Аналогово-цифровой преобразователь

Это устройство предназначено для автоматического преобразования аналоговой величины, которая непрерывно изменяется в эквивалентное значение цифрового кода.

Наиболее часто входной величиной является напряжение. Поэтому в дальнейшем будем рассматривать только преобразователи напряжения в цифровой код. В общем случае напряжение характеризуется его мгновенным значеним. Однако для оценки напряжения можно также пользоваться его средним за выбранный промежуток времени Т значением

U=U=1/Т

В связи с этим все типы АЦП можно разделить на две группы: АЦП мгновенных значений напряжения и АЦП средних значений напряжения. Так как операция усреднения предполагает интегрирование мгновенного значения напряжения, то АЦП средних значений часто называют интегрирующими.

Весь процесс может бать разбит на разделы:

Дискретизация

Квантование,

Кодирование.

Процесс аналого-цифрового преобразования непрерывного сигнала (дискретизация) представляет собой преобразование непрерывной функции напряжения u(t) в последовательность чисел u(t_n) , где n =1,2,3, отнесенных к некоторым фиксированным моментам времени. При дискретизации непрерывная функция u(t) преобразуется в последовательность ее отсчетов u(t_n) /

Квантование состоит в том, что мгновенные значения функции u(t) ограничиваются только определенными уровнями, которые называются уровнями квантования. В результате квантования непрерывная функция u(t) принимает вид ступенчатой кривой u(t_к)

Кодирование – это дискретних квантованных величин в виде цифровогокода, т.е. последовательность цифр, подчиненных определенному закону.

Принципы построения АЦП.

Все типы АЦП могут бать разделены по признаку измеряемого значения напряжения на две группы: АЦП мгновенных значений напряжения. АЦП средних значений напряжения.

АЦП мгновенных значений напряжения можно разделить следующие основные виды: последовательного счета, последовательного приближения, параллельные, последовательно-параллельные, с промежуточным преобразованием в интервале времени.

АЦП средних значений напряжения можно разделить на следуюие основные виды: свремя-импульсным преобразованием, с частотно-импульсным преобразованием. Со статическим усреднением.

Схемы АЦП мгновенных значений напряжения .

Параллельный АЦП.

К достоинствам такого АЦП можно отнести быстродействие, одноко при этом схема выходит громоздкой. (рис. 5.7.)

Рис.7.7. Схема паралельного АЦП.

Значительно меньшая аппаратная часть у АЦП последовательного типу.

Такие АЦП могут быти последовательного счету, структурная схема рис.5.8., там же даны графики процесса преобразования. Эта схема имеет компаратор, который сравнивает напряжение входа и напряжение обратной связи На прямой вход компаратора поступает входной сигнал U_вх, а на иинвертующий U₅ – напряжение обратной связи . Работа преобразователя начинается с приходом иімпульса «Пуск» от схемы упраления, ключ S. Через замкнутый ключ импульсы U₁ от генератора тактовых импульсов подается на счетчик, который управляет работою ЦАП. В результате последовательного увеличения выходного кода счетчика N будет последовательно ступенчатео увеличение виходного напряжения U₅ .

Когда выходное напряжение ЦАП будет равно входному напряжению, пройдет переключение компаратора и разомкнется ключ S. В результате чого импульсы от генератора перестанут приходить на вход счетчика. Выходной код U_вх= U₅, знимается с выходного реги стра счетчика. Из графиков можна увидеть,что период преобразования зависит от уровня входного сигнала. При числі двоичных разрядов n, типериода следования счетных импульсов Т максимальное время преобразования : Т_пр=(2¹⁰-1)Т.

Например n=10 розрядов и Т=1мкс, максимальное время преобразования будет Т_пр=(2¹⁰-1) =1024мкс., что обеспечивает максимальную частоту преобразования около 1кГц.

Рис.5.8. АЦП послідовного счету

АЦП последовательного приближенния. Структурная схема такого АЦП приведена на рис. 5.9.а.

В сравнении с предыдущей схемою в ней есть одно изменение – вместо счетчика

уставовлен регистр последовательного приближенния (РПН). Это изменило алгоритм урвновешивания и сократило время преобразования. В основе работы АЦП с РПП лежит принцип дихотомии, тоесть последовательное сравнение преобразуемого напряжения послідовне порівняння перетворювальної напруги U_вх с 1/2, 1/4, 1/8 .д. возможного максимального U_m. Это позволяет для n разрядного АЦП выполнить весь процесс преобразования за n последовательных шагов приближения вместо (2ⁿ⁺¹) как в предыдущем случае. Это дает выигрыш в скорости действия.

Графики процесса преобразования приведены на рис. 5.9.б

На рис.7.9.в. навприведена диаграмма переходов для 3-х разрядного АЦП последовательного приближенния . Посколькунакаждом шаге находится значение одного разряда , начиння состаршего, то такой АЦП часто называют АЦП поразрядного уравновешивания. При первом сравнении определяется – больше или меньшее напряжение U_вх, чем U_m/2. На следующем шаге определяется в какой четверти диапазона находится U_вх. Каждый послідующий шаг вдвое сужает область возможного результата. При каждом шаге сравнения компаратор формирует импульсы, соответствующиесостоянию «больше -меньше» (0-1) управляющие регистром последовательного приближения..

Рис..5.9. АЦП последовательного приближения

Поиск по сайту: