Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Аналого-цифрові та цифро-аналогові перетворювачі




Невід'ємною частиною сучасних автоматичних систем контролю та управління, вимірювальних пристроїв є перетворювачі аналогових та цифрових сигналів:

• аналогово-цифрові перетворювачі (АЦП);

• цифро-аналогові перетворювачі (ЦАП).

ЦАП - пристрій, який створює на виході аналоговий сигнал (струм та напругу), пропорційний вхідному сигналу. При цьому значення

 

вихідного сигналу залежить від опорної напруги, що визначає повну шкалу вихідного сигналу. Якщо замість опорної напруги використати будь-який аналоговий сигнал, то вихідний сигнал ЦАП буде пропорційний добутку вхідних цифрових та аналогових сигналів.

В АЦП цифровий код на виході визначається відношенням перетворюючого вхідного аналового сигналу до опорного сигналу, що відповідає повній шкалі. Якщо опорний сигнал змінюється по будь-якому закону, то цифровий сигнал на виході АЦП буде пропорційний відношенню двох аналогових (вхідного та опорного) сигналів. В цьому випадку АЦП можна розглядати як вимірювач відношень або подільник напруги з цифровим виходом.

В залежності від області застосування на вході ЦАП або виході АЦП можуть бути або однополярні цифрові коди, або біполярні. До перших відносяться прямий двійковий та двійково-десятковий коди, до других - двійковий код зі зміщенням.

В стандартному двійковому коді старший розряд має вагу

від значення повної шкали. Розряд, що йде за старшим має вагу і так далі до молодшого розряду з вагою де М - число розрядів перетворювача.

Сума всіх розрядів визначає значення повної шкали перетворювача. Двійковий код зі зміщенням відрізняється від прямого тим, що нуль двійкового числа та нуль аналогової величини не співпадають, як в стандартному двійковому коді, а зміщені таким чином, що в старшому розряді встановлюється «0» для всіх від'ємних та «1» для всіх позитивних велчин. Тому старший розряд визначає полярність цифрового коду (рис.2.17).

З рисунка видно, що прямий код дає можливість використовувати в два рази більшу роздільність в порівнянні зі зміщеним.

 

Основними параметрами, що характеризують ЦАП та АЦП є:

Статичні характеристики: нелінійність, монотонність, коефіцієнт перетворення, абсолютна та відносна похибка, зміщення нуля, роздільна здатність.

Динамічні характеристики: час встановлення, час перетво­рення.

Роздільна здатність визначає число дискретних значень вихідного сигналу перетворювача, що складають його межі перетворення. Може виражатись або в процентах, або в долях до повної шкали, наприклад дванадцятирозрядний АЦП має роздільну здатність 1/4096 або 0,0245% повної шкали.

Нелінійність характеризується відхиленням значень реальної характеристики перетворювача від прямої. Перетворювач вважається лінійним, якщо його максимальна похибка лінійності не перевищує половини молодшого розряду перетворювача.

Монотонність перетворювача означає, що при кожному прирісту вхідного сигналу відбувається приріст вихідного сигналу - перша похідна від неперервної функції вихід-вхід повинна бути меншою нуля.

 

 

Коефіцієнт перетворення - це відношення приросту вихідного сигналу до приросту вхідного сигналу, визначаючого кут відхилення характеристики. Для ідеального ЦАП відхилення характеристики повинно бути таким, щоб при ввімкнені усіх розрядів вихідна напруга перетворювача була менше опорної напруги на величину молодшого розряду.

Ступінь відхилення реального значення коефіцієнту перетворення від розрахункового характеризується абсолютною похибкою, під якою розуміють різницю між номінальним значенням напруги повної шкали перетворювача та фактичним його значенням.

Похибка нуля (зміщення) для ЦАП - це вихідна напруга ЦАП з нульовим вхідним кодом, а для АЦП - середнє значення вхідної напруги АЦП, яке необхідне для отримання нульового коду на його виході.

Час встановлення вихідного сигналу ЦАП є важливим динамічним параметром та визначається як інтервал часу, на протязі якого вихідний аналоговий сигнал ЦАП при зміні кодової комбінації на його цифрових входах досягає свого встановленого значення, яке не перевищує граничної похибки.

Розглянемо характеристики, які допомагають вибрати тип перетворювача для конкретного застосування в розроблюючих системах та пристроях. Практичну реалізацію багаторозрядних схем АЦП та ЦАП раціонально проводити на основі мікросхем, які містять основні блоки перетворювачів в одному корпусі.

В табл.2.5. наведені основні типи та параметри мікросхем, на основі яких реалізуються аналого-цифрові та цифро-аналогові перетворювачі (n -число розрядів, tnp - час перетворення).

Розглянемо схеми ввімкнення та функціональні можливості мікросхеми К572ПВ1, яку можна використовувати як в режимі АЦП так і в режимі ЦАП.

На рис.2.18. наведена схема ввімкнення мікросхеми в режим АЦП.

 

Цей АЦП має вхідні каскади з трьома станами, завдяки чому може видавати інформацію на системну шину мікропроцесорного контролера. Кодові виходи можуть використовуватись не тільки для виведення, а також для введення дискретних сигналів, так як кодовий канал є двонаправлений. Перемикання кодового каналу на введення або виведення виконується сигналом, який подається на вхід V (режим). Якщо V=0 - виведення, V=1 - введення. Переведення каналу в високоімпендансний стан виконується при LE=0 (управління 8 молодшими розрядами каналу) та НЕ=0 (4 старшими розрядами).

 

Завдяки наявності цих входів інформація з АЦП може виводитись побайтно на восьмирозрядну шину даних.

 

 

Робота перетворювача синхронізується тактовими імпульсами, які подаються на вхід С з частотою не більше 250 кГц. Опорна напруга повинна мати протилежну полярність напруги . Операційний підсилювач DA1 використовується для перетворення в напругу вихідного струму /1. В якості резистора зворотнього зв'язку DA1 використовується один з резисторів, які входять в мікросхему (виводи 43 та 45) . Компаратор DA2 порівнює вихідну напругу DA1 з . Результат подається на вхід СІ. Запуск АЦП проводиться позитивним імпульсом, який подається на вхід ST (старт). Цикл перетворення містить 28 періодів тактових імпульсів, після чого на виході DR (готовність даних) формується позитивний імпульс. Для організації циклічної роботи АЦП необхідно з'єднати між собою ZO (вихід циклу) та ZI (вхід циклу).

Схема ввімкнення мікросхеми К572ПВ1 в режимі ЦАП наведена на рис. 2.19.



 

 

 

В цьому випадку на вхід V подається «1» та через кодовий канал вхідний код N записується в регістр АЦП. Зовнішня кодова комбінація в регістр може бути записана також послідовно по входу DI синхронно з парами тактових імпульсів, починаючи з молодших розрядів. Вхід RE дозволяє зміну коду у вхідному регістрі при RE=1. Якщо RE=0 -збереження введеного коду. GA та GD - аналогова та цифрова земля.

Питання для самоконтролю

1. Яким чином будується план експерименту на двох рівнях?

2. Як визначається послідовність реалізації варіантів варіювання дослідів?

3. Які найбільш поширені вихідні сигнали вимірювальних перетворювачів?

4. Які існують режими отримання даних з об'єкту?

5. Яким чином визначаються значення вимірювальної змінної при лінійній та квадратичній характеристиках датчика?

6. Як може бути послаблений вплив високочастотної завади на вихідний сигнал датчика?

7. Які елементи входять до складу пристроїв узгодження?

8. Які функції виконують схеми виборки-зберігання?

9. Які основні параметри характеризують ЦАП та АЦП?

10. Як визначити роздільну здатність та відносну похибку аналого-цифрового перетворювача?

Рекомендована література

1. Романенко В.Д., Игнатенко Б.В. Адаптивное управление технологическими процессами на базе микро-ЗВМ. - К.: Выща шк., 1990.

2. Микропроцессоры /под ред. Преснухина Л.Н. - М.: Высшая школа, 1986, т.2./

3. Гутников B.C. Интегральная злектронника в измерительных устройствах. - Л.: Знергоатомиздат, 1988.

4. Цифровые й аналоговые микросхемы: Справочник /под ред. Якубовского С.В. - М.: Радио и связь, 1990.

5. Микрозлектронные устройства автоматики /под ред. А.А.Сазонова - М.: Знергоиздат, 1991.

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-11; Просмотров: 4017; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.012 сек.