Часть1 (Рябов В.Т. - Комплексная разработка механических, электронных и программных компонентов ТО), страница 21

ИС АЦПпараллельного преобразования выполняют обычно восьми - десяти разрядными, при этомтиповое время преобразования составляет порядка 100 нс.АЦП поразрядного взвешивания содержат формирователь кода, его обычно называют регистр последовательного приближения РПП , цифро-аналоговый преобразователь ЦАПи компаратор К (рис.2.28).

Получив сигнал на начало преобразования Start, преобразовательначинает его осуществлять.Компаратор сравнивает входной сигнал Ain с выходом ЦАП Odac (пока ячейку Т/Н вовнимание не принимаем). На выходе компаратора будет ноль, если входной сигнал Ain меньше выходного сигнала ЦАП и единица в противном случае.

Так что, последовательно увеличивая содержимое РПП, пока выход компаратора в нуле, мы получим регистре тот первыйкод, аналоговый эквивалент которого превысит значение Ain. Поставленная задача решена,правда, весьма неэффективно. Проделанную работу можно сократить.Вспомним старую притчу о поискефальшивой монеты, которая чуть легче остальных. Поделим кучу на две части и сравним ихвес, затем более легкую кучу снова пополам итак далее. Воспользуемся методом половинногоделения для нахождения дискретного числа, чейаналоговый эквивалент наиболее близок к Ain.Для простоты допустим, что у нас преобразоваРис.2.28. АЦП поразрядного взвешиние восьмиразрядное. Наибольшее число, развания.мещаемое в байте – 255 или 11111111, его половина 128 или 1000000.

Если выход компаратора окажется в нуле, ищем число в верхнейполовине и устанавливаем на ЦАП 128+64=192 или 1100000, если в единице – ищем в нижней половине: ЦАП:=64 или 01000000. Снова наблюдаем выход компаратора и т.д. до самогомладшего разряда.Вы, очевидно, уловили закономерность при обработке каждого разряда: устанавливаем разряд в единицу, если выход компаратора в нуле, обнуляем разряд и переходим к младшему, иначе – переходим к младшему. Запишите этот алгоритм, как процедуру на Паскале.Как видите, алгоритм весьма прост, он реализован аппаратно в специальном регистре – регистре последовательных приближений РПП (рис.2.28) и запускается при подаче сигнала Start.66Но если в процессе преобразования цифруемый сигнал Ain заметно изменится, процесс может не сойтись, поэтому на входе АЦП поразрядного взвешивания предусматриваютспециальную ячейку аналоговой памяти Т/Н (Track end Hold).

В начале преобразования ключ(рис.2.28) на МОП транзисторе на короткое время (несколько десятков наносекунд) замыкается, конденсатор С заряжается до Ain и затем хранит заряд, поскольку входное сопротивление усилителя ячейки Т/Н велико. Запомнив, таким образом, в начале преобразуемую величину, мы в процессе преобразования удерживаем ее неизменной, гарантируя сходимостьпроцесса.Об окончании преобразования нам сообщает сигнал Ready (готово), который в началепреобразования устанавливается в нуль, а в конце вновь восстанавливается в единицу. Теперь содержимое РПП равно коду преобразуемой величины и его можно считать, используясигнал чтения (/RD), по которому выходы регистра переводятся из высокоимпедансного состояния в активное.Достаточно малое время преобразования (единицы микросекунд), удобное сопряжение смикропроцессорами, высокая точность и разрядность наряду с относительной дешевизной, обуславливают наибольшее применение в современных САУ АЦП поразрядного взвешивания.Друг от друга они отличаются рядом особенностей, во-первых – разрядностью (от 8-и до 24 разрядов).

АЦП, как и ЦАП бывают с параллельным и последовательным вводом информации,причем, многоразрядные АЦП обычно делают с последовательным вводом. Последовательныйканал для ввода преобразуемого числа также выполняют по разному. Обычно это синхроннаяили асинхронная радиальная линия, например, RS-232 как и у цифроаналоговых преобразователей. Различаются АЦП и быстродействием, т.е. временем преобразования (от единиц до нескольких десятков микросекунд. Часто АЦП имеют встроенный источник опорного напряженияUref, его наличие заметно облегчает использование ИС, тем более, он бывает должным образомсогласован с точностью и разрядностью преобразования.Интегрирующие АЦП содержат интегратор, генератор и счетчик импульсов и компаратор, сравнивающий значение преобразуемого напряжения Ain с выходом интегратора.При получении сигнала на начало преобразования обнуляются интегратор и счетчик.

Интегратор начинает интегрировать сигнал опорного напряжения, а счетчик ведет счет импульсовгенератора до тех пор, пока выход интегратора не превзойдет значение сигнала Ain. Полученный результат и является цифровым значением аналогового сигнала Ain.

Он существеннозависит от долговременной стабильности генератора, поэтому в настоящее время используют в основном метод двойного интегрирования, в котором удается избежать этого недостатка. При этом методе входной сигнал Ain интегрируется в течение определенного числа импульсов задающего генератора Nо.

Это предельное значение, до которого может считать счетчик. Затем, как только счетчик переполнится, начинает интегрироваться опорное напряжениеобратной, по отношению к входному сигналу, полярности. Счетчик при этом, после переполнения, начинает считать с нуля и продолжает счет до тех пор, пока выходной сигнал интегратора не обнулится. Содержимое счетчика – есть цифровой эквивалент входного сигнала Ain.Попробуйте самостоятельно доказать это.Время преобразования АЦП двойного интегрирования составляет уже десятки миллисекунд. Такие АЦП широко используются в настоящее время в различных тестерах, индикаторах и других приборах, где быстродействие некритично. Они недороги и часто снабженысветодиодным или жидкокристаллическим индикатором.Дельта-сигма преобразователи относятся к классу интегрирующих.

По принципу действия и параметрам сходны с АЦП двойного интегрирования. Здесь интегратор в течениевремени, определяемого разрядностью счетчика, интегрирует то разность входного сигналаAin и опорного напряжения Uref , то только входной сигнал так, чтобы на выходе интегратора был сигнал, близкий к нулю. Причем, в выходном счетчике импульсы считаются лишь вте моменты времени, когда суммируется разность Ain и Uref . Код, накопившийся за времяпреобразования в счетчике, представляет цифровой эквивалент аналогового сигнала.67Нишу, где требования к времени преобразования не критичны, заняли сейчас в основном интегрирующие преобразователи (двойного интегрирования и дельта-сигма преобразователи).В заключение на рис.2.29 приведем классификацию АЦП.Рис.2.29.

Классификация АЦП.Контрольные вопросы.1. Цифроаналоговые преобразователи. Схемотехническое построение.2. Классификация и обзор аналогово-цифровых преобразователей.3. АЦП параллельного действия и поразрядного взвешивания.4. Медленные АЦП: АЦП двойного интегрирования, дельта-сигма преобразователи..