 |
Аналого-цифровые преобразователи
|
|
|
|
Если переменные информационные величины представлены в аналоговой форме в виде изменяющегося напряжения постоянного тока, их непосредственная обработка цифровыми устройствами невозможна без предварительного представления в виде n -разрядного кода. Эту операцию осуществляют аналого-цифровые преобразователи (АЦП).
Существует ряд способов такого преобразования, обладающих своими преимуществами и недостатками; рассмотрим их.
В способе последовательного приближения схема формирует пробные коды, поступающие на ЦАП, выходной сигнал которого сравнивается с помощью компаратора с входным аналоговым сигналом (рис. 2.24).
Выходной двоичный код формируется в регистре, управляемом устройством управления (УУ). Регистр связан с ЦАП, который формирует напряжение, пропорциональное коду, подаваемое на один из входов компаратора. На другой вход компаратора подается напряжение U вх, подлежащее преобразованию в код. В исходном состоянии устройство управления устанавливает все разряды регистра в «0». Затем в старший разряд заносится «1». Если при этом U вх > U ЦАП, то устройство управления оставляет «1» в старшем n -м разряде, если же U вх< U ЦАП, то в старший разряд заносится «0». Затем устройство управления заносит «1» в следующий (n —1)-й разряд и вновь в зависимости от результата сравнения устройство управления либо оставляет «1» в этом разряде, либо записывает «0». Таким образом, устройство управления заносит во все разряды регистра «1» или «0», начиная от самого старшего и кончая самым младшим. Работа АЦП синхронизируется генератором тактовых импульсов (ГТИ). После n тактов сравнения U вх с U ЦАП на выходе АЦП получается n -разрядный двоичный код, эквивалентный входному аналоговому сигналу. Такие преобразователи имеют относительно высокую точность, однако для n -разрядного преобразования требуют n тактов. При этом, если за время преобразования входной сигнал изменяется, возникает ошибка, особенно заметная при коротких выбросах входного сигнала.
|
|
|
Рис. 2.25. АЦП, использующий способ пилообразного напряжения
В АЦП, использующего способ пилообразного напряжения, нет цифроаналогового преобразования (рис. 2.25). Принцип его работы основан на измерении интервала времени, в течение которого линейно нарастающее напряжение достигнет уровня U вх. По команде «Начало преобразования» одновременно запускается генератор пилообразного напряжения и взводится триггер, разрешающий прохождение тактовых импульсов на вход счетчика. Линейно нарастающее напряжение U п, формируемое ГПН, поступает на один из входов компаратора, на другой вход которого подается напряжение U вх, подлежащее преобразованию в код. В момент, когда напряжение U п сравняется с U вх, компаратор выдаст команду, сбрасывающую триггер и запрещающую прохождение тактовых импульсов на вход счетчика. Таким образом, код на выходе счетчика будет прямо пропорционален отрезку времени, в течение которого напряжение U п достигнет уровня U вх, т.е. самой величине U вх.
Как следует из принципа работы данного АЦП, он имеет невысокое быстродействие. Точность преобразования определяется стабильностью ГПН, которая в основном зависит от температурной нестабильности параметров времязадающей RC -цепи.
Самым быстродействующим и в то же время самым сложным является АЦП, использующий способ параллельного кодирования (рис. 2.26). Входное напряжение U вх подается одновременно на верхние входы всех компараторов. На нижние входы компараторов подается напряжение с делителя, состоящего из резисторов одного номинала R. Таким образом, напряжение, с которым осуществляется сравнение входного сигнала у двух соседних компараторов, отличается на величину, соответствующую цене самого младшего разряда. Приоритетный шифратор формирует выходной цифровой код, соответствующий самому старшему из сработавших компараторов. По единичному сигналу «Запись» n -разрядный код с шифратора через конъюнкторы поступает в параллельный регистр.
|
|
|
Высокое быстродействие АЦП, реализующего этот способ, достигается за счет значительных аппаратурных затрат и большой потребляемой мощности. Например, для восьмиразрядного АЦП требуется 255 компараторов и около 3 · 104 активных элементов, потребляющих примерно 2,5 Вт.
|
|
|
