Принцип аналого-цифрового преобразования информации

Рис. 2

Напряжения с выходов триггеров передаются на выход ЦАП через операционный усилитель (ОУ), работающий в режиме взвешенного суммирования напряжений (аналогового сумматора). Для каждого триггера предусматривается отдельный вход в сумматоре с коэффициентом передачи

Ki=Rос/Rвхi=Rос/(R*2n-i)=Rос2* -n-i/R

Таким образом, напряжение с выхода триггера n-го разряда передается на выход усилителя с коэффициентом передачи: Кoc=Roc/R, этот коэффициент для (п - 1)-го разряда

Кn-1 =2-1 Roc/R для (п - 2) -го разряда Кn-2 =2-2 Roc/R и т.д.

Обратим внимание на то, что коэффициенты передачи усилителя с отдельных его входов находятся в том же соотношении, что и весовые коэффициенты соответствующих разрядов двоичного числа. Так, Кп в два раза больше Кn-1 и весовой коэффициент n-го разряда в два раза больше весового коэффициента (п-1) -го разряда: Следовательно, напряжения, передаваемые на выход усилителя с выходов триггеров отдельных разрядов, находящихся в состоянии 1, пропорциональны весовым коэффициентам разрядов. Если в состоянии 1 находятся одновременно триггеры нескольких разрядов, то напряжение на выходе усилителя равно сумме напряжений, передаваемых на этот выход от отдельных разрядов двоичного числа в регистре: аn, ап-1, ., а1). Тогда напряжение на выходе усилителя

Здесь N - десятичное значение двоичного числа, введенного в регистр. Из последнего выражения видно, что напряжение на выходе ЦАП пропорционально числу в регистре.

Рассмотрим работу ЦАП в случае, когда на триггерах 1 п построен двоичный счетчик. Если подать на вход этого счетчика последовательность импульсов, то с приходом каждого очередного импульса число в счетчике будет увеличиваться на единицу и напряжение на выходе ЦАП будет возрастать на ступеньку, соответствующую единице младшего разряда счетчика. Таким образом, напряжение на выходе ЦАП будет иметь ступенчатую форму, как показано на рис.3.

Рис. 3

После поступления 2n - 1 импульсов все разряды счетчика будут содержать 1, на выходе ЦАП образуется максимальное напряжение

При большом числе разрядов 2>> 2(n-1) и Uвых max = 2ERос/ R

Далее очередным импульсом счетчик будет сброшен в нулевое со- стояние, нулевым будет и выходное напряжение ЦАП. После этого счетчик начинает счет импульсов сначала, и на выходе ЦАП вновь формируется напряжение ступенчатой формы.

Суммарная абсолютная погрешность преобразования должна быть меньше выходного напряжения, соответствующего единице младшего разряда входного двоичного числа:

Отсюда можно получить условие для относительной погрешности:

Η = ΔUвых/Uвыхmax<2-(n-1)/(2-2-(n-1))=2-n

Недостатки рассмотренной схемы преобразователя:

используются высокоточные резисторы с различными значениями сопротивления;

трудно обеспечить высокую точность выходного напряжения триггеров.

Схема ЦАП с суммированием токов

На рис. 4 показан еще один вариант схемы ЦАП - схема с суммированием токов в резисторной матрице. Вместо источника стабильного напряжения Е в данной схеме используются источники стабильного тока I. Если триггер находится в состоянии 1, ток I источника через открытый ключ втекает в резисторную матрицу, если триггер в состоянии 0, то открывается другой ключ, который замыкает источник. На рис. 5,а показана схема, соответствующая числу 10002. Путем преобразования она приводится к эквивалентным схемам на рис. 20.4,6 и в, откуда следует UА4=Uвых=2/ЗR1. Такое же напряжение образуется в любой из точек А1, А2 ,А3 ,А4, если соответствующий разряд регистра содержит 1. При передаче напряжения между этими точками напряжение делится на два и, следовательно, выходное напряжение

Рис. 4 Рис. 5

Аналого-цифровые преобразователи

По своей структуре схемы АЦП делятся на два типа: схемы, содержащие цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), и схемы, не содержащие ЦАП.

АЦП с промежуточным преобразованием напряжения во временной интервал

Схема преобразователя данного типа приведена на рис. 6,а, временные диаграммы, иллюстрирующие процессы в преобразователе, - на рис. 6,6. В схеме этого типа ЦАП не используется. Рассмотрим работу преобразователя. Очередным тактовым импульсом счетчик сбрасывается в нулевое состояние и одновременно запускается генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН). Выходное напряжение ГЛИН поступает на входы компараторов К1 и К2, на другие входы которых подаются соответственно нулевое напряжение и подлежащее преобразованию в числовую форму напряжение Uвх на входе схемы (Вх). В момент времени, когда линейно изменяющееся напряжение, нарастая от небольших отрицательных значений, проходит нулевое значение, выдает импульс первый компаратор. Этим импульсом триггер устанавливается в состояние 1. В момент, когда линейно изменяющееся напряжение достигает значения Uвх, выдается импульс вторым компаратором. Этим импульсом триггер возвращается в состояние 0.

Читайте также

Разработка микропроцессорного контроллера для контроля ритма дыхания больного
В последнее время микропроцессорные средства вычислительной технике стало широко применяться в приборах бытовой техники, различных контрольно-измерительных устройствах, системах управлен ...

Проектирование и расчет электрической сети 110-220 кВ
Проектирование электроэнергетических систем требует комплексного подхода к выбору и оптимизации схем электрических сетей и технико-экономическому обоснованию решений, определяющих состав ...

Монтаж и регулировка шестиканальной цветомузыкальной приставки
Основным направлением развития радиоэлектронной промышленности является создание высокотехнологической радиоэлектронной аппаратуры на основе четкой организации производства, использован ...