлять­
ся как от источника переменного, так и постоянного тока.
Работа фоторезистора описывается уравнением
/Ф = AU,Ba,
где А - постоянная, определяемая свойствами материала и конструк­
цией фоторезистора; у и а - коэффициенты нелинейности вольт-ам­
перной и световой характеристик.
Поскольку вольт-аыперные характеристики считают линейными,
то чувствительность, так же как и фототок, пропорциональна напряже­
нию. Поэтому в справочниках, как правило, указывают не чувстви­
тельность, а удельную чувствительность, т. е. чувствительность, отне­
сенную к напряженияю в 1В.
264


Фоторезисторы обладают высокой чувствительностью в относител1,-
110 широком диапазоне частот от ультрафиолетовой области до обла­
сти, близкой к инфракрасной. Сопротивление фоторезисторов имеет
высокую стабиа1ьнпсть. Нагрев же приводит к увеличению тсмнотюrп
тока.
В настоящее время отечественной промышленностью выпускаются
фоторезисторы из сернистого свинца (ФСА), сернистого кадмия (ФСК,
СФ2) и соленида кадмия (ФСД и СФЗ).
Источники светового излучения. К источни­
кам светового излучения, используемым в фотпэлектрических преобра­
зователях, предъявляются сле-
дующие основные требования: к71 , о/.
1) согласование спектрально­
го состава потока излучения со
спектральными характеристика­
ми фотоприемника;
2) возможность сосред01 оче­
ния светового потока излучения
в узком пучке, для чего тре­
буется, чтобы светящийся объем
источника света был минималь­
ным (точечным или линейным);
3) высокая мощность и ста­
билыюсть свечения;
4) большпй срок службы;
5) малая мощность !IСТОЧНИ-
ков питания.
во
2,0
J,O л,мкн
Рис. 8.41. Спсктра.1ы1ыс характеристики
:1амп:
1 - JH!J\.HJa r1ака,пиnшшя с во,11,фра,101:ю-п r1ип,ю;
2 ~ ltIIJ)KOIJИC'B;)Я Л:17'11Ш1
В качестве источников светового излучения в фотоэ.1ектрическвх
преобразователях используют различные лаl\шы нака.11ша1111я и газо­
разрядные импульсные лампы. Лампы накалива1111н создают непре­
рывный световой поток, а газоразрядные ,1амт,1 - шIПуо'1ьсный.
Источником лучистой энергии в лампе накаливания явi1яется нить
из тугоплавкого ыеталла пли тугоплавких соединен11й металлов. Из
чистых металлов на11более подходящ1г,1 является вол1,фра111, который
преимущественно 11 используется для 11зготов.1еш1я шпей ню,аливания.
Лампы накаливания могут выполняться вакууr.шы~ш и газонапол­
ненными. Газонаполненные лампы имеют сравните.1ыю большие тепло­
вые потери. Лампы накаливания с вольфрамовой н11тью ка1, вакуумные
так и газонаполненные, имеют максимум излучення в об,1асп1 1юротко­
волновых инфракрасных лучей (рис. 8.41). Так, паприыер, вакуумная
лампа при температуре вольфрамовой 1ш1 и, равной 2500° К, имеет l\1ак­
с11мум излучения в области л = 1,5 μ, а газонаполненная лампа при
температуре шпи, равной 3000° К,-в области Л= 0,96 ~1. Такие лам­
пы по спектру и::~лучения хорошо согласуются с рассмотренными выше
фотоэлеменгами.
Температура 111m1 является основной характеристпкоii, определяю­
щей все светотехнические и энергетические параметры лампы.
Важной характернстикой лампы является также световая отдачп,
определяемая как отношение светового потока к общей мощности излу-
265


ченин. Световая отдача характеризует экономичность лампы: чем боль­
ший световой поток излучает лампа на единицу подводимой мощности,
тем она экономичнее.
Наиболее удобными для использования в преобразователях явля­
ются прожекторные лампы, которые обеспечивают направление основ­
ного светового потока от нити в оптику. Так, например, прожекторные
лампы с цилиндрической спиральной нитью, перпендикулярной оси
лампы, позволяют получать световой поток с малым углом рассеива­
ния в вертикальной 11лоскости и большим углом рассеивания в гори­
зонтальной плоскости.
Как правило, срок службы люш накаливания сравнительно не-
высок (обычно не превышает !00 ч). Например, срок службы фар с
питанием в 11 и 23 В сосtавляет
всего ЗОч ; световой поток этих
ламп 6000 + 7000 лм.
80
Действие лампы накаливания,
создающей непрерывный световой
поток, ::-.южет основываться не
только на разогреве нити, но и н<:1
использовании дугового разряда.
Примером такой лампы может слу­
жить циркониевая лампа, в кото-
1,2 л,мнм рой используется дуговой разряд в
Рис. 8.42. Спектральная характеристп- парах циркония и некоторого ко-
О •0,Б
ка uезиевой лампы
личества аргона. Циркониевая лам-
па конструктивно выполняется в
виде небольшой газоразрядной трубки. Особенностью этой лампы
является одновременное излучение сплошного и линейчатого ха­
рактера. Источником сплошного излучения является образующееся
на небольшом участке ка_тода раскаленное пятно круглой формы,
равномерно светящееся и имеющее резко очерченные края. Источ­
ником линейчатого излучения служит возбужденный газ (аргон)
и пары циркония. Благодаря то::-.1у что разряд сосредоточен на не­
большом участке катода, достигается очень большая яркость свече­
ния. Источником электронов является тонкий слой металлического цир­
кония, излучающий энергию при температуре около 3000° К:. Циркони­
евая лампа питается постояннымтоко::-.1; рабочее напряжение лампы рав­
но 130 В; пусковое напряжение очень высоко и составляет 1000-ё---2000 В.
В этом заключается недостаток лампы. Положительным же качествоJ1.1
лампы является ее мгновенное включение, позволяющее производиrь
модуляцию потока питанием.
Другим примерос11 газоразрядной лампы может служить цезиевая
резонансная лампа. Эта лампа излучает поток, обладающий большой
интенсивностью в инфракрасном спектре (рис. 8.42). Такие лампы вы­
пускаются на мощность 50, 100 и 500 Вт. Лампа мощностью в 100 Вт
представляет собой трубку длиной в 125 мм и диаметра~, 35 Ml\I, запол­
ненную парами цезия и каким-либо инертным газом, например аргоном.
Разряд в лампе происходит между двумя спиральными вольфрамовыми
электродами, покрытыми оксидом бария и стронция. Максимум из-
266


лучения ла~шы соответствует длинам 0,86 и 0,89 l\lKI\I. Цезиевая лампа
обладает весьма ценным качеством: позволяет осуществляп, высокую
Г.'1\'бИП\1 МОД\'ЛЯП!Ш тока .
• /1,11,/1ульс1-1ьtс ЛШi//Ы. Импу.1ьсвыс лампы излучают прерывистыi\ сне­
ТОРОЙ поток В рсзуm,татf' РО'ЩИ!{ающих В !IJJX С определенной Ч,1СТОТОЙ
!{ратковремснных вспышек. Кратковременные вспын1Iш могут основы­
ваться на разJш 1 1ных явлениях и бытт, одно- н I1I1юr<жратнымн. К им­
пульсным лампам, используемым в преобразователях, предъявляют
требованнн бот,шоrо сро!{а сJiужбы, т. с. возможности получения боль­
шой кратност11 повторе1111я вспышек 11 высокой частоты. Такн:,1 трсбо­
ва II ияы отвечают газоразрядные 11м-
пулт,снт,1с лампы - строботрош,1 с ча-
К"' °/о
стотой вспышек до !IССКОЛТ,К!JХ К!JЛО "
герц.
Импуm,сные лампы конструктивно
оформляются в виде труб,ш, вт,шол­
ненной
кварца,
1,5---ё-lО
из тугоплавкого стекла или
с внутрс111111м диаметром
мм. В концы труб!{и впаяны
щ1л1111дричесю1е никелевые электроды.
Трубка заполняется 1111срт11т,тм газом
(обычно ксеноном, аргоном 11ли крип­
тоном), находящимся под 1111зю1м дав-
лснисм.
100
50
0,6 о,в
1,2 л,мкм
Рис. 8.43. Спектральная характери­
стика 11мпульсной лампы
Зажигание осуществляется путем ионизации заполняющего трубку
газа. Возникающая вспышI,а характеризуется малой продо:1ж1пель-
1юстыо (до 10-(i с) и боm,шой яркостт,ю. Продолжтпслыюсп, вспышки
определяется временем ио11изащ111 газа и rюлным сопротивлс1111см цепи
питания. Лампы на пов1,тшс1111ую частоту вспт,тшки заполняются смесью
аргона и водорода. Пр11 частоте вспышек, приблшкающсйся к 1000
вспт,тшкам в секунду, эта лампа становится постоянно проводящей. Пр11
таких частотах работа лампы возможна лишь при се последоватсльно:'11
сосдтшснии с особой переключательной лампой, которая очень быстро
дс1ю11изирустся, следоватсю,rю, возможна быстрая перезарядка кон­
денсатора для следующей вспышки.
Спсктралы,ая характсристиI,а 11мпул1,с11ой лампы, пр1тсдс1111ая на
рис. 8.43, показывает, что спектр се излучения достаточно ашрок.
Наибольшее излучение 11аб,1юдается в диапазоне О, 7---ё--1,2, т. е.
хорошо соr.11асуемом со с11ектралы1ыми характеристиками фотоэле­
ментов.
Управление моментом зажигания лампы большей частью осущест­
вляется с помощью трсп,его, расположенного внутри лампы электро­
да, на "оторый подастся высоковольтный импульс напряжшия, за­
жигающий разряд. Но когда лампа нс имеет этого электрода, управл~­
ние моментом зажигания осуществляс1ся кратковременш,ш 1юды'~юм
разности потенциалов между основными электродаыи. Для этого л11бо
повышается напряжение основного источника тпания, либо создается
импул1,с напряжения на включенной между источником и лампой ин­
дуюивности.
267


Питание шшульсной лампы осуществляется от источника, способ­
ного обеспечить большую силу тока в кратковременном импульсе. Чаще
всего в качестве такого источника используется конденсатор, который
заряжается от сравнительно маломощной сети постоянного тока и выда­
ет мощный импульс в момент разряда. Иногда для упрощения пита­
ние лампы осуществляют от мощной сети переменного тока. Разряд
в лампе при этом возникает в моменты максимальных напряжений и гас­
нет при переходе напряжений через нуль. Частота вспышек равна час­
тоте питающего напряжения.
Сравнивая непрерывные и импульсные источники излучения, можно
отметить следующее.
Преимуществами непрерывных источников являются невысокие
требования к источникам питания (малая мощность источников пита­
ния); непрерывный световой поток не накладывает ограничений на
скорость изменения преобразуемого параметра в том смысле, что, как
бы часто ни перекрывался световой поток непрозрачными участками
кодовой шкалы, это всегда может быть зафиксировано фотоприемни­
ком, обладающим соответствующими частотными характеристиками.
Основньши недостатками непрерывных источников являются срав­
нительно невысокая интенсивность излучения; большие тепловые поте­
ри, вызывающие нагрев других элементов аппаратуры; высокая инер­
ционность излучателей, не позволяющая проводить модуляцию излу­
чения источником питания, что приходится проводить в других элемен­
тах схемы, обычно после фотоприемников.
Преи:11уществами импульсных ламп являются высокая интенсивность
излучения и импульсное излучение, не требующее последующей мо­
дуляции сигнала.
Недостатками их использования можно считать усложнение схемы
питания и требование высокого подключающего напряжения. Огра­
ниченная частота вспышек ограничивает допустимую скорость изме­
нения параметра, подлежащего преобразованию. Световой поток им­
пульсных ла11ш постепенно ослабевает вследствие оседания на стенках
ламп частиц бомбардируемого катода.
Трансформаторный способ считывания. Трансформаторный спо­
соб считывания информации основывается на использовании импульс­
ного трансфорl\Iатора с воздушным зазором, в котором перемещаются
участки кодированного металлического диска (рис. 8.44). Коду единн­
цы на кодI!рованном диске соответствует отверстие, а коду нуля -
отсутствие отверстия, т. е. металл диска. Импульсный трансформатор
имеет перв!!чную обмотку W1 и вторичную обмотку W2 . В процессе
работы в об~ютку W1 трансформатора поступают опрашивающие им­
пульсы тока. Под действием этих импульсов в магнитопроводе возни­
кает магнитный поток Ф, проходящий по сердечнику обмотки W1 , воз­
душному зазору и сердечнику обмотки W2 . В результате в обмотке W2
индуктируется некоторая э. д. с. Если в воздушном зазоре находится
отверстие кодированного диска, то эта э. д. с. в обмотке W 2 имеет ам­
плитуду И1 , соответствующую коду единицы. Ес.1и в воздушном зазоре
находится ;11еталл диска, то в обмотке наводится значительно меньшая
э. д. с. с а.мплитудой И2 , выражающая собой код нуля. Уменьшение
268


э. д. с. но нтором с.1учае вызывается экранирующими действ11ш111 диска,
так как в<я1шкающие в нем вихревые токи создают магн11п1ый поток,
направленный навстречу основному магнитному rюпж\'. Вследствие
этого рсJу.1ьтируюшнй ~тп11п11r,1й поток в об~ют~-:е ii:1 ~ з,rзч11тельно
умены11аетсн
•
Таким образо\1, перв11чный и вторичный сердечники и кодированный
диск образуют еднную :11агнитную систе~1у, 11 11х проектирование должно
проводиться с учето:.1 взаимных требован11й, основными из которых
являются следующие:
1) обеспечение воз:1южно большей а:1шлитуды э. д. с. U1 в обмотке
W2 при считывании кода единицы (для этого необходимо стремиться
к воз~южному уменьшению воздушного за­
зора, что в свою очередь требует уменьше­
ния толщины кодирующего диска);
2) обеспечение возможно меньшей ампли­
туды э. д. с. U2 в обмотке W2 при считыва­
нии кода нуля (для этого необходимо повы­
шать экранирующие свойства металла диска);
3) получение возможно большей разрешаю­
щей способности, что приводит к требованию
использования воз~южно малых отверстий в
кодовом диске.
Удовлетворение первых двух требований
привоюп к возможност11 получения доста­
точно 60 ..1 ьшого отно111епш1
и11 и 2 (сиr­
пал/шум). позволяющего надежно распозна­
вать коды единицы и нуля.
Рис. R.44. С.хс,1а транс­
фор:11атuр1югu способа
CЧIIТl,1113111151
Материал кодированного диска выбирают исходя нз е1·0 экраниру­
ющих свойств, которые в свою очередь характер11зуются г.чбиной про­
никновения э.1ектр0\1аrнитных волн.
Глубина проникновения электромагнитных во.1н завнсит от удель­
ного омического сопротив.,ения и относите.'!Ьной магнитной проница­
емости матерна.1а. Че:11 меньше глубина проникновения, тем тоньше
может быть вьшолнен ко.1ированный диск и те:11 ыеньший воздушный за­
зор между сердечниками ~южет быть достигнут. В этом от1юmении на­
иболее rюдходящимн материалами для диска оказ1,шаютсн ~,а,·нитные
материалы: пермаллой; электр01ехн11ческая ста.11ь; электротех1111ческое
железо. При изготовлении кодированного диска из оюю1·0 из этпх ма­
териалов требуемое ослабление выходного сигнала ~южет быть достиг­
нуто при толщинах диска около О, 1 мм. Однако такая толщина диска,
да еще имеющего бо.1ьшое количество отверстий, не обеспечивает не­
обходимой его жесткости. Расчеты показывают, что необходимая жест­
кость метал.11ического кодирования диска достигается при его толщине
пор!1дка 0,5-0,6 ю1. Но при такой толщине требуе:11ыми экранирующими
своиствами обладают и диски, изготовленные из 60.11ее доступных немаг­
нитных материалов, например из меди, а.11юминия. Вследствие этого
немагнитные материалы и пашли основное применение для изго­
товления кодированных дисков при трансформаторпом съеме ин­
формации.
269


Требование высокой разрешающей способности при приемлемых
габаритах кодированного диска приводит к необходимости создания
достаточно малых отверстий в диске с шириной по средней окружности
Sд и длиной в радиальном направлении lд. Эти размеры, однако, долж­
ны согласовываться с размерами сечения магнитопровода сердечников
Sм, lм и расстоянием между полюсами сердечника lп. Отмеченные раз­
меры сердечников должны быть меньше соответствующих размеров от­
верстия: S,1 < Sд; Uп + lм) < lд.
Необходимость уменьшения размеров сердечника вызывается тем,
что в воздушном зазоре наблюдается выпучивание магнитного потока,
как основного, изображен­
ного на рис. 8. 45, так и
противодействующего, воз­
никающего от вихревых
токов диска. Такое явле­
ние при равных или мало
отличающихся размерах се­
чения сердечников и отвер­
стия приводит к сущест­
венному уменьшению сиг­
нала в обмотке W2 , соот­
ветствующего коду едини­
цы, что крайне нежелатель­
но. Для увеличения этого
сигнала необходимо по воз-
Рис. 8.45. Схема магнитопровода
можности сближать сердеч-
ники. Размеры участка
диска, соответствующего коду нуля, также должны быть больше
сечения сердечника, чтобы перекрыть основной поток и таким
образом уменьшить сигнал, соответствующий коду нуля. Величина
выпучивания и определяет степень различия размеров сердечников и
отверстия. Минимально допустимые размеры сердечников и зазора
в конечном счете определяют минимальные размеры отверстий коди­
рующего диска, а значит, и его разрешающую способность. Незамкну­
тые отверстия (отверстия на краю диска) в силу отмеченного явления
могут быть несколько меньших размеров, чем замкнутые отверстия
при прочих равных условиях.
Кодовая шкала может выполняться дисковой и цилиндрической
форм. Цилиндрическая форма позволяет выполнять незамкнутые от­
верстия.
Сердечники первичной и вторичной обмоток изготавливают из мате -
риалов, обладающих большими магнитной проницаемостью и индук­
цией насыщения. Такие свойства присущи ферромагнетикам с уз­
кой крутой петлей гистерезиса, причем чем уже и круче петля гисте­
резиса ферромагнетика, тем выше значение магнитной проницаемости.
Магнитная проницаемость может достигать значений 105, 106 Гс/э для
ферроl\!агнитных металлов и 103 , 104 Гс/э - для неметаллических фер­
ромагнетиков. Минимальное сечение сердечника из такого материала,
обладающего достаточной механической точностью, равно примерно
270


1 мм 2 . Если считать, что ширина отверстия и про:\1ежутка меж;1,у шщн
будет по 1,5 мм, то для восьмиразрядного преобразователн диаметр
;ш;ювого лнска б\·дет нес1<0!1ыш больше 100 м:1,1, Тс1 ю1ч nбразсщ, 11 ри от­
~.ечс11ш,1х р33л1ерах эту раз:,1ерност1, д,1н трс1нссjюр:-.1аторнш u с1юсuбс1
сч1пыuа~111н ,юж110 счнтать пределыюii.
§ 8,8 , ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ РЕШЕТОК
Высm<3н точпостt, преобразованин 1\ЮЖет быт~, достигнута при 11с­
поль:юuа~111и 011.тических рещепюк, которые представлшот собой чере­
дующпесн те!\шЫе и светлые л11шп1, пронускающпе 11 11е пропускаюuще
световой поток. В зависимости от величнны шага эт11 решетки можно
подра:щелить на крупные и мелкие.
Крупные растровые решетки, пропускав свет, не вы:;ывают никаких
дифракщюнных и ш1терференщюнных нвле1111й. Плотность у крупных
растровых решеток мены11е 20 лшшй/мм.
Мелкие дифракц~юнные решетки имеют плотность выше, чем круп­
ные растровые решетки, 11 прохождение света через них сопровожда­
етсн дифракционным и шперференщюнным нвленинми.
В преобразователях нашлп применение четыре типа сопряжений
решеток: обтюращюнный, сеточный, но1111усный, муаровый.
Обтюрационныи тип сопряжении решеток. Этот тип сопрнжен11ii
решеток реализуетсн следующим образом. На валу, угол поворота ко­
торого подлежит преобразованию, закреплнетсн кодовый диск с на­
несенными в радиальном направлеюш чередующшнкн светопроница­
емыми II светонепроющаемыми полосами. Соосно с этим диском, ,ю
неподвижно, закреплнетсн второй, аналогичный ему диск (11л11 часть
его). По одну сторону решеток размещаетсн источник света, по другую-­
фотоприемник. В процессе поворота подвижного диска его темные поло­
сы то совпадают с темными полосами неподвижной решетки, то попада­
ют между н11м11. В первом случае через решетки будет проходить мак­
симум светового потока, во втором -1\ШШI!\1ум. Полный цикл изl\lенения
светового потока от максимума до 1\ШШIМума происходит в пределах
поворота вала на один шаг II повторнетсн па последующих шагах.
Сеточный тип сопряжении решеток. При использовашш сеточных
сопряжений решеток можно регистр11ро1ыть световой поток сразу с Вl'С­
кольких участков, находящихся в поле зренпя фотоприемника. Та­
кой способ регистрации по:толнет при ыалой ш11р1111е участков воспри­
нимать значительвый световой поток II усредшпь погрешности выпол­
ненин светопрошщаемых и светонепроницаемых участков.
Нониусныii тип сопряжений решеток. Нтшусные сопряженпн реше­
ток выпо.ттш1ются на соосно расположенных подuижном II неподвпжном
дисках. Подвижный диск устанавливается на валу, угол поворота ко­
торого подлежит преобразованию. Отличие 1юн11усных сопрнже1111й
от обтюрацнтшых заключается в том, что число тший на одном диске
деJiают меньше (напр11мер, на 10%), чем на другш1. Такое выrюлнение
решеток приводит к тому, что при ошещении их 11сточ1шком спета обра­
зуются чередующиеся между собой зоны, в предел,:1х которых световой
поток изменяется от некоторого максимума (световые полосы подtшж1юго
271


и неподвижного дисков совпадают) до некоторого минимума (световые
полосы одного диска совпадают с темными полосами другого). Шаг зон
охватывает некоторое количество полос, т. е. больше шага полос. При
повороте подвижного диска на один шаг штрихов зона перемещается
в пределах всей своей величины, т. е. в пределах своего шага, воспроиз­
водя эффект увеличения, равный отношению шагов зон и полос. Ре­
гистрация прохождения зоны (ее затемненного участка) осуществля­
ется фотоприемником.
• Из-за наличия эффекта увеличения шага можно регистрировать
перемещение в долях шага и тем самым повысить точность преобразо­
вания.
Муаровый тип сопряжений решеток. Муар представляет собой оп­
тическое явление, возникающее при таком наложении двух систем па­
раллельных линий, при котором линии одной системы пересекают линии
другой системы под некоторым острым углом. В ·этом случае образу­
ются чередующиеся светлые и темные полосы, идущие перпендикуляр­
но к биссектрисам упомянутых острых углов. В случае, если линии
систем носят радиальный характер, возникающие муаровые полосы
оказываются концентрическими. Ширина получаемых муаровых полос
зависит в основном от величины угла, под которым пересекаются си­
стемы линий. При увеличении угла полосы сужаются и при угле свыше
30° исчезают.
При смещении одной растровой системы линий относительно дру­
гой смещаются и муаровые полосы, причем смещение последних ока­
зывается в десятки и сотни раз большим относительного смещения
растр·ов. Такой эффект увеличения перемещения позволяет получать
высокие точности преобразования. При относительном перемещении
растров на один шаг параллельных по,1ос w1 = w2 = w (шаг полос
одинаков) соответственно передвигается на один свой шаг W и муаро­
вая полоса:
W=kw,
где k - коэффициент увеличения перемещения муарового эффекта.
Для рассi11атриваемого случая
где а - угол между растровыми систеыаш,.
Пр11 достаточно l\lалых а
k=1/а.
Регистрация положения муаровой полосы может осуществляться
с помощью фотоэлектрической системы амплитудным и фазовым спо­
собами.
Амплитудный способ считывания. При этом способе
определение положения муаровой полосы производится
q;отоприемников, расположенных вдоль ее перемещения
272
считывания
по засветке
в пределах


шага. Если выбранный шаг фиксации муаровой полосы Л, то количест­
во фотоприемншшв п в пределах шага муаровой полосы
п ,-, Wi.:\
Такой способ является видоизменением способа преобразования,
основанного на принципе счета, со всеми его положитс,1ьными качест-
вами и недостатками.
Фазовый способ считывания. При таком способе считывания в пре-
делах шага перемещения W муаровой полосы равномерно размеща.
а)
б)
г)
О 0 са8ига муа­
раВай паласы
АВСD АВСD
Рис. 8.46. Схемы и rpaфИl(II с11rналов преобразовате.1я на муаре
273


ют четыре фотоприемника ФП1, ФП2, ФП 3 и ФП4. На рис. 8.46, а пока­
зано относительное положение растровых решеток для случаев, когда
фазовый сдвиг q:, муаровой полосы относительно некоторого фиксиро­
ванного положения равен О, 30, 45, 60 и 90°. Характер распределения
интенсивности освещенности в пределах шага для различных положе­
ний муаровой полосы показан на рис. 8.46, 6, а на рис. 8.46, в показа­
ны величины фототоков в каждом из фотоприемников в соответствии
с этой освещенностью. Минимальная освещенность соответствует сере­
дине муаровой полосы. При перемещении муаровой полосы освещен-
Рис. 8.47. Функциона,1ьная схема фазового считывания
ность фотоприемников изменяется, что вызывает изменение снимаемых
с них сигналов. Снятие сигналов с фотоприемников проводится в те­
чение четырех тактов (рис. 8.46, г) А, В, С, D так, что с ФП1 сигнал
считывается в тактах А-В, со второго - в тактах В-С, с третьего
-
в тактах C-D и с четвертого - в тактах D-A, т. е. каждый считывае­
мый сигнал перекрывает предыдущий на четверть цикла (на л/2 рад).
Такое поочередное считывание сигналов с фотоприеыников осуществля­
ется с помощью схем И1 , И2 , И3 , И4 и управляющих триггеров Т1 , Т2
и Т 3 (рис. 8.47). При поступлении тактовых импульсов на счетный вход
триггера Т1 он выдает сигналы для управления триггерами Т2 и Т 3•
На выходах последних формируются прямоугольные сигналы, которые
управляют схемами И, открывая прохождение через них сигналов с фо­
топриемников. Эги сигналы поступают на вход суммирующего усили­
теля У1 . После суммирования переменная составляющая сигнала ин­
тегрируется интегрирующим усилителем Уинт~· Эпюры сигналов на
входе усилителей У1 и Уинт~ при различных положениях муаровой по­
лосы приведены на рис. 8.46, д и е. Определение временного фазового
274


сдвига ч, сигнала, 11ол учеIшого на выходе интегратора относительно
некоторого опорного сигнала, в качестве которого может быть исполь­
зован управляющ~~й сигнал первой cxel\!~r И1 , п~оизвоюпся с помощь'?
c.\Cl\H.i! сравнения Ср!. Схемd ср:1в11сння cpt в1J1r:.1оат1)rвает упраnЛЯi(>щии
t:иrнaJI, 11оступ::1ю1щ1ii на вход триггера Т,1 при прохождении проинтс­
rрированноii 1чншой через нуль.
Триггер Т4 управлнст схемой И5 , через которую проходят счет­
ные импут,сы в счетчик Сч1 . С началом щшла измсрснин, т. е. при 110-
ступлснпII управляющего сигнала, на схему И1 одновременно псрсбра­
сьшастсн трпгrср Т4 , который и открывает схему И5 ллн прохождснин
счетных и~шут,сов. По окончании цикла 11змсрснин, т. е. в момент про­
хожлсшrн пропнтсгрировашюй кривой через нут,, доступ счетных
импульсов в счетчик 11рс1,ращается. Очсвилно, количество накоплен­
ных в счетчике импульсов будет пропорционально врсмt·111161\1у фазо­
вому СJ(ВИГу (fJ.
ПокаЖсl\1, что временной фазовый с;щиг (fJ линейно зависит от сме­
щенин муаровой полосы Q_
Ест1 закон распрслсленин светового потока в пределах шага муаро­
вых полос имеет симметричную треугольную форму, то токи фотоприем- .
Ника:
i 1 =f[l+mg(Q)];
1
i2= / [1+тg(Q+л/2)];
iз = I f1+тg (Q +л)];
i~ = / [1+ mg (Q +Зл/2)],
(8.21)
где g (Q) ~ функцин, описывающая треуголыI ую форму распределения
светового потока в пределах шага муаровых полос; т - коэффициент
глубины модуляции.
Величины светового потока Ф, Iюпалающсrо на фотоприемник,
определнются площадыо части светового параллелограмма муаровой
картинки S в прслслах щели считывания.
Очсвилно, величина S сеть функция положениях муаровой картин­
ют по отношению к щели считывания.В случае, если шаги растровых
решеток w 1 и w 2 равны между собой и равны также ширины их светJJых
и темных полос, функцин S (х) имеет треугольную форму.
Зависимость величины светового Ф (х) потока от S (х) имеет вил
Ф (х) = ES (х), гле Е - освещенность полн l\lуаровой картины.
При rюстоннной освещенности график зависимости светового пото­
ка от rюложенин муаровой поло_ы также имеет треугот,ную форму.
Соответственно, если ток фотоприемника линейно опрслслнстсн свето­
вым потоком, то он также будет характеризоваться законом изменен ин,
имеющим треугольную форму.
Потактнос считывание сигналов i 1, i 2, i 3, i 4 фотоприемников так
как было указано выше, приводит к тому, что на вхолс усилителя ни­
когда не присутствуют одновременно сигналы i 1 и i 3 , это же касается 11
сигналов i 2 и i 4 . Сумма же пары сигналов i 1 и i 3 присутствует одновре­
менно с суммой пары сигналов i2 и i4. Эти попарные суммарные сигналы
сдвинуты друг относительно друга на четверть цикла, т. е. на л/2.
275


Переменная составляющая результирующего сигнала может рассмат­
риваться как сумма состаr3ляющих, пропорциональных разностям
сигналов i1 - i 3 и i2 - i4, сдвинутых относительно друг друга на л/2.
Определим слагаемые переменной составляющей, учитывая (8.21):
i1- i3= /[1+mg(Q)]-/[1+mg(Q+л)J,
нотаккакg(Q+л)= -
g (Q), то
i1- i3 = 2mlg(Q).
8.22)
Аналогично,
i2- i4 = / [1+mg(Q+л/2)]- /[l+mg(Q+Зл/2)),
но поскольку g (Q + Зл/2) = -g (Q + :n:/2), то
i2- i4 = 2mlg(Q+:n:/2).
(8.22а)
Каждое из рассмотренных разностей характеризуется симметрич­
ным прямоугольным законом изменения в пределах шага муаровой
картинки.
Поскольку сумма разностей токов поступает затем на интегратор,
а интеграл суммы равен сумме интегралов, то процесс интегрирования
можно рассматривать самостоятельно для каждой разности.
Интеграл функции, характеризующейся симметричным прямоуголь­
ным законом изменения, приводит к функции, характеризующейся·
симметричным треугольным законом изменения. Прямоугольные функ­
ции, как было показано выше, сдвинуты друг относительно друга на
л/2, следовательно, и треугольные функции, получаемые после инте­
грирования, оказываются сдвинутыми друг относительно друга на
:n:/2. Следовательно, проинтегрированный суммарный сигнал для по­
следовательности муаровых полос, повторяющихся с частотой ffi, имеет
вид
i(ffit)=U1- iз)g(ffit)+U2- i4)g(ffit-:n:/2),
где g (ffit) - симметричная треугольная функция времени.
Учитывая (8.22) и (8.22а), получим
i (ffit) = 2mlg (~2) g (ffit) + 2mlg (Q + :n:/2) g (ffit - л/2). (8.23)
Анализ этого выражения показывает, что функция i (ffit) проходит
через нуль при
ffit=(2n+1):n:/2- Q.
Следовательно, фаза <р сигнала i (ffit) линейно зависит от Q. Но
поскольку смещение ыуаровой полосы равно смещению самой решетки
0, увеличенному в k раз, т. е. Q = k0, то фаза сигнала линейно за­
висит от О.
Растровая система, основанная на муаровом эффекте, позволяет
преобразовывать механические перемещения, не превышающие вели­
чинышагаполос:О~0~w.
Если же перемещения превышают величину w и в общеы случае
имеется угловое перемещение в пределах 360°, то необходимо рассмот-
270


ренную систему сочленять с грубым отсчетом, вьшолненным по одному
из разобранных ранее с1юсобов. В этом случае растровая система
с муаровым эффектом выступает в качестве точного отсчета.
§ 8.9 . ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ ВРЕМЯ-ИМПУЛЬСНОГО ТИПА
В преобразовате.11ях, работающих по такому принципу, преобразо­
вание проводится в два этапа: на первом этапе амнлитуде входного сиг­
нала станится в соответствие вполне онределенный временной интер­
вал, на втором этапе производится измерение временного интервала.
Реализация первого этапа может производиться различными мето­
дами, среди которых наибольшее распространение получили методы
сравнения с шыюобразным напряжением и сравнения со ступенчатым
напряжением.
Метод сравнения с пилообразным напряжением. Работа преобра­
зователя, основанная на методе сравнения с пилообразным нанряже­
нием, осуществляется следующим образом (рис. 8.48). С началом цикла
преобразования с фиксируемого момента времени i; начинается срав­
нение нреобразуемого нанряжения И 11 х с эталонным линейно изменяю­
щимся напряжением U3 • Момент совнадения по амплитуде напряжений
Иnх и U, в каждом цикле нреобразования также фиксируется. Этим
онределяется интервал времени Лti нарастания эталонного напряжения
t
Счетные штульсы
Рве. 8.48. Графпк сраn11е11ия
с п11.10обра:шым 11апрюке-
1111см
Рис. 8.49. Структурная схема преобра­
зоnателя, ос11ова1111ая на методе сра11-
11е1шя с п11лообразш,1м напряжением
до уровня преобразуемого. Но так как закон изменения эта.тюнного на­
пряжения в пределах цикла выбран линейным: Uэ = kЛt [О~ Лt ~
~ ЛtmaJ и uеличина k известна, то временной интервал Лt; в каждом
цикле нреобразования однозначно определяет амнлитуду напряжения
Иnх:
Иnxi = U,,1 = kЛt;.
Измерение временного интервала Лt; произuодитсн путем его занол­
нения счетными имнульсами. Подсчет счетных импульсов осуществляет­
ся двоичным счетчиком Сч.
Упрощенная схема преобразователя, выполняющего рассмотрен­
ные этаны, изображена на рис. 8.49. Она состоит из генератора счет-
277


ных импульсов Г1 высокостабильной частоты, схемы И, счетч11ка Сч,
управляющего триггера Т1 , схемы сравнения Ср и генератора пило­
образного напряжения Г2 • Перед очередным циклом сравнения подачей
сигнала по шине установка нуля Уст. «О» счетчик Сч устанавливается
в нулевое положение. С началом очередного цикла преобразования схе­
мой управления циклами управляющий триггер Т4 переводится в по­
ложение, открывающее схему И. Через схему И открывается доступ
счетных импульсов в счетчик Сч. Как только напряжение Ивх сравни­
вается по амплитуде с Иэ, схема сравнения Ср вырабатывае1 сиг­
нал, перебрасывающий триггер Тв исходное положение, схема И закры­
вается и доступ счетных импульсов в счетчик Сч прекращается. На­
копленное в счетчике количество п счетных импульсов будет пропорци­
онально временному интервалу Лt;:
п = f,Лt;,
где f1 - частота счетных импульсов.
Двоичный код накопленного числа импульсов в счетчике Сч может
быть выдан затем на выход в параллельном или последовательных кодах.
На этом цикл преобразования заканчивается. Содержимое счетчика Сч
сбрасывается и формируется импульс начала следующего цикла. Да­
лее цикл преобразования повторяется.
Длительность цикла преобразования Лtц выбирается в зависимости
от скорости изменения напряжения Ивх так, чтобы за время tц изме­
нение напряжения Ивх не превышало цены младшего разряда двоич­
ного числа, накашшваемого в счетчике. Максимальная амплитуда на­
пряжения Из max должна быть не меньше максимально допустимого
уровня напряжения Ивх• Отсюда крутизна эталонного напряжения
И" max / Лtц определяется требуемой точностью.
Допустимая точность преобразования в таких преобразователях
ограничивается точностью работы схемы сравнения по определению
совпадения амплитуд напряжений Ивх и U3 , а также стабильностью
и линейностью пилообразного напряжения.
Генераторы пилообразного напряжения.
В качестве простейшего генератора пилообразного напряжения может
быть использован усилитель с RС-выходной цепочкой. При поступле­
нии на вход усилителя запускающего импульса напряжение на выхо­
де RС-цепочки начинает нарастать по экспоненциальному закону с по­
стоянной времени т = RC:
евых = Ен (1-- е- tl-r) (О< t < Лtц)-
С некоторьши допущениями начальный участок экспоненты можно
считать близким к линейному. Ошибка, возникающая при этом, может
быть определена, если разложить выражение для выходного напряже­
ния в степенной ряд:
е =Е [!-l +-t __I (-t)2+-1(-t)з-
...] =
ВЫХ
R
,:
2! ,:
3! Т.
=Ен +[1-+ (+) ++ (+)2
-- ••• ].
278


Линейно нарастающее напряжение с углом наклона, равным пер­
воначальному наклону пилы, выражается как
е:,ы, =, Е" t/т
Следовательно, ошибка (рис. 8.50), возникающая за счет нелиней­
ности экспоненты,
е = евых-евых = Ен _1__ Eн_1_ [l --l- f\_t_) +
т
т
2т
++ (+У-···]=Ен+[+·+-+ (+у +•••l:
В начальной части экспонеюы при t!т: « 1
евых ~ Е нilт:
и, следовательно, ошибка близка к нулю. С расширением Лtmax ошибка
возрастает.
Возможности такой схемы ограничены сравнительно невысокой точ­
ностью и невысоким уровнем преобразуемого напряжения. Для по­
вышения точности возникает необходимость в создании специальных
евых
Ек1----------
t
Рис. 8.50. Принципиальная
электрическая схема генера­
тора пи.1ообразноrо напря-
жения
R
е,
Рис. 8.51 . Принципиальнаs~
электрическаs~ схема генера­
тора пилообразного напря•
жения с обратной связью
генераторов пилообразного напряжения с обратной связью. Построе­
ние таких генераторов основывается на поддержании постоянства то­
ка через конденсатор. Как известно, напряжение ее и ток ie конденса­
тора связаны с.11едующей зависимостью:
t
ee=-z - 5iedt.
о
Из этого уравнения видно, что при ic = const напряжение изменя­
ется по .11инейноl\\у закону
ее= (ic/C) t,
где ic!C = const.
Схема, обеспечивающая постоянство прохождения тока через кон­
денсатор, изображена на рис. 8.51. Это достигается введение!\! положи-
279


тельной обратной связи, выполненной на усилителе J/ с коэффициен­
том усиления k.
Токи через конденсатор С и сопротивление R:
ie = Cdee/dt,
iR = (Е + kee)!R-ee/ R.
Предполагая, что входное сопротивление усилителя J/ и сопротив­
ление нагрузки R бесконечно большие, а выходное сопротивление
усилителя равно нулю, получим, что
ie=iR•
Подставив в это выражение значения токов, будем иметь
Сdee = Е+kee _:!:._
dt
R
R
или после преобразования
dee
ee(l-k) Е ,
dt+ RC =RC•
И окончательно, вводя обозначение постоянной времени 't= RC це­
пи разряда, получим
dec ee(l-k) Е
-+--=-,
dt
т
т
Решение полученного дифференциального уравнения при нулевых
начальных условиях может быть найдено в виде
Е
ее= -- 11-е-[< I -k)/,J tJ.
1-k
Это выражение можно разложить в степенной ряд:
ее=- (1-k)-----+-- - - . ..
=
Е[
t
(l-k)2 /2 (1-k)З f3
]
1-k
т
2!
т2
31
т3
= Е[-'- -
1-k
_!:_ + (l -k)2 .!:__ ···1 ·
т
2! т2
3'
т3
Данное уравнение показывает, что если коэффиuиент усиления усп­
лителя k = 1, то напряжение конденсатора нарастает по линейному
закону
ее =Et/.: .
При соблюдении равенства k = I точность поддержания линейного
закона изменения ее будет определяться стабильностью источника пи­
тания Е параметров R и С.
В качестве усилителя с k = 1 можно использовать катодный или
с:1шттерный повторитель. Перед очередным циклом выработки линейно­
го напряжения конденсатор должен шунтироваться электронным клю­
~.;оr.1, с тем чтобы нарастание напряжения начиналось с нуля.


Метод сравнения со ступенчатым напряжением. Работа преобразо­
вателя в случае сравнения преобразуемого напряжения с линейно­
ступенчатым происходит аналог~1чно работе преобразователя, осущест­
вл.яющего срав11ен11с прсобразуС'мого папряження Uu, с эталонным на­
пряжением И". От.'Jпчне заключается лишь в шше эталонного напряже­
ния (рис, 8.52), каждой ступеньке которого соответствует сшница, на-
Uвх• Иэ
Рис. 8.52. Граф11к срав-
11е1111и со ступенчатым
113 пряЖ(;lll!СМ
Рис. 8.53. Функuиона.1ыrая схема
преобразоrзатс:1я, оспоnа11I1ая на
срав11еIrI111 со ступснчатr,1~1 напря-
жсI111см
юшливаемая в счетч11ке. К J\ЮМС'нту совпадения напряжс,1111й Иnх II И3
в счетчике накопится число, пропорциональное Ul\!ПЛiпуде напряжения
Иnх- Схс,ма такого преобразователя изображена па рнс. 8.5:З.
В исходном состош11111 счетчик Сч находится в нулево~r положении
11 схема И 1 закрыта. С началом очередного цикла сj),шнен11я запуска­
ется гепс,ратор счетных импульсов Г1 , перебрасывас,то1 триггер Т1 и
тс,м самым открывается л.оступ счс,тпых импульсов в счс,тч11к Сч. Ол.но­
временно на каждый счс,тный импульс форм11рус,тся ступенька эталон­
ного напряжс,ния геператороы ступенчатого папряжс,ния Г 2 . Этот про­
цесс продолжается л.о тех пор, поки напряжс,ние UJ не срашшсrся с на­
пряжением И 11 х . .l\!'101\IC'IIТ совпаде1111я напря­
жений Иnх II И 0 фнкснрус,тся схемой срав­
нения Ср, которая uырабатывас,т при этоl\1
сигнал, пс,ребрасывающнй трнггер Т1 u
исходное состоянне, схеми И1 закрывается
и доступ счетных 111\шульсов в счетчике, (;,t
прекращается. После считьшания рсзу.'lь­
тата из счс,тч1rка Сч схема вновь подготав­
ливается к очс,редному шшлу сравнения.
Принц~шиалы1ая схема одного из ге­
нераторов линейно-ступенчатого напряже­
ния изображена на рис. 8.54. На вход гене­
Вых.
Вх
д1
1 ~->----f------v?
ЕР,-
Рве. 8.54. Пrшщ11п11а:1I,!1з>1
э.:~с1пр11чсска н схс~1 а гсн~ра­
тора тшсiiного с1упс11чатого
напрюк~1111я
ратора поступают прямоугольные импульсы положительной поляр­
ности с амплитул.ой Е. При поступлении импульса к01шс,11саторы С2
и С1 заряжаются. После исчезновс,ния uходного имну.'lьса конденсатор
С1 будет удерживать накош1ен11ыii заряд, а конденсатор С2 начнет
разряжаться через диод д2 •


Анод диода Д 2 подсоединяется к выходу через катодный повтори­
тель К с коэффициентом усиления, близким к единице. Вследствие этого
конденсатор С2 перезаряжается в противоположной полярности до
напряженшr е (е напряжение на выходе).
К мо~rенту прихода следующего прямоугольного импульса прира­
щение (ступенька) выходного напряжения (пренебрегая прямым со­
протнвлениеl\1 диода) будет
Ле= --(Е-ее,-е),
с, +с,
где ее, - заряд на конденсаторе С 2 •
Но ее,= -е, следовательно,
Ле-=
_____!2_Е.
с, +с.
Из уравнения видно, что приращение ступеньки выходного напря­
жения Ле имеет постоянную величину и не зависит от величины выход­
ного напряжения. Очевидно, что отклонение коэффициента усиле­
ния катодного повторителя К от единицы приводит к нарушению ра­
д,~
R,
Рис. 8.55. Приншшиалы1ая
электрнческая схема сра1ше-
11ш1 на диодах
венства ее,= -е и, следовательно, к непо­
стоянству в высоте последующих ступенек
выходного напряжения. Это ограничивает
точность преобразования.
Схемы сравнения. Схемы сравненин
преобразуемого напряжения И вх. с эталон­
ным Uэ могут строиться на различных эле­
ментах. Одной из простейших схем являет-
ся схема сравнения на диодах, изображен­
ная на рис. 8.55 . До тех пор пока напря­
жение Uэ не сравняется по амплИ1уде с
напряжением И n х, диод Д1 остается откры­
тым, а диод Д 2 - закрытым. Сигнал на
выходе отсутствует. Как только амп..r111-
туда напряжения Uэ превысит амплитуду Иnх, диод Д1 закрывается,
а диод Д 2 открывается и по сопротивлению R2 протекает ток. Пр11
этом на выходной шине появляется импульс напряжения.
Недостатком такой схемы сравнения является относительно низкая
чувствительность, зависящая от уровня сравниваемых сигналов, что
объясняется наличием у диода пологого участка вольт-амперной харак­
теристию1 в области прнмых напряжений от О до 200--300 мВ. Кроме
того, при широком диапазоне изменения температуры обратное сопро­
тивление диода изменяется, что приводит к нежелательному непосто­
янству чувствительности схемы. Так, например, у германиевого диода
Д9К с изменением температуры от 20 до 70° обратное сопротивление
уменьшается почти в 1000 раз.
Фиксируемая величина выходного импульса зависит от чувстви­
тельности следующей схемы (в данном случае управлшошеrо триггера)
и велнчины разности сравниваемых напряжений. Для уменьшения ве-
282


личины фиксируемой разности, т. е. повышения чувствительности ди­
одной схемы сравнения, она обычно выполняется совместно с усили­
те:1ьным пm! релаксационным каска,J,0~1. Прп это,1 С\ щественное зна­
чение приобретает согласование работы J.иодной схе~iы !! последующе­
го каскада. Одна нз таких схем сравнения совместно с уси,1ительным
каскадом, выполненным на полупроводниковом триоде, приведена на
рис. 8.56 . До тех пор пока напряжение И вх остается больше напряже­
ния Uэ, ток в первичной обмотке W1 импульсного трансформатора Тр1
отсутствует. Как только напря­
жение U3 превысит напряжение
И вх, в обмотке W1 появляется
и,,,,--.ч
Vэ~тР,
Рнс. 8.56. Принципиальная элект­
рнческая схема сравнения на полу­
проводниковом триоде
R1
С1
Uвх
•
ДТр
.----1
1
W211
Rэ
Uэ
Рис. 8.57. Принципиа.1ьная э.1ектрпческая
схема сравнения с по.1ожите.1ьной обрат­
ной связью
сигнал. Снимаемый со вторичной обмотки W2 сигнал усиливается
и поступает на выходную обмотку трансформатора Тр 2 . Такая схема
!\южет обеспечить чувствительность порядка 50 + 100 мВ.
Дальнейшее повышение чувствительности схемы !\южет быть до­
стигнуто путем введения положительной обратной связи между схе­
мой сравнения и усилительным каскадом (рис. 8.57). Положительная
обратная связь осуществляется с помощью импульсного трансформа­
тора Тр1 . В начальном состоянии, до тех пор пока эталонное напряже­
ние Uэ не превысило преобразуемого напряжения Ивх, ток в первичной
цепи (R 1 - Д) практически отсутствует. Полупроводниковый триод
Т1 при этом за счет надлежащего выбора сопротивления R2 находится
в состоянии, близком к насыщенному, т. е. открыт. В эмиттерной цепи
протекает постоянный ток, и, следовательно, положительная обратная
связь не действует. Как только напряжение И" превысит напряжение
Ивх, диод Д открывается и в сравнивающей цепи появляется ток.
При этом на базе транзистора Т1 будет положительный сигнал, под дей­
ствием которого транзистор Т4 начинает запираться и, следовательно,
его коллекторный и эмиттерный токи уменьшаются. УI\1еньшен11е э:шп­
терноrо тока приводит к появлению во вторичной обмотке W 2 трансфор­
матора Тр 1 cиrнa.ria, способствующего дальнейшему быстрейшб~у отпи­
ранию диода д, что в свою очередь приводит к увеличению положитель-
1юго сигнала на базе транзистора Т1 и его запиранию. Такой процесс
протекает лавинообразно и характеризуется высоким быстродействием.
283


Изменение коллекторного тока при переходе транзистора Т1 от
насыщенного состояния к закрытому приводит к появлению сигнала
во вторичной обмотке W2 импульсного трансформатора ТР2-
Наибольшая эффективность цепи обратной связи бывает при коэф­
фициенте передачи цепи, близком к едиюще, что достигается выбором
отношения числа витков W 2/W1 импульсного трансформатора Т1, рав­
ном 1,572.
Введение положительной обратной связи позволяет почти на поря­
док повысить чувствительность схемы в достаточно широком диапазоне
-Е·
изменения сравниваемых парамет-
к
ров. При надлежащем выборе па-
..--------,
раметров чувствительность схемы
может быть доведена до 20 мВ в
,---,1-----+- - - - Bыlfr пределах 0710 В.
~t---с:::1--+----з~-Вых2
В качестве релаксационных кас-
кадов, работающих совместно со
схемами сравнения, используются
триггер Шмидта, мультивибратор,
блокинг-генератор.
Рнс. 8.58. Принципиа.1ы1ая электриче­
ская схема сравнения с предваритель­
ньш усилением
Высокой чувствительностью от­
личаются схемы сравнения с пред­
варительным усилением сигналов.
Такие схемы особенно приемлемы
при низких уровнях сравниваемых
сигналов. Основой этих схем яв­
ляется дифференциальный усили­
тель (рис. 8.58). На вход транзи­
стора Т1 подается преобразуемое
напряжение Uвх; на вход транзи­
стора Т2 - эталонное напряжение Из. С выходных клемм дифферен­
циального усилителя при условии симметрии схемы снимается напря­
жение, пропорциональное разности между входными сигналами:
Иных =k(Ивх -Из),
где k - коэффициент усиления дифференциального усилителя.
Такая схема сравнения имеет более широкое применение, так как
ыожет работать при изменении знака разности между входными сигна­
лами. Соответственно этому изменяется и знак выходного сигнала.
Чувстите.1ьность рассматриваемой схемы, ограничиваемая величиной
дрейфовых напряжений, выше, чем чувствительность усилителей по­
стоянного тока других типов. Это обеспечивается балансом нулевых то­
ков и напряженнй на переходах эмиттер - база транзисторов Т1 и Т2
11 стабилизацией общего тока дифференциального усилителя путем
включения транзистора Т 3 . Небольшая величина общего тока приводит
к существенному ослаблению дрейфа напряжения из-за изменения ко­
эффициента усиления ~ -
Использование дифференциального усилителя
позволяет достигать чувствительносf'и (в диапазоне температур 20735°)
порядка нескольких милливольт. Рассмотренный усилитель может
работать на высокоомную нагрузку.
234


§ 8.10. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С ЭТАЛОННЫМИ УРОВНЯМИ
Работа таких преобразователей основывается на возможности раз­
.поJкения любого зна•н~нин нреобразуеl\1ого сигнала на c.:1arat1\'tЫe, про-­
порuиональные степени двойки:
Ивх = Хп 2п из+ Хп-12п-l из+ ... +х; 2; из+ ... +хо2° Из,
где Ивх-преобразуемое напряжение; xi равно О ил11 !; 2iU3 = U 3;-
эталонный уровень напряжения.
Работа преобразователя сводится к выявлению наличия или от­
сутствия в преобразуемом напряжении Ивх весовых эталонных напряже­
ний 2iU 3 • Если данное весовое эталонное напряжение 2; Из присут­
ствует, то в соответствующем разряде двоичного числа х 1 на выходе пре­
образователя формируется код единицы, если отсу1ствует - код нуля.
Значение старшего эталонного уровня должно превышать половину
максимально допустимого преобразуемого напряжения: 2п U0 >
> Ивхmах/2 ИЛИ 2п+I Иэ > Ивхmах·
Выявление наличия весовых эталонных уровней проводится по­
следовательно (начиная со старшего) путем сравнений и вычитаний.
На первом этапе напряжение Ивх сравнивается со старшиы напряже­
нием Из. Если напряжение Ивх превышает напряжение U3 или равно
ему, то в старший разряд двоичного числа на выход выдается код еди­
ниuы и производится определение разности (Ивх - 211 U3 ). Если на­
пряжение Ивх оказывается меньше напряжения U0 , то в старший
разряд двоичного чис.1а на выход выдается код нуля, опреде.1ение раз­
ности не производится.
На втором этапе полученная разность (Ивх - 2nU 0 ), ес,1и хп =1
(или полное входное напряжение Ивх, если Хп = О), сравнивается со
следующим весовым эталонньш напряжением. И вновь, если (ИO х -
-
2пиэ) ~ 2п-l Иэ (или Ивх > 2п-l иэ при xn = О соответственно),
то в следующе~1 Хп-1 разряде двоичного числа на выходе формируется
код единицы и производится определенпе разности (И вх - 2
11
Uu) -
-
211
-
1 U0. Если (Ивх- 2
11
U0
)
оказывается меньше 211
-
1U3
,
то в сле­
дующем Xn-I разряде двоичного числа формируется код нуля и опре­
деление разности не производится. Затем начинается третий этап в так
до выявления всех уровней.
Старшие три каскада схемы, реализующей такой принцип, приве­
дены на рис. 8.59 . Она состоит из усилителей постоянного тока У;,
двухпозиционных поляризованных реле Р с преобладаниеl\1 к нижнему
контакту п источников весовых эталонных напряжений 2iU3 •
На вход усилителя старшего разряда Уп поступает разность вход­
ного напряжения Ивх и старшего эталонного напряжения 2пuэ. Ec.JJИ
эта разность оказывается положительной, то на выходе усилителя по­
является снгна.1, который приводит к срабатыванию поляризованного
реле Рп (оно замыкается на контакт /). Вследствие этого на выходе Хп
формируется код единиuы и весовое эталонное напряжение 2пu" про­
ходит в следующий каскад сравнения. На вход усилителя следующего
разряда Yn-i поступает разность входного напряжения Ивх и суммы
двух старших эталонных напряжений (2nUэ + 2п- 1 U3 ). Если эта раз-
285


ность оказывается положительной, то на выходе усилителя появляетсн
сигнал, который также приводит к срабатыванию реле Р11 _ 1 , формирова­
нию кода единицы на выходе Xn-i и передаче эталонных напрнжений в
следующий каскад сравнения и вычитания.
Если на входе старшего каскада сравнения разность (Иях - 211 U3 )
окажется отрицательной, то полнризованное реле не сработает и пере­
ключатель 2 останетсн на контакте 3. Вследстпие этого на выходе Хп
формируетсн код нуля и весовое эталонное напряжение 2пU3 в следу­
юuщй каскад сравнен ин не поступит. В следующем каскаде затем вход­
ное напрнжение будет срапниваться только со следующим весовым
эталонным напряжением и т. д.
.,. __________________ _,__
Ив,
R1
---,' 2
_,,,..---+--..
з
Рис. 8.59 . Фу11кц11011аль11ан схема преобразователя напряжешш,
основан11ан 11а сrаннении с эталонными напряжениями
Точность работы рассмотренного преобразователя, а следовательно,
и допустимая разрядность преобразования определяются стабильностью
весовых эталоtшых уровней, чувствительностью усилителей постоянного
тока и работой поляризованного реле. Для повышения быстродействия
и надежности поляризованное реле может быть заменено электронным
триггеро~1.
За счет увеличения количества усилителей постоянного тока мож­
но перейти к схеме с одним эталонным уровнем. Это достигается за счет
того, что проводнмые nыше этапы сравнения и вычитания:
1-й этап иАХ- 2пи. =лиО;
2-й этап ЛU0 -2"-1 U, = ЛU1;
3-й этап ЛU1 --2"-2 Uэ = ЛU2,
283


можно заменить следующими этапами:
1-й этап Ин,-2nU 3 =ЛUп;
2-й этап 21 (ЛИп- 2,,-i Uc) = 21 ЛU1
И,1И 21ЛИо-2nU3 ~ 21ЛИ1 =ЛИ;;
3-й этап 22 (ЛИ1-2"-2И0) = 22ЛИ2;
или 2ЛИ1-211Иэ = 22ЛИ2 = ЛИ~;
(n+ 1)-й этап 2"(ЛИп-2° И 0)=2 11 ЛИп;
или 2ЛИп-1-2"Иэ=2nЛUп=ЛИ~.
Приведенные уравнения показывают, что на каждоы этапе сравне- '
ние можно вести с одним и тем же эталонным уровнем, равным стар­
шему весовому эталонному уровню 2"Иэ = И~. Для этого _сравне­
ние должно вестись на всех этапах, кроме первого, не с преобразуемым
напряжением, а с удвоенной разностью предыдущего этапа сравнения
2ЛИ;~1. Написанные уравнения справедливы для случая, когда во всех
разрядах двоичного числа появляется код единицы. В общем случае
с учетом возможности появления кода нуля в разрядах Х;
{О, если ЛИ!< И~;
Х; = 1, если ЛUf;;;;,, И;.
Работа каскада на i-м этапе сравнения И[ =2(ЛUf_ 1 -U~xн), где
и~= 2пиэ.
В качестве примера рассмотрим пятикаскадный преобразователь,
спроектированный на диапазон входных напряжений 0--:-30 В. Шаг
квантования U0 = 1 В. Эталонный уровень напряжения 25 - 1 U8 =
= 16В.
Воспользовавшись вышеприведенными формулами, получим ре­
зультат преобразования в виде двоичного числа вида х4х 3х2х1х0 . На­
пример, для входного напряжения Ивх = 21 В, сравнивая Ивх, ЛИз,
ЛИ~, ЛU 1 , ЛU0 с эталонным напряжением u;, найдем поразрядно
цифры двоичного числа (Ивх = 21 > 16, Х4 = 1):
т. е. 10101.
ЛИз=2(21-16,1)= 10< 16
ли~= 2 (l0-16-0) = 20 > 16
ли; =2(20-16-1)=8< 15
ЛИо = 2 (8-16-0) = 16
Х3 =0;
Х2=1;
Х1 =0;
Хо= 1,
Старшие три разряда преобразователя, реализующего рассмотрен­
ные правила, изображены на рис. 8.60 . Схема в каждом каскаде срав­
нения состоит из схемы вычитания Сх. Выч и схе~1ы, осуществляющей
удвоение разности, Сх. Уд. Если в результате сравнения на очередном
этапе разность оказывается положительной ли; ;;;;,, И~, то в i-м раз­
ряде двоичного числа Х; формируется код единицы, а перед поступле­
нием на следующий каскад сравнения с И~ эта разность удваивается.
287


Сх. !:!8
Сх. !:JiJ
Рис. 8.60. Структурная схема преобразователя с
удвоением разности
Если в результате сравнения на очередном этапе разность оказы­
ваЕ:тся отрицательной ЛИ[ < и;, то в i-м разряде двоичного числа
ф:>рмируется код нуля, а на следующий этап сравнения проходит неуд­
военная разность.
§ 8.11 . ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С ОБР А ТНОй СВЯЗЬЮ
В преобразователи с обратной связью в качестве основных элемен­
тов входят преобразователи цифро-аналогового типа, осуществляющ11е
выработку напряжений, пропорциональных подбираемому числу. Если
выработанное напряжение совпадает по амплитуде с выходным напря-
Схема
срабнения
Цифро-аналого­
быи прео!iразо -
fJ!!_meль
жением, подлежащим преобразо­
ванию, то это будет означать, что
подобранное двоичное число яв­
ляется искомым результатом.
Схема преобразователя с обрат­
ной связью изображена на
рис. 8.61. Рассмотрим работу
такого преобразователя несколь­
ко подробнее (рис. 8.62).
Рис. 8.61. Структуrная схема преобразо-
В преобразователе преобра-
ш1н'.1и с обратной связыо
зуечое напряжениесравнивается
с напряжением, вырабатываемым
цифро-аналоrовы:v1 преобразователем. Это напряжешrе предстэвляст
собой сумыу эталонных напряжений, веса которых соответствуют ве­
сам разрядов ;:щоичного числа.
Суыыа эта,1онных напряжениii подбирается, начI1ная со старшего
весового уровня, такш1 образом, чтобы она оказа,1ась равной преобра­
зуемоыу напряжен ню с точностью до ветrчины наи,rеньшего эталонного
напряжения. Прн на.:шс;ю: данного весового эталонного напряжения
U"; в подобранной су:.,:.1е в соответствующеы i-м разряде двоичного чис­
ла вырабатывается ~.;:од ,; !», при с,;сутствии - код «О».
Преобразуемое напряжение Uвх с коммутатора каналов поступает
на схему сравнения Ср, на другой вход схемы сравнения подаются эта­
лою1Ы(' нанряжения, которые вырабатываются сет~.;:ой сопротивлений
ДU! ~ пр11 подаче в соответствующие пссовые ветви напряжений с клю-


че:вых триггеров (Т1 - Тп). Триггеры перебрасываются и включают эти
напряжения последовательно, начиная со старшей весовой ветви от
тактовых управляющих импульсов. Выработка управляющих импуль­
сов и подача их на соответствующий триггер осуществляются с помощыо
генератора и:-:н1у"1ьсов Г1 , двоичного счетчика Сч1 и диодного дешифр.1-
тора ДШ1 .
Иех
Рпс. 8.62. Функш1она.1ьная схема преобразовате.1я с обратной связью
В момент поступления первого тактового импульса первый триггер
Т1 перебрасывается и сеткой весовых сопротивлений вырабаты­
вается старшее по весу эталонное напряжение Иэn• Эго напряжение по­
ступает на сравнение с напряжением Ивх в схему сравнения Ср. Есла
напряжение Иип оказывается больше входного, т. е. (Ивх - Иэп) < О,
то схемой сравнения вырабатывается управляющий сигнал в цепь схем
сравнения И1 -':-Ип. Если эталонное напряжение меньше входного на­
пряжения, т. е. (Ивх - U3 n) > О, то управляющий сигнал не выра­
батывается.
При поступлении второго тактового импульса перебрасывается
второй триггер Т2 , включается следующая весовая ветвь сетки сопро­
тивлений и на ее выходе появляется следующее по весу эталонное на­
пряжение Иэ<п _ i>• Одновременно второй тактовый импульс поступает
на вход схемы И1 . В случае, если на другом управляющем входе схемы
И1 имеется сигнал со схемы сравнения (если (Ивх - И3п) < О], вто­
рой тактовый импульс проходит на второй вход первого триггера Т1
и возвращает его в исходное состояние, снимая напряжение питаемой
им весовой ветви. В случае, если (Ивх - И0п) > О, триггер остается
в переброшенном состоянии. Следовательно, при втором такте в схеме
сравнения входное напряжение сравнивается либо только со вторым по
весу эталонным напряжением Ивх- Иэ(п-~>, либо с суммой весовых эта­
лонных напряжений Ивх-[И 0п + Из<п _ ol в зависимости от результата
первого сравнения. При этом снова выявляется знак разности и т. д
10 Зак. 744
289


Пример эпюры суммы эталонных напряжений по оконча­
нии пятиразрядного цикла сравнения приведен на рис. 8.63 .
Уровень 1 равен
U 0 n; уровень 2 равен Иэ<п _ 1>; уровень
3
равен (Uэ<n-t) + Иэ<n- 2)); уровень 4 равен (Uэ<п-t> +
+ U~<п _ з>; уровень
5
равен (Uэ<п_i> + Uэ<п- з> + Uэ<п- 41).
После окончания всего цикла сравнения,
состоящего из п тактов, триггеры оказы­
2345
t
ваются в переброшенном или в исходном
состоянии в зависимости от того, присутст­
вуют ли соответствующие весовые эталонные
напряжения в конечной сумме эталонных на­
пряжений. Выходы триггеров параллельно
с весовыми ветвями сетки сопротивлений под­
ключены к ,Управляющим входам выходных
Рис. 8.63. Эпюра на-
схем И{---;-Ип (см. рис. 8.62). После выполне-
пряжений на выход~ ния всех тактов сравнения со счетчика Сч
сетки сопротивлен,111 через дешифратор ДШ1 на входы всех схем
И' поступает считывающий импульс, который
проходит на выходные шины, если соответствующие схемы И' открыты
триггерами, хранящими код «1». Таким образом, на выходе по окон­
чании п + 1 тактов цикла появляется параллельный двоичный код
преобразуемого напряжения.
Преобразователи с обратной связью обладают высоким быстродей­
ствием и точностью и вследствие этого находят широкое применение.
§ 8.12 . ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НА ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВОЙ ТРУБКЕ
Принцип работы преобразователя на электроннолучевой трубке
(ЭЛТ) поясняется на рис. 8.64. ЭЛТ состоит из электронной пушки 1,
модулятора 2, отклоняющих пластин 3 и 4, кодовой маски 5, коллек­
торов 6. Электронная пушка 1 служит для формирования узкого пуч­
ка электронов (электронного луча), а модулятор - для его отпирания
и запирания.
Преобразуемое напряжение Ивх после усиления на усилителе У1
поступает на отклоняющие пластины 4, осуществляющие смещение
луча в вертикальной плоскости. Этим самым луч устанавливается на
кодированном квантованном уровне кодовой маски 5, соответствующем
входному сигналу. На отклоняющие пластины 3 подается пилообраз­
ное напряжение, вырабатываемое генератором пилообразного напряже­
ния Г. Под действием этого напряжения осуществляется перемещение
луча по кодовой маске 5 в горизонтальном направлении. Кодовая мас­
ка 5 размещается перед коллекторами и выполняется при двоичном ко­
дировании так, как показано на рисунке. Коду единицы каждого раз­
ряда соответствует отверстие, открывающее доступ электронного лу­
ча на коллектор, коду нуля - материал, преграждающий лучу путь
к коллектору. Коллекторы представляют собой электроды, нанесен­
ные на внутреннюю поверхность колбы. Они располагаются вдоль раз­
рядных дорожек позади кодовой маски и соединяются с выходными ши­
нами.
290


В процессе развертки луча (перемещения в горизонтальном направ­
лении) осуществляется считывание двоичного кода маски. На выход•
ных шинах ко.1лектора в тех разрядах, в которых считан код единицы,
появляется сигнал. Длительность и частота развертки должны выбирать­
ся таким образом, чтобы за время считывания изменение напряжения
Ивх не превышало заданной погрешности.
5
б
б
J
\~
Рис. 8.64. Схема преобразователя на электроннолучевой трубке
Шаг квантования в преобразователи на ЭЛТ определяется шириной
щели младшего разряда. Диаметр электронного луча считывания дол­
жен быть меньше ширины щели младшего разряда. В противном слу­
чае может произойти появление ложного импульса на коллекторе и, сле­
довательно, искажение результата.
Выполнение кодовой маски в двоичном коде, как уже упоминалось
при рассм:отрении кодовых шкал, :Приводит к появлению больших
ошибок на границах считывания. Следовательно, для упрощения ошибок
считывания на границах необходимо применять кодовые маски, выпол­
ненные в циклическом или V-коде.
Кодовые сигналы на выходных шинах коллекторов достаточно ма­
ломощны и неодинаковы. Поэтому они сначала поступают на поразряд­
ные усилители-формирователи У2 . С усилителей У2 считанный код
поступает на схему преобразования двоичного кода Сх. Пр. Структу­
ра этой схемы определяется избранным кодом на кодовой маске; па­
раметры формируемых сигналов - типом устройства, на которое ра­
ботает преобразователь.
10*


ГЛАВА 9
ЦИФРО-АНАЛОГОВОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ
Цифро-аналоговое преобразование является процессом, обратным
аналого-цифровому преобразованию. В аналого-цифровом преобра­
зовании задача сводилась к квантованию непрерывно протекающего
процесса и представления его последовательностью двоичных чисел д.пя
последующего автоматического ввода параметров в ЦВМ.
В цифро-аналоговом преобразовании возникает задача преобразова­
ния результатов вычислений ЦВМ в вид, удобный для последующего
их использования в качестве сигналов, управляющих объектом, т. е.
ставится задача формирования аппроксимирующего сигнала по появ­
ляющейся цифровой последовательности.
§ 9.1. СХЕМЫ С ВЕСОВЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ПИТАНИЯ
Построение преобразовате.1ей весового типа основывается на том,
что любое двоичное число ХпХп _ 1
...
х0 может быть представлено в виде
суммы степеней двойки:
п
Хп Xn-l •.. Хо=
~ Xi 21 = 2nx" --j- 2n-lx,,_
1 .,. + 2°х0,
i=O
где х; - 1 или О; 2; - коэффициент, определяющий вес цифры
в числе.
Отсюда, если появляется необходимость преобразовать двоичный
код числа в аналоговую величину (непрерывно изменяющееся электри­
ческое напряжение или ток), то можно каждой единице числа поставить
в соответствие напряжение или ток со своим весом, а зате~1 провести
их суммирование.
Простейшая схема трехразрядного цифро-аналогового преобразо­
вателя, реализующая метод суммирования весовых напряжений, изо­
бражена на рис. 9.1. Схема состоит из трех источников напряжения,
пропорциональных степени двойки: е0 = 2°е, е1 = 21е, е2 = 2 2е; внут­
ренних сопротивлений г0 , r1, r 2 ; сопротивления нагрузки Rн; поляризо­
ванных реле с преобладанием к нижнему контакту Р0 , Р1 , Р2 . Реле
управляются сигналом, соответствующим коду единицы. Если на управ­
.цяющей обмотке реле появляется сигнал кода единицы, оно срабатывает
(перебрасывается в в~рхнее положение) и подключает к выходу весо-
292


вое напряжение. В результате на выходе будет появляться сумыа весо­
вых напряжений, пропорциональная преобразуемому двоичному числу:
2
X2XixO~ ~ Х;е;.
i=O
-
-
Уравнение напряжения для выходной цепи п-разрядного преобра­
зователя имеет вид
откуда
Напряжение на нагрузочном сопротивлении
Отношение R0 / Cto Х; r 1 + Rн) называют масштабным коэффи­
циентом и обозначают через Кт· Тогда
п
Иных= Кт ~ Х; е;,
i=O
или, подставляя значения е; = 2ie, получаем
окончательное выражение
п
Ивых =Кте ~ Х; 21,
i=O
которое показывает, что напряжение на выходЕ::
Ивых пропорционально преобразуемому двоич-
п
НОМУ числу: ~ Х;21 = Х,
i=O
Точность преобразования в приведенной схе­
ме определяется постоянством масштабного
коэффициента Кт и стабильностью весовых на­
пряжений.
Рис. 9.1 . Схема сум­
мирования
весовых
напряжений
Масштабный коэффициент Кт является функцией внутренних сопро­
тивлений источников и сопротивления нагрузки: он с изменением чис­
ла не остается постоянным, с увеличением числа единиц в числе мас­
штабный коэффициент уменьшается. Дпя повышения стабильности мас­
штабного коэффициента необходимо брать источники с внутренним со­
противлением, пренебрежимо малым по отношению к сопротивлению
п
нагрузки:~ X;r; « Rв. В этом случае масштабный коэффициент мож­
i=О
293


но считать постоянным и равным единице. Тогда
п
Иuых=е~х;2i.
i=O
Вместо поляризованных реле~ используемых в рассматриваемой
схеме в качестве переключателеи, как и ранее, можно использовать
электронные реле, в частности триггер. Переключатели в таких схемах
с точки зрения точности должны обладать малым переходным сопротив­
лением при включении источника питания.
При включенном источнике питания переходное сопротивление
rп; переключателя проявляется так же, как внутреннее сопротивление
r; источника питания. Следовательно, вместо r; в уравнении для выход­
ного напряжения можно поставить сумму r; + r пi• Отсюда замечания,
сделанные в отношении внутреннего сопротивления источника питания,
полностью относятся и к переходному сопротивлению переключателя
(реле, триггера):
п
~ (r; +rп;) « Rп·
i=O
§ 9.2 . СХЕМЫ С ВЕСОВЫМИ СОПРОТИВЛЕНИЯМИ
Схема со взвешенными сопротивлениями выполняется на цепи со­
противлений R;, величины которых подбираются пропорциональны­
ми весам цифр двоичного числа, т. е. пропорциональными степени
двойки:
При таком наборе
~12021
21
2n
1
~ -=-+-+ ... +-+ ... +-=-(211+1 __ 1)_
i=O R;
R
R
R
R
R
Одна из таких схем приведена на рис. 9.2 . Она состоит из двух ис­
точников напряжения Е1 и Е0 (в частном случае Е0 может равняться
нулю), переключателей Л0 , П1 , ... , П;, ... , Пп и весовых сопротивле­
ний Ro, R1, ... , R;, ... , Rn. В исходном состоянии при коде нуля во
всех разрядах двоичного числа переключатели находятся на нижнем кон­
такте и, следовательно, все весовые сопротивления подключены к ис­
точнику Е0 .
Если на преобразователь поступает двоичное число Х = ~2ix;,
i
в j~x раз~ядах которого находятся коды единицы, а в k-x - коды ну­
леи, то 1-е переключатели подключают соответствующие j-e весовые
сопротивления к источнику Е1 , а k-e переключатели подключают соот­
ветствующие k-e весовые сопротивления к источнику Е0 . Эквивалент­
ная схема для этого случая изображена на рис. 9.3 .
294


Для сопротивлений Rj, параллельно подключенных к Е1 , можно
написать следующее равенство:
~_i_=~2l=~~2i•
~R; ~R
R....;. .
·'
/
1
Но так как
то
I-1 -=_1 _x _
;R;
R
На основании последнего равенства можно сделать вывод, что сумма
~ (1/ Rj) в некотором масштабе Кт(К,.. = 1/R) является выражением
i
преобразуемого числа Х.
то
Рис. 9.2. Схема со взвешен­
ными сопротивлениями
Поскольку
1
1
1
1
'--C::t----8
1
1
1
1
1- .. . ;:::J--!
Рис. 9.3 . Эквивалентная схе­
ма со взвешенными сопро­
тивлениями
Подставив значения слагаемых, получим
~-
1 = J_ (2n+t_ 1-Х).
7R1t R
Покажем, что выходное напряжение схемы Ивых пропорционально
преобразуемому числу Х.
На основании метода суперпозиции можно считать, что выходное
напряжение схемы состоит из двух независимых составляющих:
295


Ивыхt• обусловленного действием Е1 (при Е0 = 0), и Иоыхо, обусловлен•
ноrо действием Е0 (при Е1 = О):
Ивых = Иоыхl + ИоыхО•
Определим эти составляющие выходного напряжения.
1.Е0=О:
~+
-Е
j
]
-
11
1
1
Rн+~R,· +I Rz,
,
k
Поскольку в полученном выражении
то, следовательно,
-
1/(;н+~~j)
ИвыхО - Ео
---'-----'------ •
\/ ~;k+\/(;н+~;j)
Проводя преобразования, аналогичные предыдущему, получим
296


Выходное напряжение
Иных~ Ивыхl + ИщпО =
1
(Е1"'-
1-+Е0~-
1-) •
,
~1
,4/ Rj
.. .,, ,.k RkJ
-' ----1-
..;.-
1
•
Rn'1=0R;
Подставив значения f ;. ; ~-1
-
и :I-1
-, по.1учим
i=O
l
;
Rt
k R11.
•
И=
1
[Ь х+ Ео (2n+l,_ 1-Х)]-
БЫХ l/Rn+(2n+1-l)/R R
R
-
(Е1-Ео)Х+(2п+1-1)Е0
R!Ru+2n+ 1 -I
Введем обозначения:
1
2п+1- 1
R/Rн+2n+1-1 =Кт~; R!Rн+2п+1-1 =Кт2•
Тогда уравнение для Uвых можно записать в виде
Uвых =Кт~ (Е1 -Ео) Х +Кт2 Ео.
Это уравнение показывает, что выходное напряжение схемы Uвых
действительно линейно зависит от преобразуемого чис.1а.
В частном случае при Е0 = О
(9. \)
Суммарная погрешность ливых выходного напряжения ~южет быть
определена, если известны первичные погрешности, путем подсчета пол­
ного дифференпиала, равного сумме частных дифференциалов.
Рассмотрим точность работы схе:чы для случая, когда Е0 = О:
ЛU = дИвых ЛЕ +дИвь1хЛR +дИвых ЛR
вы:х дЕ1
i
дRн
ндR
'
где ЛЕ1 - погрешность, вызванная нестабильностью питающего на­
пряжения Е1 ; ЛRн и ЛR - погрешности, вызванные нестабильностью
и разбросом сопротивлений.
Рассмотрим эти погрешности в отдельности.
Погрешность из-за нестабильности источника питания Е1 может
быть определена путем дифференцирования уравнения (9.1) по Е1 :
Ли Е= ХRн ЛЕ1,
вых , R+(2n+l-l)Rn
(9.2)
Относительная приведенная погрешность
бИnых = Ли выхЕ)Uвых max•
(9.3)
Максимальное значение выходного напряжения (9.1) будет при мак­
симальном значении декодируемого числа, т. с. при Х = 2н+ 1- 1:
(9.4)
297


Подставив значения (9.2) и (9.4) в (9.3), получим
бU =ЛЕ1 Х
вых Е1 (2п+1_ 1)
(9.5)
Данное выражение показывает, что с увеличением декодируемого
числа относительная погрешность растет; ее максимальное значение
(9.6)
Погрешность из-за нестабильности сопротивления нагрузки опре­
деляется аналогично:
ЛU•
=
дИвых ЛR =
XRE1
ЛR
(9 7)
выхRн дRн н [R+(2n+l-J)Rн]2 н·
•
Относительная приведенная погрешность
ЛИвых Rн
R
Х
ЛRн
бUвыхR =---=
----- --
----
(9.8)
в Ивыхmах [R+(2n+ 1 -l)Rн] (2п+ 1 -1) Rн
Соответственно максимальная относительная погрешность
бU
-
R
ЛRн
(9 9)
выxRнmax-[R+(2n+l-J)RнJ Rн
•
Погрешность выходного напряжения, вызванная отклонением ве­
совых сопротивлений от расчетных, определяется как_ сумма, учитыва­
ющая отклонение каждого весового сопротивления в отдельности.
Суммарная погрешность с учетом отклонения всех весовых сопроти­
мений
ЛU
-Е
(n+l)RнЛRX
выхRк- l[R±ЛR+(2n+l_J)RнJ2
(9.10)
При этом предполагается, что отклонение ЛR во всех разрядах оди­
наково и учитывается только вес.
Относительная погрешность за счет отклонения весовых сопротив-
лений
(9. 11)
Погрешность в выходном напряжении из-за наличия сопротивления
контактов переключателей проявляется аналогично отклонению весо­
вых сопротивлений и может быть подсчитана по формулам (9.10) и (9.11 ).
Но при этом необходимо величину сопротивления контактов каждого
переключателя приводить к значению ЛRн с учетом веса разрядного
сопротивления.
Масштабный коэффициент в уравнении (9.1) зависит от числа раз­
рядов преобразуемого двоичного числа. С увеличением разрядности
коэффициент уменьшается и, следовательно, уменьшается амплитуда
выходного напряжения. Кроме того, зависимость масштабного коэф­
фициента от сопротивления, как уже было показано, приводит к пони­
жению точности выходного напряжения. Эти недостатки могут быть
устранены совместным использованием весовых сопротивлений и уси­
лителя постоянного тока.


§ 9.3. СХЕМЫ С УСИЛИТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Усилитель постоянного тока с глубокой отрицательной обратной
связью широко используется в качестве вычислительного устрой­
rтва машин непрерьшного действия и, в частнuL1и, в Еачесr!}е
суммирующего элемента. Сумми-
.
~
рующии усилитель с весовыми со- e0 Q}--c:::J--- ,
противлениями на входе позволяет
R, ia
осуществлять преобразование циф- е1
рового кода в напряжения. Чтобы
убедиться в этом, рассмотрим схе­
му, изображенную на рис. 9.4 .
!:J
Предполагая, что входное со­
противление усилителя достаточ­
но велико, можно считать, что
ток обратной связи
Рис. 9.4 . Принципиальная э.1ектриче­
ская схема преобразователя на основе
суммирующего усилителя с весовыми
и
сопротивлениями на входе
(9.12)
На основании закона Кирхгофа
ео= Roio+Ro.cfo.c+Vвы-х·;
С1= R1 i1+Ro.cio.c +Ивых;
-Ивых = kUб = k(Ro.c io.c + Ивых),
где И 6 -нэпряжение на входе усилителя.
Определяя значения токов, получим
io = (ео- Ивых-Rо.с io.c)/Ro;
i1 = (е1 -Ивых-Rо.с io.c)fR1;
iп= (е,, - Ивых
-Ro.L io.c)/ Rn;
.
1+k •
to.c =
-
-- И nых·
Ro.c k
Подставив полученные значения токов в (9.12), получим
1+k И
_
ео-Ивых-Rо.с io.c 1
-- Rk вых-
R
т
о.с
о
+ е1 -Ивых-Rо,с io.c
еп-Ивых-Rо.с io.c
.......:с..--=-==---"--'-"-"--"-+ ... +
--- '-'- -~~ --' --- --' -~
R,
Rн
откуда
_l+k И =R [~ '~+ ... +!!!_-
k
вых
о.с R-тR
R
О
1
!1
-(Ивых+Rо.сiо.с)(-1 +-1 + ... +-
1 )]•
Ro
R1
Rп
299


Учитывая, что
И вых +Ro.c io.r, = -И пых/k,
получиi\1
_1-k и
=R [....:.'!..
_:!_
~1+
k
вых о.сLRo +R1 +'··+Rн
+ Ивых [-1+-1+...+ _1],
k
Ro
R1
Rн
(9.13)
При построении усилителя со сравнительно большим коэффициен­
том усиления k (k » 1) с достаточной степенью точности можно счи-
тать, что
(1 +k)/k= 1/k+ 1 = 1;
Иных(-1+-1+...+ _1)=О.
k
Ru
R1
Rн
~'читывая отмеченное, уравнение (9.13) запишем в виде
вых= - о.с
-+-+...+ -
•
и
R(
ео е1
еп)
Ro R1
Rн,
(9.14)
Поскольку усилитель обладает большим входным сопротивлением
и не оказывает влияния на входную цепь, то сопротивление нагрузки
в уравнении (9.14) не фигурирует и, следовательно, ее колебание не
оказывает влияния на точность.
Выражение (9.14) показывает, что выходное напряжение усилителя
определяется тремя параметрами: сопротивлением цепи обратной связи
Ro.c• сопротивлением входных цепей Ro, R1 ,
... ,
Rn и напряжениями
источников питания.
В соответствии с этим такая схема может использоваться в трех ва­
риантах.
Вариантl:Ro.c=const;Ro=R1= ...= Rn= R=const;ае0=2°е;
е1 = 21е, ... , en = 2"е, т. е. амплитуды входных напряжений имеют весовые уров­
ни, nро_nорциональныс степеням двойки. Наличие весового уровня напряжения
е; = 2'е выражает код единицы в i-м разряде числа, отсутствие - код нуля.
Для такой схемы уравнение (9.14) запишется так:
п
п
Ro.c ~
Ro.c~;.
Ивых=-R ~е;= -eR ~2 Х;,
i=O
i=O
х;=Оилих;=1.
п
Но так как ~ 2; х; есть преобразуемое число, то
i=O
U
Ro.c Х
вых=-еR
-
Вариант2:Ro.c= coпst,е0=е1= ... = еп =coпst,аRo= R/2°;R1=
= R/21; ... : Rn = R/2", т. е. величины сопротивлений на входе усилителя имеют
веса, пропорциональные степеням двойки. Включение цепи i-ro сопротивле­
ния на входе выражает код единицы в i-м разряде преобразуемого числа, от­
ключение - код нуля:
пI
!п.
Ивых= -Ro.c еI- =
-
Ro.ce
-
I2• х'.
i=O R;
R i=O
300


Вариант 3. Схема этого вnриnнта изображена на рис. 9.5. На вход усилителя
qерез сопротивление R подается постоянное напряжение е (R
coпst, е =
••
<'onst). Сопротивл<'нне Ro.c uспи о(iратиой связи раз(iивается на су\1му__ со­
противл(\нни, нмс101цих всс-ов~.,;с :=;:н:-::чснин. nроттnрципналuныс стспснн\1 двnнки:
Ro.c
2"R~.c + ... + 21R~.r + 2°R~ с
Rn.en + •·· + Rn.rt + Rо.со-
Каждое весовое сопротивление 2; R~ . c включается в цепь о(iратной связи илп
закорачиваетсн переключателем в зпвисимости от того, имеется ли в дш111ом i-и
разряде прео(iр;~зуемоrо двоичного чнсJ111 код единицы или нуля. Переключате­
ли управляются сигналами кодов рпзрндов. Если код разрнда -е,1_11 ннца, то соот­
ветствующий контакт разомнут, если код разряда - нуль, то соответствующиir
контакт замкнут. В результате такого управления переключатслнми результи­
рующее сопротивление в цепи о(iратной связи оказывается 11rю11орцион11лы1ьш
преобразуемому числу Х.
Отсюд;~
и
с ~2iо'
R~,.c ~ ; -еR~.c Х.
пых =
-
-R
_ .;;,.
1,n.c Х; =
-
е
_.;;,. 2 х;
i=о
R l=O
R
Во всех трех случаях точность прео(iразования (iудет опрс.11с.1яться 11ервич­
ными погрешностями, явлнющимися следствием нестп(iильности питnюшсr'J
напряжения е, нестпбильности и разброса
сопротивлений R и Ro.c•
Пп
П1
Суммарнnя nбсолютнпн погрешность
выхо.11ного нппрнженин может (iыть най-
дена так же к;~к и в предыдущем случае,
R Ro.c"
путем 11одсчет11 полного ,1_ифферс11ци11ла 0-. ,--, .. .. ,__.: :. ._, i
функции, рпвноrо сумме 1 111ст11ых диффсрен- е
циалов.
и------,-...~
у
'- ---'
При вычислении 1 111стных дифференци-
алов .11лн 1<аждnгn из варипнтов схем необ·
ходвмо учитывпть н;~лнчне весовых знпче·
ний нарамРтров:
Рве. 9.5 . Пр1111шш11а 1ы1ан э.1ектр11-
чес1<ая схем;~ прсобр;~зоватс.1я н:1
для варианта l
основе \'Cll.'IIIТP.1\1 С ВССОВЫМ!I СО·
пропшлё11ш1~111 в пепн 06p;iт1,1oii
СВЯЗJI
/',,_R + дUных ЛR .
дRо.с
o,r,
для вnриантп 2
\U
дlJных Ле. I_ ~ дlJвых ЛR-
.J_ дUню ЛR
.'
/. вых= де
,
."' -
дR, , ·1 дl<о,с
о,с,
для вари1111т11 ::J
n
ЛИ .=сдUвыхЛе+дlJныхЛR+~
ных
,Je
•-
uN.
•
"'-
ic~O
дИв1,1х
дR~.е;
Сравнивая рассмотр,'ШIЫе ыетnды, можнn сделnть вывnд, что с точки зрения
реnлизnции вари;mты 2 и ::J 01,nзьшаются (iолее простыми, тnк кnк требуют нnбора
пассивных элементов (сопротнвлениi'I). Однако с точки зрения точности вnрнnнт l
схемы имеет преимущества. !.:ели в схемах вариnнтnв 2 н 3 тnчность обычно не
превышnет 5-б .11воичных разрн.11ов, то в вnриnнте 1 схемы зn счет соответствую­
щего построения весовых источ11икnв точность щ>жет быть выше,
§ 9.4. СХЕМЫ С СУММИРОВАНИЕМ ТОКОВ
Схема преобразоватс'е1я, основаннан на сумм11ровашш токов, так же
как и предыдущие схемы, вы1юлннется на весовых сонропшленинх.
Однако в отличие от ранее рассмотренных схем весовое со11ропшление
каждого разряда 3а1шсыш1етсн от своего 1кточшша тока. Расоютр1ш
:ю1


построение п работу такой схемы на примере пятиразрядноrо прсоб·
разователя, изображенного на рис. 9,6. Она состоит из с1абилизаторов
тока Ст;, весовых сопротивлений R; = 2iR и переключателей П;. По·
ложение переключателей определяется значениями цифр преобразу­
емого двоичного числа. Коду единицы соответствует включение правой
цепочки сопротивлений, коду нуля - левой.
Нанряжения на выходе Ивых схемы определяются как разность
потенциалов в точках А и В:
URf,IX = UA-UR,
Потенциал точки А определяется наличием нулей в преобразуемом
ДBOIIЧHOJ\I числе.
Для случая, когда во всех разрядах преобразуемого числа стоят
нули Х0 = 00000, все переключатели находятся на левых контактах
и потенциал точки А определяется как:
И;,=Е~(10R+!12R+!24R+l38R+/1l6R).
Если все стабилизаторы тока обеспечивают выдачу равных токов /:
/=/О=/1=/2=/5=/6,
то выражение для потенциала точки А принимает вид
4
ИА =E-!R 23 2i =E-3l!R.
i=O
Потенциал точки В для этого случая будет равен напряжению ис­
точника питания: Ив = Е.
Для чисел, отличных от нуля, т. е. имеющих различные комбина­
щш единиц и нулей в разрядах, положение переключателей соответ-
~Е
ственно изменится, что может быть учтено, как и
обычно, введением множителях; = О или I, выра­
жающего код цифры i-го разряда двоичного числа
Х = XiX 3XzX1Xo,
R
R
R
ZR
l/-R
4R
BR
BR
Рис. 9.6. Схема с
суммиропанисм
TOKOLI
зоz
B этом случае потенциал точки А увеличится на
величину, пропорциональную двоичному числу:
ИА=Е- 3lJR+(2°Хо!R+21Х1!R+22х2/R+
4
-i-23 x3 IR-J-24 x1 /R)=E-Зl!R-i-IR ~ 2ix;=
i=O
= E-Зl!R+IRX.
(9.15)
Потенциал точки В соответственно уменьшится
на величину, пропорциональную преобразуемому
двоичному числу:
Ив=Е-!RХ.
(9.16)
Отсюда выходное напряжение
Ивых =VA-Vв=2XIR-31IR.
Обозначив 21R=Km1; 3l!R=Km2 , получим
Ивых=Кт1Х-Кт2•


Данное уравнение показывает, что выходное напряжение ИвыI
линейно зависит от преобразуемого числа Х.
Величины масштабных коэффициентов Кт~ и Km 2 в полученном вы­
ражении справедливы только для рассмотренной схемы преобразова­
те,1я на пять разрядов.
В общем случае при преобразовании п-разрядного двоичного числа
формулы (9. 15) и (9.16) приобретают вид:
п
Ил=E-(2п-1)IR+IR ~ 2txi;
i=O
п
Ив=Е-!R ~ 2; xi.
i=O
Следовательно, выходное напряжение
п
Ивых=Ил-Ив=2IR ~ 2txi-(2n-I)IR.
i=O
п
Учитывая, что~ 2; Х; = Х, и обозначая
i=O
получим
Точность преобразования по рассмотренной схеме, как видно из по­
следнего выражения, определяется степенью равенства всех питающих
токов между собой, разбросом весовых сопротивлений относительно
расчетных, а также стабильностью токов и сопротивлений.
Суммарная погрешность выходного напряжения
п
ЛИ = ~дИвых ЛR-+ дИвыхЛ/.
вых _.; ;,.
дR·
,
д!·
"
i=O
l
l
где ЛR 1 ~ погрешность весового сопротивления, Л/ 1 - погрешность
питающего тока.
§ 9.5. СХЕМЫ НА СОПРОТИВЛЕНИЯХ ДВУХ НОМИНАЛОВ
Все рассмотренные выше схемы весового типа строились на наборе
элементов, веса которых были пропорпиональны весам разрядов преоб­
разуемого двоичного числа. Однако соответствующиl\1 построением схем
можно добиться получения того же результата путеl\1 использования
источников питания одного уровня и набора сопротивлений всего двух
уровней. При этом количество источников питания должно быть рав­
ным количеству разрядов преобразуемого двоичного числа, а сопро­
тивления должны образовывать делитель так, чтобы сигнал от каж­
дого источника питания на выходе имел вес, пропорциональный со­
ответствующему разряду числа. Такие преобразователи могут
303


строиться на использовании как источников тока, так и источников
напряжения.
Схема преобразова~еля с использованием источников тока изобра­
жена на рис. 9. 7 . Она состоит из однотипных источников тока !;, име­
ющих пренебрежимо малое внутреннее сопротивление, сопротивлений
дnух 1ю~11111а.1ов R и 2R и переключа1елей П;. Замыкание переключа-
R
ZR
теля П; производится n случае,
если в данном i-м разряде преоб-
2R Rи
разуемого числа появляется код
Вьi'К
е;rиницы; если же в i-м разряде
появляется код нуля, переключа-
1ель остается разомкнутым.
Сопротивления, образующие
сетку, подключаются к источникам
тока таким образом, что нагрузка
Рис. 9.7 . Принципиальная электриче- на любой внутренний источник (от
екая схема преобразователя с исполь-
зованием источников тока
i=1доi=п-1)равна2Rслева,
справа и сверху. Следовательно,
суммарная нагрузка R; ю1 каждый внутренний источник питания
1
1,1
,
1
3
R=2R12R12R=2R'
i
.
(,ТКуда
Ri = 2RJ3.
Определение сопротивления нагрузки на внутренние ис1очники
тока легко провести по схеме, изображенной на рис. 9.8.
2R
RR
k--i.i:SJд,
А
Рис. 9.8. Эквивалентная схема нагрузочных сопротив­
лений на внутренние источники тока
Определение сопротивления нагрузки на самый левый источник то­
ка, соответствующий нулевому разряду (х0), можно провести по схеме,
~•
u
99.1
1,1
п2R
изооражсннои на рис. . ·, а. -
=
-
,
-
или l\o =
-
.
Ro
R2R
3
Сопротивление нагрузю1 на ca~шii правый источн11к тока, соответ­
ствующий старшему разряду двоичного числа (хп), можно определить
по схеме, изображенной на рис. 9.9, 6:


На основании этого рассмотрения мо:жно сделать вывод, что все сту­
пени схемы нагружены одинаковыми сопротивлениями. Падение напря­
жения Е в каждой ступени схемы на этой наг/Jузке от своего источ­
ника питания
Если выходное напряжение снимается с нагрузки последней ступе­
ни, как это сделано в схеме рис. 9. 7, то падение напрнженин нз этой
нагрузке Еп от источника тока ln целикоl\1 проходит на выход.
а)
Б)
Рис. 9.9. Эквивалентная схема нагрузочных сопротивле­
ний на крайние источники тока
Падение напряжения в предыдущей ступени Еп _ 1 проходит на выход
через делитель (R + R), т. е. делясь пополам. Падение напряжения
(п - 2)-й ступени проходит на выход, делясь на четыре. Следователь­
но, падение напряжения в i-й ступени Е;, проходя на выход, делится
на 2<п- i). Отсюда выходное напряжение, возникающее под действи­
ем ис1очников токов всех ступеней,
Евых= _§ _+ __§ _+ ... +~+ ... +~.
2п
2п-1
2п-<
20
Если двоичное число Х может быть записано как
Х=Хп.2п+ Хп-I ,2n-l + .. , +х1•21+хо•2О,
то, учитывая включение или выключение каждого источника тока мно­
жителем х 1 (х1 = 1 или х; = О), уравнение напряжения на выходе
можно записать в виде
Это уравнРние показывает, что выходное напряжение линейно зa­
DIICИT от преобразуемого числа Х. Точность преобразования будет опре-
305


деляться стабильностью масштабного коэффициента
2
1
К =-Rl-.
m
3
2п
Стабильность последнего зависит в свою очередь от стабильности токов
и их равенства между собой и стабильности сопротивлений R и 2R
и их разброса.
Сетки сопротивлений двух номиналов могут использоваться и сов­
местно с источниками напряжений. Одна из таких сеток показана на
рис. 9.10. Для рассматриваемой схемы нагрузочное сопротивление
для каждого источника напряжения будет ЗR/2.
Напряжение Ин между землей и точкой k, обусловленноtс: 1олько
источником E1i,
И-Е R/2
k-
k R+R/2
-
§_
3
В каждом внутреннем узле справа от точки k это напряжение поде­
лится на два.
Напряжение Ип _ 1 между землей и точкой п - 1, обусловленное
только величиной E1i, выражается как
И= U1i
= Е..!!:_ _----
п-1 2n-l-k
3
2n-J-k
•
Зная напряжение Ип _ 1 , легко
.В..RR
RR
подсчитать напряжение на выходе,
обусловленное включением E1i
источника, т. е.
А02д,2 2
А,24Ап
Е Е= Un-1(ЗR/4)=
R
вых k ЗR/4+R/4
=И .2-=~-
1
п-1 4
4
2n-1 -k
Рнс. 9.10 . Принципиальная электрическая
схема преобразователя с использованием
источников напряжения
Напряжение на выходе, об­
условленное п-источником, рав­
няется Еп:
Е Е = ЕпЗR/4 =-1-Е
вых п ЗR/4 +ЗR/4 2 п·
Выходное напряжение, обусловленное всеми источниками, 11южет
быть найдено простым суммированием результатов воздействия каж­
дого источника в отдельности, т. е. от k = О до k = п:
Е __1 (___§_+
__§ _+
+~ )-
вых- 4
211-I
2п-2
•••
21-
1
)~п
=--(Ео+2 1 Е1+--- +2пЕп)=-- Ek-2k.
2п+1
2п+1
k=O
Данное выражение позволяет получать выходное напряжение,
пропорциональное преобразуемому двоичному числу N = XnXn-i
.•. х0•
306


Если все источники напряжения Eh имеют уровень, равный Е, и
включаются в зависимости от того, есть ли в данном разряде единица или
нет, то выходное напряжение будет нропорщюнально преобразуемому
числу:
§ 9.6 . ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ
ДВОИЧНЫХ КОДОВ В НАПРЯЖЕНИЕ
Во всех предыдущих случаях рассматривалось преобразование
двоичного числа в напряжение в предположении, что двоичное число
поступает в параллельном коде. Если же преобразуемое число посту-
с
Вх
R
Рис. 9.11 . Схема преобразо­
вания с запоминающей ем­
костью
Рис. 9.12 . График напряжений на вы­
ходе
пает в последовательном коде, т. е. поразрядно, то, д,1я того чтобы ис­
пользовать ранее рассмотренные схемы преобразования, число необхо•
димо перевести в параллельный код. Для этого, напрш1ер, можно ис­
пользовать регистр последовате..1ьно-параллельноrо действия.
Преобразование числа, поступающего в последовательном коде,
можно провести и не переходя к пара.1.1ельному коду. Но при этом при­
ходится переходить к запоминанию результата преобразования весо­
вых напряжений, пропорциональных кодам соответствующих разрядов.
Такое запоминание осуществляется на запоминающей емкости. Прин­
ципиальная схема преобразователя с запоминающей емкос1 ью изобра­
жена на рис. 9.11.
Преобразуемое число, поступающее на вход в последовательном ко­
де младшим разрядом вперед, попадает на управляющий вход схемы И.
На основной вход этой схемы поступают синхронно с тактами числа
калиброванные по амплитуде и д,1ите,1ьности прямоуrо,1ьные импульсы.
Эти импульсы проходят на выход вентиля, если в данно1\1 разряде
имеется код единицы, и не проходят на выход, если в данно1\! разряде
имеется код нуля. Таким образом, на выходе вентиля появ,1яется тот же
последовательный двоичный код числа, но представленный калибро­
ванными импульсами. Далее импульсы поступают на емкость С, за­
ряжая ее.
307


Для правильной работы схемы длительность тактов Т между раз­
рядами должна быть постоянной, а RС-контур должен иметь постояв•
ную времени т = RC такой, чтобы за время Т емкость разряжалась
наполовину. Рассмотрим работу такого преобразователя на примере
преобразования Х 10011 (рис. 9.12).
Импульс, соответствующий коду единицы младшего разряда, заря­
жает емкость до напряжения, равного 1. До момента поступления кода
следующей цифры, за время та1па Т, емкость разряжается до 1/2.
Поступивший следующий импу.'!ьс кода единицы увеличивает вновь
заряд емкости на единицу, т. е. 011 становится раным ;3/2. За второй такт
емкость разрядrrтся наполовину, т. е. до значения 3/4 и т. д. Суммар­
ный заряд емкости после пяти тактов окажется равным
и ={{[(_!__и+1•и) . -
1 +о.и]_!+о.и}
вых
2
2
2
Или, введя масштабный коэффициент Кт= U/25 , получим
Иных =КтХ•
Это выражение показывает, что напряжение на выходе после пятого
такта пропорционально преобразуемому числу Х 5 . Данную формулу
можно распространить и на более общий случай п-разрядноrо числа.
Важно выходное напряжение снимать в строго фиксированный момент
времени (тотчас после последнего такта). В противном случае ре­
зультат будет неверен. Точность работы схемы будет определяться
постоянством R и С, а также калибровкой временных импульсов.
§ 9.7. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЦИФРОВОГО КОДА
В УГОЛ ПОВОРОТ А
Схемы с обратной связью. На рис. 9. 13 изображена схема преобра­
зования числа в угол поворота вала. Число А, которое требуется пре­
образовать, поступает на один из входов вычитателя. На второй вход
поступает число В с преобразователя, характеризуя действительное
положение выходного вала. В вычитателе определяется разность по-
308
Вх
Вычислитель
(числаА) (А-В)
Преаораза­
{Jатель уела
В числа В
Вых
( угал)
Рнс. 9. \:З. Структурная схема nрсоGра:юнатслп
ш1фро,шго кода н угол поворота


ступивших чисе.JI А - В, которая будет пыражать собой несоответ­
ствие углового положения выходного вала числу, выданному маши­
ной. Следующее устройство преобразует эту разность в электрический
сигнал, который после усиления по напряжению и мощности поступа­
ет па испо.1шпе.1ьный двигатель. Вал исполнительного двнrатс,1я на
чинает вращаться. изменяя угловое положение выходного вала и ва.ы
преобразовател1 угла в число таким обрюо:11, чтобы свести к 1\Шниму~1у
величину разности А - В.
В качестве л ршбразователя угла в чис.сю в данной схеме может
быть испол1,зова11 один из рассмотренных гшше преобразователеi'i.
Не останавливш1с1, на усилителе и дв111·ате:1с, которые аналогичны ис­
пользуемым n следующих системах, рассыuтрш,1 работу вычитателя 11
дешифратора. Вычислитель служит для определения разности посту­
пивших на его входы чисел А и В и направления наикратчайшей от­
работки этой разности.
При определении разности и направления отработки рассогласова­
ния могут возникнуть четыре случая, изображенные соответственно
на рис. 9.14, а, б, в, г.
В первоы с.1учае разность между требуе~1ы~ш и действительными
угловыми поло.»<е1111я~ш вала менее 180° и по.1ожиrельна. Для отработ­
ки этой разности следнщий вал В должен двигаться против часовой
стрелки.
Во второл1 случае разность также ~1енее 180°, но отрицательна, 11
следящий вал должен отрабатывать ее, вращаясь по часовой стрелке.
В третьем с.ТJучае угол В больше А,
разность А- В отрицательна, и следящий
вал должен отрабатывать ее, двигаясь по
наикратчайшему расстоянию, т. е. против
часовой стрелки.
В четвертu~1 случае разность А - В
больше 180°, 110 по.1т1штельна, и для от­
работки paccor,1acuna1шя по наикратчай­
шему пути слею1щий ва,ТJ должен сдвигать­
ся по часовой стре.1ке.
Таким образом, в первом и третьем с1у­
чаях следящий вал, отрабатывая рассогла­
сования, должен двигаться против часовой Рис. 9.14 . Четыре с.,учая
стрелки, а во втором и четвертом слу-
рассогласования
чаях - по часовой стрелке.
Эти условия легко выполнить, если числа А и В будут поступать
в вычислите.'!L в прямо~~ коде, а их раз110сть будет вырабатываТLсн
в обратном кuдс.
Действ11тс.'!L11О, ес.1и разность А - В будет всегда вырабатываться
в обратном коде, то д.ТJЯ первого и третьего спучаев она будет иметь
вид
Так как в первом случае разность меньше половины оборота и по­
ложительна, то в старшем разряде числа стоит нуль, а в третьем слу-
309


чае разность больше половины, но отрицательна, и, значит, в старшем
разряде обратного кода также будет стоять нуль.
Для двух других случаев разность эта будет иметь вид
А-В= Ixn-2 ••. Хо,
т. е. в старшем разряде разности стоит единица, во втором случае раз­
ность меньше половины и отрицательна, следовательно, в обратном
коде в старшем разряде будет единица; в четвертом случае разность
больше половины и положительна, следовательно, в старшем разряде
также будет единица.
Выражение разности в обратном коде дает возможность определять
направление отработки рассогласования по цифре ее старшего разря­
да. Наличие нуля в старшем разряде разности говорит о необходимости
отработки рассогласования против часовой стрелки, а наличие едини­
цы - по часовой стрелке. Функции выработки соответствующего уп­
равляющего сигнала на двигатель лежат на дешифраторе и усилителе.
Одна из схем дешифратора изображена на рис. 9. 15.
Вых
Вх
t,
Вых
Рис. 9.15 . Схема дешифратора разности, выпо.1ненная на феррит-тран­
зисторных ячейках
Дешифратор состоит из триггерного регистра, содержащего 2n - 1
триггеров, схем совпадения И1, И2, И3, И4, И5, И6, схем запрета /, 2,
3,4,5.
Работа всей системы синхронизируется импульсами t1 и t2. Числа
А и В в рассматриваемой схеме поступают синхронно в последователь­
ном коде, младшим разрядом вперед в вычислитель, и из него разность
также в последовательном обратном двоичном коде младшим разря­
дом вперед поступает в дешифратор.
Одновременно с выходом старшего разряда разности А - В из
вычитателя и поступлением его в схему n1, в схему запрета 1 и в триг­
гер Тп от устройства управления УУ поступает импульс, который
подается на второй вход схем И1 и на вход схемы запрета/. Если в стар-
310


шем разряде разности находился код единицы, то на выходе схемы И
будет импульс, а на выходе схемы запрета 1 импуш,са не будет. Если
в старше,~ разряде разности находится 1<0,11. пуля, то, наоборот, на вы­
ходе cxel\tЫ J1 1 импульса не будет, но будет 11:-.шул1,с на выходе схемы за­
прета 1. Как видим, в зависимости от наличия единицы нли нулн в стар­
шем разряде вырабатываегся импульс либо в верхней, либо в нижней
ветви схемы II этим обеспечивается выдача управляющего сигнала на
вход усилителя, чтобы в первом случае обеспечить вращение следящего
вала по часовой стреm,е, а во втором - против часо1юй стрел1<и.
Импульс с выхода схемы запрета 1 в случае наличия в старшем раз­
ряде разности 1<ода нуля поступает на входы схем J1 3-"c----l16. Одновре­
менно на другие входы этих схем записываютсн коды п - 1 третьего,
второго и первого разрядов разности с выходов триггеров Т,,_ 1 , Т 3,
7\, Т1 соответственно. Если код данного разряда - единица, а код
старшего разрнда - нуль, то на выходе схем совпадения появятся
импульсы, а на исполнительный двигатель поступит та1<ой управ­
ляющий сигнал, 1<оторый обеспечит вращение следящего вала протип
часовой стрелки.
Рассмотрим работу верхней веrви схемы. Импуш,с, выработанный
схемой l11 , поступает на вход схемы совпадения l1 2 и на вход схем за­
прета 3, 4, 5. На другие входы схем занрета поступают соответственно
сигналы с триггера Т 3 , Т 2 , Т1 регистра. Если код данного разряда -
нуль, а код старшего разряда разности - единица, то на выходе соот­
ветствующей схемы запрета появитсн импульс, 1<оторый обеспечит от­
работку рассогласования по часовой стрел1<е.
В системе обеспечивается пропорциональная отрабоп,а разности
А - В, лежащей в пределах трех младших разрядов. В случае нали­
чия большего рассогласования, т. е. появления кодов единиц в разря­
дах старше третьего, испшшительный двигатель должен с ма1<сималь­
ной с1<оростыо умет,шат1, это рассог.qасование до величины первых трех
разрядов. Это осуществляетсн следующим образом.
При поразрядном поступлении разности в линии задерж1<и она, про­
ходи через триггер Ти-~, попадает на один из входов схемы J1 3 . После
прохождении первых трех разрндов па схему J1 3 от ,У,У приходит спи­
сывающий импут,с, 1<оторый очищает эту нчей1<у. На выход этот
импульс не проходит, так 1<ак на второй вход схемы И 3 импульс от
схемы запрета 1 не поступал. При записи на схему И 3 последующих
разрядов списывающие имнуш,сы на нее не поступают. Если хотя бы
в одном из последующих разрядов разности содержа,qась единица,
то она запишется в схему J1 3 и будет хра11ит1,сн в ней, по1<а не придет
списывающий импульс. После того 1<а1< с триггера Т,,_ 1 регистра на
первый вход схемы И:J поступит предпоследний разрнд разности, а со
схемы запрета / - импульс зна1<а отработки против часовой стрелки,
устройство управленнн ,У,У выработает списывающий импульс на схему
J1 3 , а послед1шя вырабатывает сигнал на выход.
Определение необходимости 01работы1 по часовой стреJше разнос­
ти, превышающей величину первых трех разрядов, осуществляетсн
схемой И 2 и схемой запрета 2, тш, как в этом случае приходится инвер-
311


т11ровать код последующих разрядов. Для этого на вход схемы запрета
2 одновременно с последующими разрядами разности, поступающими
на вход запрета с выхода триггера ТА-1, подаются импульсы от У.У.
Если код хотя бы одного разряда из последующих сверхпервых трех
разрядов будет нуль, ш на выходе схемы запрета 2 появится импульс,
который запишется в схему И 2 . Если в старшем разряде разности будет
единица, то на второй вход схемы И2 также поступит импульс. В этом
случае после прихода от устройства управления списывающего импуль­
са будет выработан сигнал на выход.
Выработанные сигналы должны суммироваться в зависимости от
значения единицы двоичного разряда. Это можно осуществить, напри­
мер, на магнитном каскаде, имеющем четыре пары входных обмоток так,
что числа витков этих обмоток пропорциональны, т. е.
где W1 -число витков обмотки, на которую поступает сигнал разряда
/; W 2 - число витков обмотки, на которую поступает сигнал разряда
2,ит.Д.
Выходы нижней ветви схемы, чтобы обеспечить реверсивное управле­
ние исполнительным двигателем, присоединяются к обмоткам в про­
тивофазе по сравнению с присоединением выходов верхней ветви к
своим обмоткам.
Входной сигнал с магнитного каскада будет пропорционален вели­
чине рассогласования и учитывает знак отработки. Этот сигнал усилива­
ется и поступает на исполни­
тельный двигатель для отра­
ботки.
Схемы с шаговым двигателем.
Шаговые двигатели находят ши­
рокое применение в схемах циф­
ро-аналоговых п реобразовате­
лей, осуществляющих преобра-
Вх ,.._ _________.
зование цифрового кода в угол
х0х,... хп
поворота. Это объясняется срав-
нительной простотой схемы
Рис. 9.16 . Структурная схема преобразо-Ввиду отсутствия цепей обрат-
вателя с шаговым двигателем ной связи и промежуточных
преобразований импульсного ко­
да в непрерывное напряжение, а также высокими динамическими
характеристиками выпускаемых нашей промышленносrью шаговых
двигателей.
Шаговые двигатели предназначаются для преобразования э.1ектриче­
ских импульсов в угловые перемещения. Схема цифро-аналогового пре­
образователя на шаговом двигателе (рис. 9.16) в силу этого включает
в себя и устройство преобразования цифрового кода в последователь­
ность импульсов (унитарный код). Ее работа сводится к следующему.
Перед началом цикла преобразования двоичный код числа XnXn-I
...
х0
вводится в вычитающий счетчик Сч. Затем подачей уп рав,1яющего им-
312


пульса .УИ на вход· триггера Т последний перебрасывается и открыF,'Е г
схему И. Через эту схему И от генератора Г калиброванные по длитель­
ности и частоте импvльсы начинают поступать одновре!\1енно в вычи­
тающий счетчик Сч l1 через электронный ·ко!\lмутатор ·эк на шаговый
двигатель ШД. Каждый поступающий на вход счетчика Сч импульс
уменьшает находящееся в нем число на единицу. Как только число
импульсов, поступившее в счетчик Сч, окажется равным числу, находя­
щемуся в счетчике Сч, в последнем вырабатывается импульс, возвра­
щающий триггер Т в исходное состояние. Этим саl\lым схема И закры­
вается и прохождение через нее импульсов прекращается. Количество
11мпульсов, поступивших на вход счетчика, равно чнс.r1у импульсов,
поступивших на шаговый двигатель ШД.
Следовательно,
(1) = Л(l)N,
где (1) - полный угол поворота ротора шагового двигателя; Лер
-
еди­
ничный угол поворота (шаг) ротора шагового двигателя под воздействи­
ем одного импульса; N - количество импульсов, поступивших на ша­
говый двигатель:
п
N=k1X=k1 ~ Х;•21,
i=O
Х - преобразуемое число; k - коэффициент пропорuиональности.
Рис. 9.17. Схема шестикратного реверсивного ком­
мутатора
Если диапазон изменения преобразуемого двоичного числа извес­
тен и максимальному преобразуемому числу Хшах соответствует NU).ax
импульсов унитарного кода, то максимальный угол поворота ротора
шагового двигателя (/)шах= ЛffJNmax
может превысить 360°. В этом случае выходной вал преобразователя
должен соединяться с валом ротора ШД с помощью редуктора так, чтобы
максимальный yro.1 поворота выходного вала преобразователя не пре­
вышал 360°.
Если преобразователь предназначен для преобразования последова­
тельности чисеJi, вырабатываемых цифровой управляющей машиной,
313


то в счетчик должна заводиться разность между поступающим и пре­
дыдущим числами. В противном случае результат преобразования бу­
дет искажен.
Электронный коммутатор предназначен для приема унитарного кода
и распределения сигналов по управляющим обмоткам. Схема комму­
татора зависит от числа фаз ШД и последовательности их включения.
В качестве примера рассмотрим схему шеститактного реверсивного
коммутатора, изображенную на рис. 9.17. Она состоит из триггеров
Т1,Т2,Т3,схемИ1иИ2,схемНЕ-И3иНЕ-И4итрехсхемИЛИ.
Один из входов управляет двигателем в одном направлении, другой -
в противоположном.
Рассмотрим работу схем при поступлении импульсной последова­
тельности на Вх1 . Схема срабатывает от положительных импульсов.
В исходном состоянии на прямом выходе триггера Т1 имеется низкий по­
тенциал, на обратном выходе триггера Т2 - высокий, на выходе триг­
гера Т 3 - также высокий. С приходом первого импульса триггер Т1
перебрасывается и на его обратном выходе потенциал возрастает. В ре­
зультате этого на вход триггера Т2 через схему ИЛИ 2 поступает поло­
жительный импульс, перебрасывающий триггер Т2 . Потенциал на об­
ратном выходе триггера Т2 при этом понижается, что приводит к обра­
зованию отрицательного импульса на входе схемы И1 . Длительность
импульсов, поступающих на Вх1 и одновременно на управляющий вход
схемы И1 , выбирается такой, чтобы обеспечить открытие схемы И1 на
время срабатывания триггеров Т1 и Т2 . Тогда вследствие поступления
на вход схемы И1 отрицательного импульса с обратного выхода триггера
Т2 на выходе схемы И1 появляется сигнал, перебрасывающий триг­
гер Т3.
Рассмотренный процесс приводит к образованию на прямом выходе
триггера Т1 низкого потенциала, а на прямом выходе триггера Т2 -
высокого. Состояния триггеров будут характеризоваться числом 100.
Поступление второго импульса приведет к перебрасыванию триггера
Т1 , но триггеры Т2 и Т 3 останутся в прежнем состоянии. Новым состо­
янием триггеров будет ООО. Поступление третьего импульса приведет
к новому перебросу триггера Т1 , но из-за повышения потенциала на
его обратном выходе сработает триггер Т2 , который через схему ИЛИ1
возвращает триггер Т1 в исходное состояние. Триггер Т 3 остается вис­
ходном состоянии, так как в цепи обратной связи образуется положи­
тельный импульс, а схема И1 срабатывает от отрицательного импульса.
Состояние триггеров будет соответствовать числу 010. При поступле­
нии последующих импульсов триггеры будут принимать состояния
1О1, 001, О11 и т. д.
Сигналы с выходов триггеров Т1 и Т2 поступают на входы схем за­
прета, на которые также поступают сигналы с триггера Т3 . Эти схемы
реализуют логические операции: Вых. Т1 (Т2) • Вых. Т 3 + Вых. Т1 (Т2) Х
х Вых. Т 3 . Сигналы с выходных шин /, //, l l / через усилители посту­
пают на соответствующие секции шагового двигателя.
Выбор типа шагового двигателя при проектировании преобразовате­
ля основывается как на соблюдении требуемых точности и быстродей­
ствия, так и на удовлетворении мощностных характеристик.


Приложение
Кодирование информации cor лас но ГОСТ 10859-64
~ Д1.,онч111,1й
КО;\
символ;-~
1
1 0000000
2 0000001
3 0000010
4 0000011
5 0000100
6 0000101
7 0000110
8 0000111
9 0001000
10 0001001
11 0001010
12 0001011
13 0001100
14 0001101
15 ООО! 110
16 0001111
17 0010000
18 0010001
19 0010010
20 0010011
21 0010100
22 0010101
23 0010110
24 0010111
На .. Мt'НОПаНИЕ" СНМРолпr
Нуль
Единица
Двойка
Тройка
Четверка
Пятерка
Шестерка
Семерка
Восьмерка
Девятка
Плюс
Минус
Дробная черта
Запятая
Точка
Пробел
Основание десятич­
ной системы счис­
ления
Стрелка вверх
Кр угла я скобка ле­
вая
Круглая скобка пра-
вая
Умножение
Равно
Точка с запятой
Квадратная скобка
левая
25 U0I 1000 Квадратная скобка
правая
26 0011001 Звездочка
27 001'1010 Открывающая ка-
28 0011011
29 0011100
30 6011101
31 0011110
32 0011111
33 0100000
34 0100001
35 0100010
36 0100011
37 0100100
38 0100101
39 0100110
40 0100111
41 0101000
42 0101001
43 0101010
вычка
Закрывающая
ка-
вычка
Не равно
Меньше
Больше
Двоеточие
Прописные буквы
\)усского алфавттта
о
1
2
3
4
5
6
7
8
9
+
/
10
t(
)
х
*
=1=
<
>
А
Б
в
г
д
Е
ж
3
и
й
к
Код I!срфокарт
о
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0-2-8
0-3 -8
0-4 -8
0-5-8
0-6-8
0-7-8
12
12-0 -1
12-0 -2
12-0-3
12-0 -4
12-0 -5
12-0-6
12-0-7
12-0 -8
12-0-9
12-2-8
12-3-8
12-4 -8
12-5 -8
12-6 -8
12-7 -8
11
11-0-1
11-0 -2
11-0-3
11-0 -4
11-0-5
11-0-6
11-0-7
11-0-8
11-0-9
11-2-8
Си:.iво~1ы
АUПУ'
о
1
2
3
4
5
6
7
8
9
+
/
Пробел
10
l
)
х
*
=1=
<
>
А
Б
в
г
д
Е
ж
3
и
й
к
Симвмы
ПЧ"- 4
j.'!_l _,J.K**•
~:пд.п***
о
1
2
3
4
5
6
7
8
9
+
Пробел
10
t(
)
х
*
=1=
<
>
А
Б
в
г
д
Е
h{
з
и
й
к
315


П родолжени.е прило:нсения
ДоончныН
:6
Симв.олы.
"
Симв.олы
,:
о
пм ...
код
Ilанмr11ова1111е снмв.uлов
"'
Код перфокарт
АЦПУ* УПДК*••
,:;
"
;:;,
Clll\IВOЛ;I
:.
УПДJI''*•
u
44 ()101011
1Jl
11-3- -8
Jl
Jl
45 01011()0
1
м
11-4 -8
м
м
46 0101101
//
11-5 -8
11
н
47 0101110
о
11-G -8
о
о
48 0101111
II
11-7-8
п
п
49 0110000
р
12-11 -0
р
р
50 0110001
с
12-11 -1
с
с
51 01100!0
т
12-11 -2
т
т
52 0ll(IOJI
,v
12-11-3
,V
,v
53 0110100 Прописные
()уквы ф
12-11 -4
ф
ф
54 0110101
русского алфавита х
12-11-5
х
х
55 0110110
ц
12-11-6
ц
ц
56 0110111
ч
12-11-7
ч
ч
57 0111 ООО
ш
12-11 -8
/Jl
ш
58 О! 11001
щ
12-11-9
щ
щ
59 0111010
ы 12-11--0--2-8
ы
ы
60 011101 1
ь
12-11-0 -3 -8
ь
ь
61 0111100
э 12-11-0-4-8
э
э
62 0111101
ю 12-11-0-5-8
ю
/О
63 0111110
я 12-11-0-G-8
я
я
64 1111111 Исправление или
12-11-0 -3-7 -
IJЫДCJ/CIIIIC
-3-9
65 0111111
D 12-11-0--7-8
D
D
66 1000000
F
0-3 -9
р
р
67 1000001
G
1-3-9
G
G
68 1000010
J
2-3 -9
/
/
69 1000011
J
0-1 -2-3-9
J
J
70 1000100
L
3-4 -9
L
L
71 1()()0101 Прописпые ()уквы
N
3-5 -9
N
N
72 1000110
латинского алфа
Q
3-6 -9
Q
Q
73 1000111
вита
R
3-7 -9
R
R
74 1001000
s
З--8-9
s
s
75 I00ICIOI
и
С-1-3--8-9
и
и
76 1001010
V
0-2-3-8-9
V
V
77 1001011
\\1
1--2 -3 -8 -9
111
w
78 1001100
z
0-3-4-8-9
z
z
79 1001101 Н адчеркинание
--
0-3-5-Н-9
-
-
80 1001110 ,"v\еньше равно
<
0-3-6-8-9
"''
81 1001111 Больше ращю
>
0-3-7-8-9
>-
82 1010000 Логическое «ИЛИ»
V
12-3-9
V
83 1010001 Логическое «И))
А
12-0 --1 -3 -9
А
84 1010010 Импюrкащ1н
:::)
12-0-2--3-9
:::)
85 1010011 J1оп1•1сс1юе «НЕТ»
'1
12-1-2 ---3
-9
·1
86 1010100 Знак промсжутI<а
12-0--3-4-9
87 1010101 Тождество
12-0-3-5-9
~
-
88 1010110 Процент
~~ 12-0-3-6-9
89 1010111 Ро:v~бик
◊
12-0-3-7-9
◊
90 101 !ООО Вертикальная черта
1
12-0-3-8-9
1
91 1011001 Горизонтальная черта -
12-1-3-8-9
-
92 1011010 Подчеркивание
-
12-2 - З-8-9
-
316


"
с:
~
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
l!O
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
Продолжение приложения
Двончш.,;й
:;;
а
код
Нr~и\.Н.'•Нование символов "'
Код оерфокарт
:.
символа
"'
:_;
1011011 Восклицательный
1 12-0-1-2-3-8
знак
1011100 Кавычки прямые
»
12-3-4-8-9
1011101 Твердый знак
ъ
12-3-5-8-9
1011110 Градус
о
12-3-6-8-9
1011111 Апостроф
'
12-3-7-8-9
1100000 Стрелка влево
+-
11-3 -9
1100001 Стрелка вправо
-+
11-0-1-3-9
1100010 Вопросительный знак ?
11-0-2-3-8
1100011 Gтрелка вниз
i 11-1-2-3-9
1100100 Знак диаметра
0
11-0-3-4-9
1100101 Плюс минус
± 11-0-3-5-9
1100110 Знак чистоты обра- 'v
11-0-3-6-9
ботки
l\00111
11-0-3-7-9
1101000
11-0-3-8-9
1101001
11-2-3-8 -9
1101010
-
11-2-3-8-9
1101011
11-0 -1-2 -3-
-8 -9
1101100
11-3-4-8-9
1101101
11-3-5-8-9
1101110
11-3 -6 -8 -9
1101111
11-3 -7 -8 -9
1110000
12-11 -0 -3 -9
1110001
12-11-1-3-9
1110010
12-11-2 -3 -9
1110011
12-11-0 -1-2 -
-3-9
1110100
12-11-3 -4 -9
1110101
12-11-3-5 -9
lll0110
12-11-3-6-9
1110111
12-11 -3 -7 -9
lll 1000
12-11-3 -8 -9
1111001
12-11-0-1-
-3-8-9
1111010
12-11-0-2-
-3-8-9
1111011
12-11 -1 -2-
-3-8-9
1111100
12-11 -0 -3 -
-4-8-9
1111101
12-11-0-3-
- 5-8-9
1111110
12-11 -0 -3-
-6-8-9
• АЦ ПУ - алфавитно-цифровое печатающее устроi\стnо.
** ПМ
-
пишущая машинка.
••• УПДК-устройство подготовки данных на перфокартах.
"' ** * УПДЛ-устройство подготовки данных иа перфоJ1ен1е.
Си~iЕОЛ:Ы
Символы
Гli\.\i<Of'
Ацп:,·• :.: i([(к **• ,
УПД"1****
!
черный
цвет
красный
цвет
Возврат
каретки
Перевод
строки
-
317


ЛИТЕРАТУРА
А л е х и н В. Н. Функuиональные преобразователи напряжение - код.
«Высшая школа», 1971.
АнисимовБ.В.,ЧетвериковВ.Н.Преобразованиеинформа~:ии
для ЭЦВМ. «Высшая школа», 1968.
АнисимовБ. В..ЧетвериковВ. Н.Основытеориипроектщ10-
вания uифровых вычислительных машин. «Машиностроение», 1970.
БлохЭ. Л., ПоповО. В..ГуринВ. Я.Моделиисточникаоши­
бок в каналах передачи uифровой информаuии. «Связь», 1971.
Б о р о д и н Л. Ф. Введение в теорию помехоустойчивого кодирования.
«Советское радио», 1968.
Г а л л а r е р Р. Дж. Коды с малой плотностью проверок на четность.
«Мир», 1966.
Г у р о в В. С. и др. Основы передачи данных по проводным каналам свя­
зи. «Связы>, 1964.
ДивноrорuевВ. Г.,КараченuеваН. Я.,ЯшинВ.М.
Передача данных в сетях вычислительных uентров. «Наука и техника», 1971.
КолесникВ.Д.,МирончиковЕ. Т. Декодирование цикличе­
ских кодов. «Связь», 1968.
К ул и к о в С. В. и др. Дискретные преобразователи сигналов на тран­
зисторах. «Энергия», 1972.
МизинИ. А.,УринсонЛ.С.,Храмешин Г.К. Передача
информаuии в сетях с коммутаuией сообщений. «Связь», 1972.
НазаровМ. В.. Кувшинов Б. И.,П-опов О. В. Теория
передачи сигналов. «Связь», 1970.
Н о в и к о в В. В. и др. Основы телеграфии и телеграфные станuии. «Связь»,
1970.
О в ч и н ни к о в В. Н. Устройства автоматического обмена информаuией
«Энергия», 1971.
Общеотраслевые руководящие методические материалы по АСУП. Изд.
Госкомитета Совета Министров БССР по печати, 1972.
Питер с о и У. У. Коды, исправляющие ошибки. «Мир», 1964.
С м о л о в В. Б. и др. Универсальные электронные преобразователи ин•
формаuии. «Машиностроение», 1971.
Полупроводниковые кодирующие и декодирующие преобразователи напря­
жения.Подред.Смолова В.Б. иСмирноваН.А.«Энергия»,1967.
С а в е та Н. Н. Устройства ввода и вывода информаuии универсальных
ЭЦВМ. «Машиностроение», 1971.
Статистика ошибок при передаче uифровой информаuии. Сб. переводов под
ред. Самойленко С. И. «Мир», 1966.
С у п р у н Б. А. Первичные коды. «Связь», 1970.
ТемниковФ.Е.,АфонинВ.А., Д м и т р и е в
В. И. Теоретиче-
ск ие основы информаuионной техники. «Энергия», 1971.
Техническое описание аппаратуры передачи данных Аккорд-1200.
Техническое описание машины ЕС ЭВМ-1020.
Техническое описание машины БЭСМ-6.
Техническое описание машины Минск-32.
Техническое описание телеграфного аппарата РТ А-6.
Уд ал о в А. П., С упр у н Б. А. Избыточное кодирование при передаче
информаuии двоичными кодами. «Связь», 1964.
У с к о в Н. Ф. и др. Вычислительные клавишные и перфорирующие маши­
ны. «Статистика», 1965.
Ф и н к Л. Н. Теория передачи дискретных сообщений. «Советское радио»,
1970.
Ха р к ев и ч А. А. Борьба с помехами. «Наука», 1965.
Ш а с т о в а Г. А. Кодирование и помехоустойчивость передачи телемеха­
нической информаuии. «Энергия», 1966.
Ш е н н о н К. Работы по теории информаuии и кибернетике. И. Л., 1963.
Ю р r е н с о н Р. И. Помехоустойчивость uифровых систем передачи теле­
механической информаuии. «Энергия», 1971.


Прсдt•слт•11с ....... .
ГдаБа 1. И11формаuия и ее мера
§ 1.1. Форма представJ1сни;1 информааин.
§ 1.2. Кна1Jтование и кодирование
...
§ 1.3 . Количестно информаuии
§ 1.4 . Э1,тропия 11енрерыв1Jоrо процесса
§ 1.5. t-Энтропия дифференцируемых фу liKUИЙ
Гл а в а 2. Ка11алы и системы связи
Стр.
3
5
5
8
18
24
26
32
§ 2.1. Ос1Jовные онределе11ия.
.
32
§ 2.2. Модуляция и демодуляция
34
§ 2.3. Помехи
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
43
§ 2.4. Пропускная способност1, канала снязи
.
.
44
§ 2.5. Структура и с110собы организации информационных cc1cii
связи
17
Глава 3
§
§
§
§
§
§
Коды и коррекция ошибок
3.1 . Телеграфные коды
3.2 . Коды, приме1,яемые для ввода информации в ЦНМ
3.3 . Основные сведения о корректирующих кодах
...
3.4. Систематические коды
...
3.5 . Циклические коды
..
.
3.6. Непрерывные коды
.....
.
Гл а в а 4. Декодирова11ие дискретных сигналов с избыточ11осп,ю
§ 4.1. Прием в UС'ЛОМ и [lОСИМВОЛl,IJЫЙ метод 11рнсма.
§ 4.2 . Оце1Jка помехоустойчивости приема в целом
..
§ 4.3. Метод Вагнера и прием по наиfiолее 11адежным симво:1;1~1
.
§ 4.4. Прием со стиранием
§ 4.5. ВерояТ!юст1,ое декодирование групновых кодов
...
§ 4.6. Вероятност110-а:1rеfiр,1ический мстщi оfi1,аружсния 0111иfiок
Гл а в а 5. Системы передач11 с обрап1ым ка11алом
§ 5.1 . Системы с ннформаuионноii oupaтнoii связ1,ю
§ 5.2 . Систем1,1 с решающей ofipaт1,oii СВЯЗ!,10 IIJHt UCЗl,IЗU!,!TO'IIIOM
кодирова1,ин .
.
.. ...
.
§ 5.3 . Системы с Gлокнровкоii
.
.
.
.
.
.
......
.
§ 5.4 . Системы с адрсс1,ым новторснием
.
.
.
.
.
.
..
§ 5.5. Системы с комfiинирован1,ой oupaпюii связ1,ю
...
§ 5.6. Лппарптура нсрелачи да11111,1х
..
52
52
55
60
69
74
83
87
87
91
92
94
95
99
101
102
106
109
112
114
118
Гл а в а 6. Подготовка входш,1х машиш1ых докуме1пов
126
§ 6.1. Перфокарты и 11срфоле11п,1
.
.
.
127
§ 6.2 . Перфораторы
l:i4
§ 6.3 . Устройства считывания
.
.
.
.
148
§ 6.4. Пишущая машинка.
.
.
.
150
§ 6.5 . Устройства подготовки да1Jных
.
156
§ 6.6. Автоматизация подготовки машинных документов
.
.
.
.
161
§ 6.7 . Телеграфные аппараты
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
165
§ 6.8 . Регистраторы 11роизводства
171
Гл а в а 7. Системы и устройства uбме11а
177
§ 7.1 . Система оfiмена вычислителы,ых машин первого 1101н~ 0~С'Ш1я 177
§ 7.2. Система обмена вычислительных машин второго покоJ1ения 178
319


§ 7.3 . Система обмена вычислительных машин третьего поколения
§ 7.4. Общие принципы прерывания программ
..
§ 7.5 . Логическая структура систем с распределением времени
§ 7.6 . Мультиплексный и селекторный каналы
...
§ 7.7 . Ввод информации с перфолент и перфокарт
§ 7.8 . Вывод информации на перфоленты и перфокарты
.
§ 7.9. Вывод знаковой информации
...
§ 7.10. Мультиплексор передачи данных
Стр.
181
183
187
189
191
200
208
215
Гл а в а 8. Аналого-цифровое преобразование
221
§ 8.1. Погрешности преобразователей
.
222
§ 8.2. Преобразователи с одноразрядной ш1«1лой
.
223
§ 8.3 . Мноrоразрядные преобразователи
.
.
.
224
§ 8.4 . Матричное кодирование
237
§ 8.5 . Преобразование с переходом к временному интервалу
239
§ 8.6. Мноrоотсчетные преобразователи
.
.
.
252
§ 8. 7. Способы считывания
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
256
§ 8.8. Использование оптических решеток
.
.
.
.
.
.
.
.
271
§ 8.9. Преобразователи напряжения время-импульсного типа
277
§ 8.10. Преобразователи с эталонными уровняыи
285
§ 8. 11 . Преобразователи с обратной связью
.
.
.
288
§ 8.12. Преобразователи на электроннолучевой труб1<е
290
Гл а в а 9. Цифро-аналоговое преобразование
292
§ 9.1. Схемы с весовыми источниками питания
...
§ 9.2. Схемы с весовыми сопротивлениями
..
.
§ 9.3. Схемы с усилителем постоянного тока
§ 9.4. Схемы с суммированием токов
§ 9.5. Схемы на сопротивлениях двух номиналов
.
§ 9.6 . Преобразование последовательных двоичных кодов
пряжение
...... ....
.
§ 9. 7. Преобразование цифрового кода в угол поворота
Приложение
Литература
Четвериков В,1адимир Николаевич
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ
И ПЕРЕДАЧА ИНФОРМАЦИИ
В АСУ
Редактор Л. П. Андрианова
Художник В. 3. !(азакевнч
Ху,цожсственный редактор Н .1(. Гуторов
Техническиii редактор А. 1(. Нестерова
l(oppci<тop Г. И. l(острикова
292
294
299
301
303
в на-
307
308
315
318
Т-12975
Сдано в набор 11/111-74 г.
Подп. к печати 23/IX-74 г.
Формат 60)< 901/ 16
Изд. No Стд-200
Бум. тип. No 2 Объем 20 печ. л. Усл. п. л. 20 Уч-изд. л. 20.50
Тираж 38 ООО экз.
Цена 88 коп.
Зак. 7 44
План nылуска литературы для nузов и Т('Хникумов нздатС'льства «Высшая школа» на
1974 r. Позиция 127
Москва, К-51, Неrлинная ул., д. 29/14,
ИздйТ(;'-ЛЬство «Высшая школа•
~\\оскоnскан типогргфнн No 4 Союзполнrрафпрома
прн Государственном Комитете Совета Министров СССР
по делам нздател1,ств, лолнrрафин и книжной торговли
Москnа И-41, Б. Переяс11авс11ая, 46.