Густав Олссон, Джангуидо Пиани - Цифровые системы автоматизации и управления (1087169), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Ри "'5.10 Ци ифро-аиалогоиый преобразователь с каскадом сопротивлений Поло ":кение ключ " чей з1, ..., з„соответствует либо О, либо 1 во входном цифровом слове. ее напря Р жение составляется из последовательно убывающих членов 1 »1 52 = — о е геl ~ 21 22 приме г1а! пря ер, в 8-битном ЦАП байт 01011001 и"'о(пРи п„г= — 10 8) Глава 5. ОбРабСГ«ка сиге ььь 191 190 /! 1 1 1~ в = е — ч — + — ч — = -3.48 В ~ь 4 16 32 256~ цифровой выход Очевидно, что ЦАП выдает только дискретные выходные напряжения с разр н«|еы от « 2 Необходимо отметить, что если при изменении значения входного слова ветствующие ключи ЦАП не изменяют своего состояния все олновременно, те ь „ реходном р ж . ом режиме может появиться нежелательный всплеск (ДЙ1сй) напряжена„ аналоговом выходе.
ДлЯ УстРанениЯ этой пРоблемы послеловательно с ЦЛП ь чают схему выборки и хранения (стабилизатор), которая поддерживает выхе„у значение постоянным, пока ключи не установятся. Самые важные характеристики ЦАП, которые нужно учитывать при его выбс или разработке, перечислены ниже. ° Линейность (!«пеаига): в какой степени связь между цифровым входом н выв,« ным напряжением лип ейна, или, иначе, величина отклонения реального выходи го напряжения от расчетного из-за нелинейности. ° Нулевое смещение (оДзег епог); значение выхолного сигнала при нулевом з««и« нии на цифровом входе.
Всегда должна быть возможность подстроить зто звьн ние, например с помощью потенциометра или программного управления. " Время установления (зегс!«пл Бте): время, необходимое для уста««овлен««я выхы ного напряжения на новое постоянное значение. Быстродействие (з!ев «асе): максимальная скорость изменения выхолного ваву« жения (выражается в В/мкс). Быстродействие зависит от времени установлсвв 5.2.2. Аналого-цифровое преобразование ения изме нтельт' Для компьютерной обработки дискретные аналоговые значения измернтельв' сип|ала необходимо представить в цифровой форме, т. е. выполнить аналога.п оное (Ац, Апа!ой-!)«8(га! — А/Г)) преобразование. Соответствующее устройст~~", ровое зывается аналого-цифровымпреобразователем(АПП, 8- 'а' цП,Апа!о -01айа(Соловка ' овой выход — на осв ' соппегсег — АГ)С), АЦП генерирует лвоичное слово — цифровой вых л— аналогового сигнала.
Существуют АЦП, выполненные, например, в виде плать' Р« ширения компьютера. п ин ипами два«н««рокар«с АЦП может работать в соответствии с различными принципами; два шнр пение и паша~овос приблнзсеняе пространенных метода — параллельное сравнени роксимация). сот ага««оп), входное знз" "' В АЦП, работающем по принципу сравнения (сотрагабоп), вхол с авнивается с различными уровнями напр яжения, выработанными на основе в Р' соп отивлений (рис. 5.11). На выхоле тного опорного напряжения и каскада со р от соотво ора — появляется 0 либо 1 в зависимости от со схемы сравнения — компаратора— а атеыпреобр ' напряжений.
Выход каждого компаратора затем и ния вхолного и опорного напря , олова "' , Т ЛЦП обладают хорошим быстродействием, н ются в двоичный код. Такие дброги нз-за применения компараторов. («аггел«", аботаюши по при р ... ° свг ЛЙП, рб й о принципу пошагового приближения (|и .нове ЦЛП (рис. 5.12 а). Диапазон входного с ' „ арргох«та«|оп), построен на основе Р валов гле и — число бит в выходном слове.
Счетчик разделен на 2" — 1 интервалов, гле с аз знало|с« |.енерирует последоват . с ловательные числа, которые сразу преобразу|отся в вняло бразование аналоговых и цифровых сигналов 5 2 прес Ра Счетчик продолжает наращивать выхол до тех пор, пока разница напрязначения. зв .д выходом АЦГ1 н входным аналоговым значением не станет меньше разкевий ь' шея способности АЦП (рис. 5.12 б). Г!Реобразование на основе пошагового се|а|вше Р ' б ния требует определенного времени, которое зависит от времени ЦЛ-преп яблихсе „ия и от входного значения. Вообще говоря, время ЦА-преобразования наерразаван в наносекундном диапазоне, а АЦ-преобразования — в микросекундном; телятся в зля типов го АЦП это время составляет от 0.5 до 400 мкс.
Разрешение преобразовабычно составляет 10 — 12 бит, т. е. 1023 либо 4095 интервалов по напряжению; ввя о и следов „„„тельно, входной сигнал квантуется в соответствующих долях от полной ьхозво '. двой величины. Часть характеристик АГ!П определены так же, как для ЦАП,— разре ешение, нулевое смещение, линейность и время преобразования.
Рнс, 5,11 Г(11 с параллельными схемаын сравнения !Р" работе Р оте АЦП важно, чтобы его разрешающая способность (сопоегз«оп мсс ас«оп) испол ) ользовалась полностью. На практике редко бывает так, что преобразу- игнал (выход датчика) изменяется от Ода 100 % всего своего диапазос«ыв входной с„ а «ычно но и Рмальным является изменение в пределах 10 — 20 %. Если, например, вел изменяется в тся в пределах 5 % от его теоретического диапазона и поступает на 10- да лействительный входной диапазон сигнала будет составлять 5 % "ый АЦП, тог а Оудет О ' нлв около 50 и 50 интервалов напряжения.
Таким образом, цифровое разрешение вв, ься только 1««50 частью всего лиапазона, т. е, 2 % (рис. 5.13 а), Если определяться ц того ЛГП1 можно настроить на 0 при 20 % и на !023 при 25 % входного сигна- 4ля ', разрешение ст ановится намного выше — 1«с!023 или 0.1 % диапазона латчика. "'|яент ' " того чтобы н | использовать весь лиапазон ЛЦ!1, нужно подстраивать как коэф- нт усиления т ж'|е с , так и смещение напряжения входного аналогового сип|ала. Это яе сделать с по и» на мощью операционного усилителя (рис. 5.13 б).
Смещение напря- насграивает Ноге т ся переменным резистором )1! так, чтобы выход усилителя посто- ветствовал минимуму вхолного сигнала ЛЦП, который в свою оче- тока соот аетве|'с. ует минимальному значению измерительного сигнала. Переменный Глава 5. Обработка сиг„ ггч 193 192 а 100% Ог о;н 0% переключатель локсниальное значение входного сажала (шганазон преобразования) какал данки канал датчик >пмкрагкаешся лри деваю>кении входного сигнала зультат - 0111 какал а резистор В2 используется для настройки усиления так, чтобы выходной уровеп, лителя для максимума входного измерительного сигнала соответствовал максии 9 ному входному значению АЦП. 0000 сгеи> Рис. 5.12.
ЛЦП, работающий по принпипу пошагового р . во о и иближения: а— б — принпип работы льз ется диапазон 4 — 20мА, то р Р аз ыв Если для передачи сигналов исполь у вать > можно обнаружить как сигнал 0 мЛ (разд аз ел 45.5). АП,П можно использов б ован так ""' ин икации нерабочего состоя о со-таяния да~чика. Если ЛЦП откалиброван та, Ог' име, 20 мЛ) соответствчет значению 400 симальный входной сигнал (например, м с но испояь' 4095 в 12-битовом ЛЦ, то оль ЛЦП, о большие значения выхолного слова можно исп . т ебУст ьиых и ошибочных ситуаций.
Это, однако, тре „' для индикации исключительных ~гьгн.аапш>нительнь>х электронных схем и соедств о па отки. образование аналоговых н цифровых сигналов 2 Прес рис. 5.13. Использование всего диапазона АЦП вЂ” 0 — 100 % (а); настройка смещения нуля резистором В1 и коэффициента усиления резистором Ят (6) Простой способ выявить отсоединенный датчик основан на схеме с переключателем и источником постоянного напряжения.
Напряжение должно быть немного выше, чем максимальное выходное напряжсние датчика, или, в случае замкнутой токовой петли, выше, чем уровень напряжения, соответствующий значению тока в 20 мА. Переключатель помещается перед мультиплексором (рис. 5.14). р ис 5.14, Ии Перев д' нация отключенного датчика реключатель ка ясвск ' нала 1 в поло>кении "включен" — латчик и чючатель ка нала п в положении "выключен" — датчик отключен При вк яд ключенном пол >а>чик ожении переключателя вхол мультиплексора соединяется >ча м и оконеч ным резистором, следовательно, входной сигнал соответствует яь,, ю измеряемой величины.
При отключенном положении переключате, ' ультиплекс ю „еклю гателя плексора соединяется с внешним источником напряжения. Когда дат- Глава 5. Обработка с, ГНь 195 вая фильтрация 55 Аналогов 194 ю — = — 1радг с1 1 1 )еС Т 5.3. Аналоговая фильтрация али 1ой подавляемые част о то е пропускаемые чаапопаье чик не работает, например во время обслуживания или калибровки, переклш„ тате переводится в положение "выключен" и значение на выходе АЦП превыс„ нт вь мальный диапазон, Управляющий компьютер, соответственно, определит „ оаь чик не работает, Фильтрация используется для уменьшения амплитуды определенных част отав составляющих сигнала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
