T не константа, время преобразования зависит от величины преобразуемого напряжения

2.Последовательного приближения (поразрядного уравновешивания)

Если выходной сигнал ЦАП < Uвх, то разряд остается в 1, и наоборот.

Подобный процесс может быть представлен как двоичный поиск, начинаемый с середины (код среднего числа – единица в старшем разряде, остальные – нули)

Пример: Входной сигнал соответствует коду 0010

1. 1000 нет 0000

2. 0100 нет 0000

3. 0010 да 0010

4. 0011 нет 0010 ответ 0010

n = 4, число тактов =4

T=t*n Т=Tmax =const

На этом методе построены ИС АЦП наиболее известных серий, а так же АЦП для микропроцессоров, которые нуждаются в процессоре для своей работы.

3.Параллельного кодирования (самые быстродействующие).

Требуется 2ⁿ-1компаратор, на первые входы которых подается Uвх, а на вторые входы -смещения от опорного источника с шагом, равным U мзр.

		Пример – 3 разрядный АЦП

Поскольку в МП оборудовании часто бывают нужны АЦП, изготовители МП выпускают свои АЦП для соединения с шинами данных. Они имеют байтовые шины с тремя состояниями, которые можно непосредственно соединять с шиной данных МП. Программа МП при этом вырабатывает пробные коды (для АЦП посл. прибл.), проверять завершение заполнения выходного регистра, формировать сигналы «готовность» и формировать сигнал «пуск».

Пример применения АЦП для реализации широтно-импульсного модулирования

Что такое ШИМ – широтно-импульсная модуляция?

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ, англ. Pulse-width modulation (PWM)) — управление средним значением напряжения на нагрузке путём изменения скважности импульсов, управляющих ключом.

ШИМ широко применяется повсеместно. На LCD-мониторах (телефоны, КПК) яркость подсветки регулируется ШИМ.

Скважность – это отношение одного периода, к времени действия (длительности) импульса в нем. В англоязычной литературе часто встречается понятие коэффициент заполнения, который обратно пропорционален скважности. Формула скважности:

где S – скважность,

T – длительность периода, с;

t – время действия импульса (длительность), с;

D – коэффициент заполнения.

S и D безразмерны. Коэффициент заполнения обычно отображают в процентах (%).

Существуют цифровые и аналоговые ШИМ. Принцип их работы остается одинаковым вне зависимости от исполнения.

Принцип действия аналогового ШИМ заключается в сравнении двух видов сигналов:

U_пил – опорное (пилообразное, треугольное) напряжение;

_Uвх – входное постоянное напряжение.

Эти сигналы поступают на компаратор, где они сравниваются и при их пересечении возникает / исчезает (или становится отрицательным) сигнал на выходе ШИМ.

Выходное напряжение U_вых ШИМ имеет вид импульсов, изменяя их длительность, регулируем среднее значение напряжения (U_d) на выходе ШИМ:

U_d – сумма площадей отнесенная к периоду.
Схемы генераторов пилы выполняются на базе быстродействующих операционных усилителей в виде реле, охваченных запаздывающими отрицательными обратными связями. На рисунке приведена схема генератора двуполярного периодического пилообразного напряжения.

Операционный усилитель охвачен положительной обратной связью с выхода на неинвертирующий вход через делитель R2, R3, что превращает ОУ в реле с симметричной относительно начала координат петлёй гистерезиса. Дополнительно к этому реле охвачено запаздывающей ООС с помощью цепи R1, С1. Выходным напряжением схемы является напряжение на конденсаторе, имеющее приблизительно пилообразную форму с амплитудой, равной напряжению на R3.

Пример применения АЦП для реализации широтно-импульсного модулирования:

Основные характеристики преобразователей.

В отличии от приборов, подвергающихся ГОСТированным метрологическим испытаниям, ИС АЦП и ЦАП часто являются функционально незаконченными устройствами, а работают в совокупности с другими схемами, поэтому разработчик должен знать и учитывать все характеристики этих ИС для принятия правильного схемотехнического решения.

Ι. Статические характеристики.

ХП – характеристика преобразователя – совокупность значений аналоговой

величины Х от кода

1. Разрядность

2. Напряжение питания

3. ЕМР – единица младшего разряда

h = (Xmax-Xmin)/(b-1)

Xmax, Xmin – номинальные значения выходной аналоговой величины в конечной и начальной точках преобразователя.

b – число возможных значений кода

Пример для 4 разрядного кода и максимально значения напряжения = 10в

2⁴ = 16

h= 10/15 = 0.66B

для 10 разрядного кода

2¹⁰ = 1024

h= 10/1024 = 0.01B = 10mB

Не забывайте, что для получения максимального значения напряжения 10В, опорное напряжение нужно больше.

Задача: Какое нужно обеспечить опорное напряжение при 8 разрядном ЦАП, чтобы получить максимальное напряжение 10В?

	Ответ: 10=Е(1/2+1/4+1/8+1/16+1/32+1/64+1/128+1/256) = Е*255/256   Е=10*256/255 = 10.04В

Никто, конечно, с такой точностью обеспечивать опорное напряжение не будет. тем более. что для неидеального преобразователя существует ещё целый ряд погрешностей, влияющих на точность преобразования.

4. Погрешности преобразователей

В справочниках указываются четыре основных типа погрешностей:

-погрешность сдвига (если первый разряд не соответствует точно МЗР)

-линейная погрешность шкалы.

-нелинейность,

линейная погрешность шкалы

-немонотонность.

Кроме того, все эти погрешности зависят от температуры среды и от стабильности напряжения питания.

ΙΙ. Динамические характеристики.

1. Время установления выходного сигнала.

2. Скорость нарастания – отношение приращения аналоговой величины ко времени, за которое выходная величина изменится от 0,1 до 0,9 установившегося значения.

Схемотехника, улучшающая качество сигналов.

1. Триггеры Шмитта.

Триггер Шмита состоит из двухкаскадного усилителя, охваченного слабой положительной обратной связью. Передаточная характеристика ТШ имеет значительный гистерезис.

Появление таких микросхем связано в первую очередь с необходимостью восстановления формы цифровых сигналов, искаженных в результате прохождения по линиям связи. Фронты таких сигналов оказываются пологими, в результате чего форма сигналов вместо прямоугольной может стать близкой к треугольной или синусоидальной. К тому же сигналы, передаваемые на большие расстояния, сильно искажаются шумами и помехами. Восстановить их форму в исходном виде, устранить влияние помех и шумов как раз и призваны триггеры Шмитта.

Передаточные характеристики обычного инвертора и триггера Шмитта с инверсией

В случае триггера Шмитта с инверсией принципиально как раз направление изменения сигнала. При возрастании входного сигнала от нуля до напряжения питания порог срабатывания будет одним (U_пор1), а при уменьшении сигнала от напряжения питания до нуля — другим (U_пор2), причем U_пор1 > U_пор2. В результате на графике образуется своеобразная петля. Выходной сигнал как бы запаздывает переключаться при возврате входного к исходному уровню. Это и называется эффектом гистерезиса (запаздывания).

Наличие гистерезиса приводит к тому, что любой шум, любые помехи с амплитудой, меньшей величины (U_пор1 – U_пор2), отсекаются, а любые фронты входного сигнала, даже самые пологие, преобразуются в крутые фронты выходного сигнала. Главное — чтобы амплитуда входного сигнала была большей, чем (U_пор1 – _Uпор2). Ниже показано, как будет реагировать на сигнал с пологими фронтами и с шумами обычный инвертор и триггер Шмитта с инверсией.

Реакция на искаженный входной сигнал инвертора (слева) и триггера Шмитта с инверсией (справа)

Графическое обозначение триггера Шмитта представляет собой упрощенное изображение его передаточной характеристики с гистерезисом.

2. Другое распространенное применение триггеров Шмитта — это формирователь сигнала начального сброса по включению питания схемы. Необходимость такого сигнала сброса вызвана тем, что при включении питания выходные сигналы сложных микросхем, имеющих внутреннюю память (например, регистров, счетчиков), могут принимать произвольные значения, что не всегда удобно. Привести их в необходимое состояние (чаще всего — установить их в нуль) как раз и призван сигнал начального сброса.

Формирователь импульса начальной установки по включению питания

Для формирования сигнала начального сброса используется простая RC-цепочка, причем конденсатор берется с большой емкостью. Напряжение на конденсаторе при включении питания нарастает медленно, в результате чего на выходе триггера Шмитта формируется положительный импульс.

Далее с помощью этого импульса обнуляются все микросхемы и триггеры, имеющие обнуляющий вход R. (СLR и др.)

3.Защита от дребезга контактов

Наконец, последнее, рассматриваемое нами, применение триггеров Шмитта состоит в подавлении так называемого дребезга контактов. Дело в том, что любой механический контакт (в кнопках, тумблерах, переключателях и т.д.) не замыкается и не размыкается сразу, мгновенно. Любое замыкание и размыкание сопровождается несколькими быстрыми замыканиями и размыканиями, приводящими к появлению паразитных коротких импульсов, которые могут нарушить работу дальнейшей цифровой схемы. Триггер Шмитта с RC-цепочкой на входе позволяет устранить этот эффект.

Триггер Шмитта с RC-цепочкой на входе

Конденсатор заряжается и разряжается довольно медленно, в результате чего короткие импульсы подавляются и не проходят на выход триггера Шмитта. Номинал верхнего по схеме резистора должен в данном случае быть в 6–7 раз больше номинала нижнего, чтобы резистивный делитель при замкнутом тумблере давал на входе триггера Шмитта уровень логического нуля. Сопротивления резисторов должны быть порядка сотен Ом — единиц килоОм. Емкость конденсатора может выбираться в широком диапазоне и зависит от того, какова продолжительность дребезга контактов конкретного тумблера. Чаще всего дребезг контактов продолжается приблизительно в течение 1мс. У крупногабаритных- до 50мс.

Тема 3. Классификация устройств памяти. Структуры памяти

При использовании отдельных микросхем памяти, в основном для наращивания объемов памяти микроконтроллеров используются отдельные микросхемы памяти.

Дата добавления: 2014-12-08