Reklama

АЦП та ЦАП

Широке використання мікропроцесорної та комп’ютерної техніки в системах автоматичного керування та управління технологічними процесами вимагає наявності пристроїв перетворення інформації. Сигнали керування формуються відповідними аналоговими рівнями напруг, а оброблення інформації здійснюється в цифровій формі у двійковій системі числення.

Одиниця цифрової інформаціїодин бітце однорозрядне двійкове число, яке приймає значення 1 (наявність інформації) або 0 (відсутність інформації). Сукупність бітів складає слово, яке й обробляється цифровим пристроєм. Довжина слова даних є фіксована й характеризується розрядністю, що визичається кількістю біт у слові. Типовими є слова довжиною 4, 8, 12 і 16 розрядів. Восьмибітове слово називають байтом.

 Наприклад, структура 16-бітового двійкового слова має такий вигляд, як це показано на рис. 79:

Поділ слова на байти дає змогу подану двійковим словом інформацію записати в іншій системі числення, наприклад, шістнадцятковій. Запис числа у різних системах подано у табл. 6.

IMG 2013100аа6 0002 cr

Саме тому, на практиці виділяють два типи основних перетворювачів інформації — аналого-цифрові перетворювачі (АЦП) і цифрово-аналогові перетворювачі (ЦАП).

АНАЛОГОВО-ЦИФРОВІ ПЕРЕТВОРЮВАЧІ

АЦП реалізують за різними принципами роботи. Основним моментом є квантування сигналу, тобто представлення аналогової величини через її дискретні значення (рис. 80), а потім запис в двійковій системі числення. Для більшої адекватності квантування час дискретизації вибирають найменшим.

IMG 20131006 0а002 cr

Найпоширеніший АЦП, функційна схема якого містить компаратор, цифровий автомат (ЦА) і мікросхему ЦАП, зображено на рис. 81.

Під час запуску схеми ЦА виробляє послідовність цифр у двійковому коді, які подаються на вхід ЦАП, вихідний сигнал якого змінюється відповідно. Значення цього сигналу порівнюється компаратором із аналоговим сигналом Uвх, який подається на другий вхід компаратора. Якщо ці напруги однакові, компаратор видає сигнал на зупинку ЦА, на виході якого й фіксується значення вхідного сигналу в двійковому коді запису.

IMG 20131006сс 0002 cr

ЦИФРОВО-АНАЛОГОВІ ПЕРЕТВОРЮВАЧІ

Основними компонентами ЦАП є матриця опорів, пристрій уводу-виводу і операційний підсилювач. На рис. 82 зображено схему простого ЦАП, який перетворює вхідну цифрову інформацію в аналоговий сигнал на основі зміни коефіцієнта підсилення ОП. Входи такого ЦАП відповідають чотирирозрядному числу 20, 21, 22, 23 і для кожного входу отримуємо коефіцієнти передачі

IMG 201310с06 0002 cr

На вхід ОП подається опорна напруга Uоп через ключі S0 ÷S3 і залежно від їх положення (замкнені чи розімкнені) визначається напруга на виході підсилювача

IMG 20131006 м0002 cr

 

IMG 2013100а6 0003 cr

 

Безперечно, для зменшення похибки перетворення необхідно збільшувати розрядність входу ЦАП. 

Величину IMG 20131006 0в003 crназивають напругою, що відповідає «вазі» наймолодшого розряду.

В загальному випадку при поданні вхідного слова вихідна напруга ЦАП визначається за виразом IMGвв 20131006 0003 cr сигналу на відповідному розряді S = 0 за його відсутності.

 

В даний час ЦАП випускаються як мікросхеми серії 301НРЗ-301НР6 з коефіцієнтом поділу 1/2048 (рис. 83).

IMG 20131006 00вы03 cr

Reklama