Токхейм Р. - Основы цифровой электроники (1988)(ru) (775262), страница 65
Текст из файла (страница 65)
Более сложной будет электронная схема, реализующая указанную в таблице истинности связь входных и выходных сигналов. Структурная схема одного из возможных АЦП представлена на рис. 12.8. Этот АЦП содержит комоарапвор напряжений, логический элемент И, двоично-десятичный АЦП ЦАП Котенаритор ны1рнке- ввй Логический элемент и днончно-кеентичный е ктчик сопувжвнни цветовых и аналоговых успоиств 1 С",Пеке1.. 2,В 1, 1 1 1 О Таблп1а 12.3. Таблица иегнннвста ппи АЦП счетчик н ЦАП.
Со всеми этими устройствами, за исключением компаратора, вы уже зНакомы. Ко входу АЦП 1слева на рис. 12.8) приложено аналоговое напряжение. Компаратор «проверяет» величину напряжения, поступаюшего от ЦАП. Если аналоговое входное напряжение на входе А компаратора болыие напряжения на входе В, разрешается прохождение тактовых (счетных) импульсов на вход двоично-десятичного счетчика. Счетчик Двоичный выход е л г Твнтевме выиульсы Тактовые импульсы д логовин Рнс.
12.й. Структурная схема АЦП, содермаглав комиаратар наирнукеивй, лыковский элемент И, даончно-десвтнчный счетчик и ЦАП. 356 ГЧАВЛ 32 подсчитывает эти импульсы, в результате постепенно увеличиваеглся цифровой сигнал (двоичное число) на его выходе. Счет продолжается до тех пор, пока напряжение обратной связи с выхола ЦАП не превысит аналоговое входное напряжение. В этой точке компаратор останавливает счетчик. Предположим, что входное аналоговое напряжение равно 2 В. В соответствии с табл.
12.3 счетчик сосчитает до 1010, затем остановится, сбросится в нулевое состояние (0000), и счет начнется снова. Теперь рассмотрим более подробно работу АЦП (рис. 12.8). Предположим,- что на выходе компаратора в точке Х действует уровень логической 1. будем также считать, что двоично-десятичный счетчик находится в состоянии 0000. И наконец, предположим, что к аналоговому входу АЦП приложено напряжение, равное 0,55 В. Логическая 1 в точке Х «открывает» логический элемент И, и первый импульс от тактового генератора появляется на синхронизируюшем входе двоично-десятичного счетчика. Счетчик переходит в состояние 0001.
Двоичная комбинация 0001 появляемся на индикаторе (в правом верхнем углу рис. 12.8). Эта же двоичная комбинация подается на входы ЦАП. Согласно табл. 12.1, двоичному числу 0001 на выходах ЦАП соответствует сигнал 0,2 В на выходе. Это напряжение подается на вход В компаратора. Компаратор сравнивает сигналы, поступившие на его входы (0,55 и 0,2 В).
Напряжение на входе 4 больше, поэтому компаратор вырабатывает на выходе си~пал логической 1. Эта логическая 1 «удерживаег» логический элемент И в открытом состоянии, и он пропускает следующий тактовый импульс к счетчику. Содержимое счетчика увеличивается на 1. На его выходах теперь появляется двоичная комбинация 0010. Эта двоичная комбинация подается на входы ЦАП. В табл.
12.1 двоичному числу 0010 на входах ЦАП соответствует сигнал 0,4 В на выходе. Это напряжение подается на вход В компаратора. Компаратор снова сравнивает напряжение на входе В с напряжением на входе А; напряжение 0,55 В на входе А по-прежнему больше„поэтому на выходе компаратора опять вырабатывается сигнал логической 1. Логический элемент И по-прежнему откры~ и позволяет следующему тактовому импульсу достичь счетчика. Содержимое счетчика увеличивается до 0011.
Эта двоичная комбинация подается на входы ЦАП. Далее в соответствии с табл. 12.! двоичному числу 0011 на входах ЦАП сопоставляется сигнал О,б В на выходе. Этот си~пал подается на вход В компаратора. Компаратор снова сравнивает напряжение на входе В с напряжением на входе А, впервые напряжение на входе В оказывается больше, и компаратор вырабатывает на выходе сигнал логического О. Этот логический 0 «запирает» логический элемент И. Теперь ни один тактовый импульс не может достичь счетчика. Счетчик останавливается на двоичном числе 0011. Значит, аналоговому входному сигналу, равному 0,55 В, со- 357 СОПРЯЖВИИС ЦИФРОВЫХ И АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ ответствует двоичное число 0011.
Из строки 4 табл. 12.3 видно, что О,б В на входе соответствуют двоичному числу 0011 на выходе. Наш АЦП «отработал» согласно таблице истинности. Если бы входное аналоговое напряжение было равно 1,2 В, то, согласно табл. 12.3, мы должны были бы получить на выходе двоичное число 01!О. До остановки по команде компаратора счетчик «успел» бы сосчитать от ОООО до 0110. При входном аналоговом напряжении 2,8 В мы должны были бы получить на выходе двоичное число 1110.
Счетчик тогда сосчитал бы от 0000 до 1110. Обратите внимание, что для преобразования аналогового сигнала напряжения в двоичный цифровой сипгал требуется некоторое время. Однако в большинстве случаев частота следования тактовых импульсов достаточно высока, так что эта временная задержка не имеет существенного значения. Вам теперь, по-видимому, стало ясно, почему мы сначала изучили ЦАП, а не АЦП. Рассмотренный АЦП с динамической компенсаиией довольно сложен, и для него требуется использовать ЦАП.
Термин «динамическая компенсация» в названии данного преобразователя отражает наличие в схеме линейно нарастающего в процессе счета напряжения на выходе ЦАП, которое подается по цепи обратной связи к компаратору. Если вы начертите график изменения напряжения, поступающего на вход В компаратора, то он будет иметь пилообразную (кусочно-линейную) форму". АЦП с линамн- ческой коми«к»иней Динамически» ком- ис»санни Пило»врали»» форма Кусочно люмйиаи форм» Вьтолняя следующие задания, проверьте, хорошо ли всв ус- воили излозюенный материал.
15. АЦП преобразует входной сигнал в выходной сигнал. 16. Если в табл. 12.3 аналоговое входное напряжение равно 1 В, то на выходе мы должны получить двоичное число 17. Если в схеме на рис. 12.8 потенциал точки В ниже потенциала точки А, то на выходе компаратора в точке Х будет действовать .
(ВЪ|СОКИЙ, НИЗКИЙ) уровень. Это приведет к (разрешению прохождения тактовых импульсов через логический элемент И, блокировке логического элемента И). 18. Устройство, схема которого показана на рис. 12.8,— это АЦП " Линейно нарастающее напряжение возвращается к 0 В перел началом каждого нового цикла счета и процессе аналого-цифрового прсобразона~ия — и результате на графике напряжения получаезся »пила». Такую форму имеет, например, напряжение развертки и осциллографах и теленизорак.— Прим.
персе. ГЛАВА М 12.6. Комиараторы В предыдушем разделе мы говорили о компараторе. Мы выяснили, что компаратор сравнивает два напряжения и указывает, которое из них больше. На рис. 12.9 показана основная структурная схема компаратора. Если напряжение на входе А больше, чем напряжение на входе В, компаратор вырабатывает на выходе логическую 1. Если же напряжение на входе В больше, чем напряжение на входе А, на выходе компаратора появляется логический О. На рис. 12.9 это символически записано в форме условий: А > В=! и В > А =О. Входы Выходы Рвс. 11.9. Структурная схема компаРатоРа нвнРЯ- д капопоехсо ( А > В = 1 женив.
елрпвелия ~ В > А — О В- —.! «Сердце» компаратора — операционный усилитель. На рис. 12.10, а приведена одна из возможных схем компаратора. Обратите внимание, что ко входу А приложено напряжение 1,5 В, а ко входу В-О В. Вольтметр на выходе этого компаратора покажет приблизительно 3,5 В, или уровень логической 1.
Коыпаратор Входы А)Вж 1 15 В Входы В >АжО 2В Рвс. 12.10. Прннпнпнаньнвв схема компарвтора напряженна. а- более высокое папрхжеппе па входе АП б — более высокое напряженно па входе В. 359 сопряжение циоюцых и днллоговых успоясти На рнс. 12.10,6 иллюстрируется случай, когда напряжение на входе В увеличено до 2 В. На входе А по-прежнему остается 1,5 В. Напряжение на входе В в этом случае оказывается больше, и на выходе компаратора мы получаем около 0 В (фактическое значение выходного напряжения составляет примерно — 0,6 В), или уровень логического О. Компаратор в схеме АЦП на рис.
! 2.8 работает подобно только что рассмотренному устройству. Стабилитрон в схеме компаратора на рис. 12ЛО используется для фиксации уровней выходного напряжения вблизи 3,5 и 0 В. Без стабилитрона мы получили бы + 9 и — 9 В. Напряжения + 3,5 и 0 В более совместимы с логическими уровнями ТТЛ ИС, с которыми вам, возможно, придется иметь дело. Стабнхиерон Финеаиин уранией Выходнее наирямение Звлвцци лля сямОпрОоерни Выполняя следующие задания, проверьте, хорошо ли вы усвоили изложенный материал.
!9. Компаратор в схеме АЦП на рис. 12.8 сравнивает два (двоичных числа, десятичных числа, постоянных напряжения). 20. Компаратор напряжений можно собрать из интегрального , нескольких резисторов и стабилитрона. 21. Когда в схеме на рис. 12.10 напряжение на входе В возрастает и становится больше напряжения на входе А, уровень напряжения на выходе ОУ изменяется от .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
