Цифро-аналоговые и аналого-цифровые пребразователи

В современном технологическом оборудовании широко применяются приводы постоянного тока, управление которыми производится регулированием уровнем напряжения. При их использовании возникает необходимость преобразования цифровых кодов систем ЧПУ в аналоговую величину. Для контроля работы приводов возникает обратная задача – преобразование аналоговой величины в цифровую.

Цифро – аналоговый преобразователь(ЦАП) преобразует цифровой двоичный код Q₄Q₃Q₂Q₁ в аналоговую величину, обычно в напряжение u_вых. Каждый разряд двоичного кода имеет определенный "вес"; вес i-го разряда вдвое больше, чем вес (i – 1)-го. Работу ЦАП можно описать следующей формулой:

u_вых = e (Q₁* 1+ Q₂* 2+ Q₃* 4+ Q₄* 8+…),

где е – напряжение, соответствующее весу младшего разряда; Q_i - значение i-го разряда двоичного кода (0 или 1).

Например, числу 1001 соответствует u_вых = e(1*1 + 0*2 + 0*4 + 1*8) = 9е, а числу 1100 соответствует u_вых = e(0*1 + 0*2 + 1*4 + 1*8) = 12е.

Упрощенная схема реализации ЦАП представлена на рис. …. Основу схемы составляет резистивная матрица типа “R – 2R”. В схеме i-й ключ замкнут при Q_i = 1, при Q_i = 0 – разомкнут. Резисторы подобраны таким образом, что R» R_н.

Эквивалентное сопротивление обведенного пунктиром двухполюсника R_эк и сопротивление нагрузки R_н образуют делитель напряжения, тогда

(*)

Проводимость двухполюсника 1/ R_эк равна сумме проводимости ветвей (при Q_i = 1 i -ветвь включена, при Q_i = 0 – отключена):

. (**)

Рис…… Цифроаналоговый преобразователь.

Подставив (**) в (*), получим

Очевидно, что е = 8ЕR_н/R. Выбором е можно установить требуемый масштаб аналоговой величины.

Аналого – цифровой преобразователь (АЦП). Существует несколько способов создания АЦП. Рассмотрим в упрощенном виде наиболее распространенный способ построения. Структурная схема представлена на рис….

АЦП состоит из мультивибратора МВ, генерирующего тактовые импульсы С, реверсивного счетчика СТ, подсчитывающего тактовые импульсы, ЦАП и компаратора К. Реверсивный счетчик работает на сложение при подаче сигнала 1 на вход "+ " и на вычитание при сигнале 0 на названном входе.

На первый вход компаратора подан входной аналоговый сигнал – напряжение u_вх. В момент t₁ схема включена в работу, исходное состояние счетчика Q₁=Q₂=Q₃=Q₄=0. На выходе ЦАП u_с=0 – аналоговый эквивалент кода, записанного в счетчике, т.е. нулевой сигнал. При u_вх-u_с> 0 сигнал компаратора положительный, этот сигнал подается на вход "+" счетчика, который работает на сложение.

Рис. ….. Аналого-цифровой преобразователь.

С каждым импульсом С код счетчика начинает увеличиваться, пока сигнал ЦАП не превысит u_вх. Компаратор переключается, на вход "+" подается нулевой сигнал и счетчик переходит в режим работы на вычитание. Очередной импульс С уменьшает код счетчика, уменьшается сигнал на входе ЦАП, компаратор снова переключается в первоначальное положение и так далее. При этом напряжение на входе ЦАП колеблется около значения u_вх. Напряжение u_с на входе ЦАП однозначно связано с кодом счетчика, поэтому код счетчика соответствует значению u_вх. Входной сигнал АЦП снимается с разрядов реверсивного счетчика.

Временные диаграммы показывают,что при включении устройства и при изменении входного сигнала существует время запаздывания установки кода на счетчике. Для уменьшения этого интервала частота мультивибратора МВ должна быть увеличена.

Дата добавления: 2014-01-15