Гл2_06 (1031609), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Для этого используется опорное напряжение преобразования Uref, величина которогосоответствует диапазону изменения информации в цифровом виде. Цену одной дискретыдвоичного разряда (младшего бита) Ud и величину выходного аналогового сигнала Uaможно определить по формулам, зная разрядность представления n и величину сигнала вдискретной форме N:U refUd = n ; Ua = Ud iN2Основой ЦАП является суммирующий усилитель, рассмотренный нами ранее (см.рис. 2.22).
Если на все входы через аналоговые ключи подать опорное напряжение, а соотношения входных резисторов Ri с резистором обратной связи Ro взять для первого входа 1/2, для второго 1/4 и так далее, мы и получимRo/2цифро-аналоговый преобразователь (рис.2.44).DnКлючи должны управляться преобразуемым двоRo/4Roичным числом N.Dn-1Недостатком такой схемы является оченьRo/8большой разброс номиналов резисторов, их неDn-2Ua удобно делать в интегральном исполнении, поэтому входную цепь делают в виде резистивной матрицы, получившей название R-2R. Она выполняетDoRo/2nте же функции, но содержит лишь резисторы, отличающиеся по номиналам вдвое.Рис. 2.44.На рис.
2.45 представлен цифроаналоговыйпреобразователь с резистивной матрицей R-2R.UrefСамостоятельно покажите, что он проводит цифDnроаналоговое преобразование, используя правиларасчета схем на операционных усилителях..2RoОчень важным элементом ЦАП являетсяRoисточник опорного напряжения Uref.
От его точноD2сти и температурной стабильности непосредственно зависит точность задания выходного сигна2Roла. При выборе конкретной схемы предпочитайтеD1 Roварианты со встроенным источником опорногоRoнапряжения.2RoВ настоящее время на рынке присутствуютD0 RoмножествоИС ЦАП, отличающихся между собойUaцелым рядом параметров. Во-первых – разрядно2Roстью преобразования от восьми до двадцати че2Roтырех разрядов. Во-вторых – способом ввода информации. Преобразуемое число, управляющееРис. 2.45.ключами ЦАП, хранится обычно в регистре.
Этоможет быть регистр с параллельным вводом информации, подобный изображенному нарис. 2.37. В нем информация в регистр заносится с шины данных за один такт, а можетбыть регистром с последовательным вводом, когда информация в ячейки записываетсяпобитно. Это конечно дольше, но не требует большого числа выводов. ЦАП бывают с паРябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru90раллельным и последовательным вводом информации, причем, многоразрядные ЦАПобычно делают с последовательным вводом. Последовательный канал для ввода преобразуемого числа также выполняют по разному, это синхронная или асинхронная радиальнаялиния, например, RS-232, либо магистральная линия, чаще всего используют линию I2C.Канал I2C описан в приложении к части 1 и вы можете ознакомиться с его возможностями.Различаются ЦАП и быстродействием, т.е.
временем установления выходногосигнала после изменения состояния преобразуемого числа. Оно обычно достаточно высоко и, чаще всего, не оказывает решающего влияния на выбор.Некоторые ЦАП имеют встроенный источник опорного напряжения Uref, его наличие заметно облегчает использование ИС, тем более, он бывает должным образом согласован с точностью и разрядностью преобразования.Помимо потенциального выхода, отдельные ЦАП имеют токовый выход, это часто бывает удобно, особенно при передаче на большие расстояния, т.к. токовый выходлучше защищен от помех.Помимо основного режима, режима преобразования, ИС ЦАП часто имеют дополнительные режимы тестирования: проверки ухода нуля, выходного размаха.В качестве типового примера на рис. 2.46 представлена интегральная схемаМАХ506, выпускаемая фирмойVrefMaxim.
Это четырехканальныйвосьмиразрядный ЦАП в двадца2Входнойтивыводном корпусе. Каждый каЦАП АUaрегистр Анал имеет входной регистр (см.регистры А, B, C, D), доступный1Входнойдля записи информации. Для этогоЦАП BUb7регистр Bследует установить на выводахD0....адресов А0 и А1 соответствующийD720Входнойадрес (00, 01, 10 или 11) и подать14ЦАП CUcрегистр Cимпульс записи (перевести линиюWR` на время около 200 нс в ак19тивный низкий уровень и сноваВходнойЦАП DUdрегистр Dвернуть в единицу). При этом информация с шины данных D0…D73WR 15 УправляющаяVss(выводы7…14) будет переписана6 DGNDA0 17логика5 AGND в соответствующий регистр. ЭтотA1 16регистр управляет ключами резистивной матрицы R-2R ЦАП, наРис.
2.46выходе которого формируется напряжение, соответствующее цифровому коду регистра, так, как мы это рассмотрели ранее.Опорное напряжение, общее для всех каналов, следует подать на вывод Vref. Схемаимеет два вывода земли, дискретная земля DGND и аналоговая земля AGND. Относительно дискретной земли подается напряжение питания Vss (5 вольт) и формируются сигналыцифровой части схемы (D0…D7, A0, A1, WR`), относительно аналоговой земли – опорноенапряжение Vref и выходные сигналы ЦАП (Ua…Ud). Выводы разделены, потому что надискретной земле при работе этой и других схем на плате могут формироваться импульсы, величина которых не существенна для передачи дискретных сигналов, но может заметно исказить выходные сигналы ЦАП.Операционный усилитель, подключенный к выходу ЦАП в режиме повторителя позволяет с выходов Ua…Ud отбирать ток до 20 мА.Рябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им.
Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru91В. Аналого-цифровые преобразователиАналого-цифровые преобразователи АЦП (ADC) служат для преобразования сигнала, представленного в аналоговой форме в цифровое представление, обычно, для последующей обработки его в вычислительном ядре САУ.Прежде всего, характеризуются разрядностью и точностью преобразования.Точность обычно соответствует младшему разряду, хотя у многоразрядных АЦП погрешность может быть и больше. Так же, как у ЦАП, помимо внутренних характеристик, точность напрямую определяется точностью задания опорного напряжения.По времени преобразования АЦП делятся на сверхбыстрые, они обычно реализуютпараллельное преобразование и преобразуют за один такт, быстрые – реализуют методпоразрядного взвешивания и преобразуют за число тактов, равное разрядности преобразования и медленные.
В медленных АЦП преобразование выполняется методом двойного интегрирования.АЦП параллельного преобразования состоят из резистивного делителя, задающего уровни напряжения, соответствующие двоичному n-разрядному числу и набора компараторов, сравнивающих преобразуемую величину Ain с этими уровнями. В простейшемслучае, когда преобразование одноразрядное, достаточно одноUrefго уровня и одного компаратора (рис. 2.47).
На выходе компаратора установится дискретный сигнал Do, указывающий, чтоAinвходной сигнал Ain меньше (0) или больше (1) половины опорDoногонапряжения Uref, т.е. одноразрядный двоичный код преобUref2разуемой величины.Если разрядность больше, придется еще добавить компараторов и ввести схему преобразования их выходов в двоичныйРис. 2.47код. При восьмиразрядном преобразовании потребуется уже 255компараторов и дешифратор на 8 входов и выходов, т.е сложность схемы растет быстрее,чем 2n, где «n» - разрядность преобразователя. ИС АЦП параллельного преобразованиявыполняют обычно восьмиразрядными, при этом типовое время преобразования составляет порядка 100 нс.АЦП поразрядного взвешивания содержат формирователь кода, его обычно называют регистр последовательного приближения РПП , цифро-аналоговый преобразовательЦАП и компаратор К (рис.2.48).
Получив сигнал на начало преобразования Start, преобразователь начинает его осуществлять.Подумаем, как бы мы сами делали эту операцию, пользуясь предоставленными ресурсами, а именно, регистром, содержимое которого мы можем изменять, цифроаналоговым преобразователем и компаратором.Самый простой способ:РПП:=0; {обнуляем содержимое РПП}Пока К=0 делай РПП:=РПП+1;Компаратор сравнивает входнойUrefAin с выходом ЦАП Odac (покасигналAin Cячейку Т/Н во внимание не принимаем).T/HНа выходе компаратора будет ноль, еслиStartK Ain<Odac и единица в противном случае.РППЦАПReadyDiТак что, последовательно увеличивая содержимое РПП, пока выход компаратораRDв нуле, мы получим регистре тот первыйDnкод, аналоговый эквивалент которогоРис. 2.48.превысит значение Ain.
Поставленная задача решена, правда весьма неэффективно. При двенадцати разрядном преобразовании нам в среднем придется считать до 2048Рябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru92(это если сигнал на среднем уровне). Микросекунда на виток в цикле – итого 2 миллисекунды – многовато будет.Вспомним старую притчу о поиске фальшивой монеты, которая чуть легче остальных. Поделим кучу на две части и сравним их вес, затем более легкую кучу снова пополами так далее.
Воспользуемся методом половинного деления для нахождения дискретногочисла, чей аналоговый эквивалент наиболее близок к Ain. Для простоты допустим, что унас преобразование восьмиразрядное. Наибольшее число, размещаемое в байте – 255 или11111111, его половина 128 или 1000000. Если выход компаратора окажется в нуле, ищемчисло в верхней половине 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 самого младшего разряда.Вы, очевидно, уловили закономерность при обработке каждого разряда: устанавливаем разряд в единицу, если выход компаратора в нуле, обнуляем разряд и переходим кмладшему, иначе – переходим к младшему. Запишите этот алгоритм как процедуру наПаскале.Как видите алгоритм весьма прост и он реализован аппаратно в специальном регистре – регистре последовательных приближений РПП (рис. 2.47) и реализуется при подачесигнала Start.Но если в процессе преобразования цифруемый сигнал Ain заметно изменится,процесс может не сойтись, поэтому на входе АЦП поразрядного взвешивания предусматривают специальную ячейку аналоговой памяти Т/Н (Track end Hold).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
