Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 [120] 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169

14.24. ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ И АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Обычно датчики температуры, давления и других физических величин создают напряжение в аналоговой форме, пропорциональное физической величине или отклонениям физической величины от некоторого установленного уровня.

Для работы ЭВМ, а также при некоторых видах передачи информации требуется преобразование величины из аналоговой формы в цифровую, записываемую числом в.двоичной форме.

В свою очередь для работы многих исполнительных устройств, таких как регуляторы, стрелочные приборы, громкоговорители и другие, требуется обратное преобразование сигнала из цифровой )мы в аналоговую.

Цифро-аналоговый преобразователь. Существует много способов цифро-аналогового преобразования. На рис. 14.54 показана схема цифро-аналогового преобразователя, использующего лестничный делитель типа R - 2R\i операционный усилитель. Ключи DCBA подключают левые концы резисторов 2R к источнику эталонного напряжения, когда соответствующий разряд двоичного числа равен 1, или к земле, когда он равен 0. Положение ключей на схеме соответствует числу 1101.

Если ключ D замкнут на источник напряжения, а остальные замкнуты на землю, то напряжение, создаваемое на неинверти-рующем входе, равно Ет/З. Замыкание на источник ключа С создает вдвое меньшее напряжение, а замыкание ключей В я А - в 4 и 8 раз меньше.

Аналого-цифровые преобразователи. Существует также много способов аналого-цифрового преобразования. На рис. 14.55 по-




If,

- е.

Рис. 14.54. Схема цифро-аналогового преобразователя

Рис. 14.55. Схема аналого-цифрового преобразователя параллельного кодирования



казана схема аналого-цифрового преобразователя (АЦП) параллельного кодирования, осуществляющего преобразование аналогового напряжения в п-разрядное двоичное число. С помощью цепочки из 2" резисторов эталонное напряжение делится на 2" градаций и подается на инвертирующие входы 2"-1 опера-, ционных усилителей; На все неинвертирующие входы, соединенные вместе, подается преобразуемое аналоговое напряжение. Эталонное напряжение выбирается равным максимально возможному аналоговому напряжению. I

На инвертирующем входе верхнего усилителя напряжение равно [ (2«-1)/2"]£эт. Например, при п = 7, 2=128, число операционных усилителей равно 127 и на вход верхнего усилителя подается напряжение, равное (127/128) Яэ. Операционные усилители выполняют роль компараторов. Они сравнивают аналоговое напряжение с частью эталонного напряжения, подаваемого на инвертирующий вход усилителя. Если аналоговое напряжение превышает напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя, то на его выходе появляется положительное напряжение, соответствующее логической 1. В противном случае на выходе операционного усилителя появляется отрицательное напряжение, соответствующее логическому 0. Например, при (127/128)

на выходе всех операционных усилителей появляется логическая 1. На выходе шифратора в этом случае появляется семь единиц. Если Uex меньше (127/128)эт, но больше (126/128)£эг, то выход верхнего компаратора соответствует логическому О, а выходы всех остальных компараторов соответствуют логической 1. В этом случае все выходы шифратора, за исключением Qo, равны 1, а Qo=0.

Приоритетный шифратор является комбинационной схемой, вырабатывающей двоичное число на выходе по старшему входу, имеющему 1. В данном случае самым старшим является верхний вход шифратора, затем второй сверху и т. д.

Недостатком описанной схемы является ее сложность. При и=7 схема содержит 127 операционных усилителей. Однако большим преимуществом схемы является быстрота преобразования, так как аналоговый сигнал появляется одновременно на входах всех операционных усилителей. Время преобразования определяется переходными процессами в усилителях и шифраторе и может составлять 10-20 не. Такая быстрота преобразования важна при передаче быстроизменяющихся сигналов, например при импульс-но-кодовой модуляции, так как при этом число отсчетов сигнала может быть большим. Например, можно взять до 10 отсчет/с, если время преобразования 10 не.

Когда не требуется быстрое преобразование, например в цифровых вольтметрах, применяется аналого-цифровой преобразователь с двухтактным интегрированием, преобразующий напряжение в интервал времени (рис. 14.56).

Преобразование осуществляется следующим образом. Вначале ключ Si разомкнут, а ключ S2 замкнут. Ключи управляются




Схема

Та/к/пов&ш

управления

генератор

CvefnwaH

~~т~

Дешифратор

Цифровой индикатор


Рис. 14.56. Схема аналого-цифрового преобразователя с двухтактным интегрированием

Рис. 14.57. Временная диаграмма напряжения на выходе интегратора АЦП

схемой управления. Затем в момент времени /о ключ Si подключает к схеме преобразуемое напряжение Uex, а ключ Si размыкает зажимы конденсатора С. С этого момента начинается процесс интегрирования входного напряжения, которое предполагается положительным постоянным напряжением. Пилообразное отрицательное напряжение на выходе первого операционного усилителя, являющегося интегратором, показано на рис. 14.57.

В момент /i ключ S, подключает к интегратору эталонное напряжение Eir. Так как последнее по абсолютной величине больше и имеет отрицательную полярность, то напряжение на выходе интегратора имеет положительный наклон в интервале времени Th-h с крутизной, большей, чем в интервале времени 7i = i-0-

В момент 2, когда напряжение на выходе первого операционного усилителя достигает нуля, изменяется полярность выходного напряжения второго ОУ, являющегося компаратором. Это напряжение подается на схему управления, которая возвращает ключи Si и S2 в первоначальное состояние (Si разомкнут, S2 замкнут).

В момент 3 описанный выше процесс повторяется. Р1з описания работы схемы следует, что и

RC t„

UoMxiti) = - Г7 / texdt+ -i- fEardtO.

Так как Uex и - величины постоянные, то интегрирование дает следующее равенство:

-UgxT,+EarT2 = 0,



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 [120] 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169



0.0015