Токхейм Р. - Основы цифровой электроники (1988)(ru) (775262), страница 66
Текст из файла (страница 66)
(ВЫСОКОГО, НИЗКОГО) к (ВЫСОКОМУ, НИЗКОМУ). 12.7. Цифровой вольтметр цифровой воаитметр Дхалотеыи ВХОД Десятичный выход е ае Рцс. 12Л1. Структурное схема цифрового вольтметра. Одно из возможных применений АЦП вЂ” его использование в цифровом вольтметре. Вы уже знакомы со всеми узлами, необходимыми для построения цифрового вольтметра. Структурная схема простого цифрового вольтметра показана на рис.
12.11. АЦП преобразует аналоговое напряжение в двоичную форму. Соответствующее двоичное число посылается в дешифратор, где оно преобразуется в код семисегментного индикатора. На семисегментном индикаторе отображаются значения напряжения в десятичной форме. Из 360 ГЛАВА Гт Квмвврвтор нвириженнй ОУ 742 Счетчнн Лотичесннй элемент и Дешвфрвтор Семисегментвый нн- Линвтвр рис. 12А! видно, что, если ко входу АЦП приложено 7 В, АЦП вырабатывает на выходе двоичное число 0111. Дешифратор включает соответствующие сегменты Га, Ь, с) семисегментного индикатора, и они высвечиваются на индикаторе. С индикатора считывается десятичная «семерка».
Заметим, что АЦП также является дешифратором; он преобразует аналоговые входные сигналы в двоичные выходные сигналы. Схема цифрового вольтметра приведена на рис. 12.12. Здесь вы видите компаратор напряжений, логический элемент И, счетчик, дешифратор, семисегментный индикатор и ЦАГ1. Для обеспечения работы этой схемы нужно иметь несколько источников питания. В ОУ 741 используется источник напряжения со средней точкой ! + 10 В) или два отдельных источника напряжения 1О В разных знаков. Питание ТТЛ ИС 7408, 7493 и 7447 осуществляется от источника напряжения 5 В; такое же напряжение подается на семисегментный светодиодный индикатор. Для того чтобы пронаблюдать работу пифрового вольтметра, нам нужен также источник постоянного напряжения, регулируемого в пределах 0-10 В, ко~орое можно использовать в качестве аналогового входного сигнала.
Предположим, что на аналоговом входе цифрового вольтметра (рис. 12.12) действуе~ напряжение, равное 2 В. Сбросим счетчик в состояние 0000. Компаратор сравнивает напряжения на входах А и В, напряжение на входе А больше (174 = 2 В, Г7в = 0 В). На выходе компаратора появляется логическая 1. Эта логическая 1 «открывает» логический элемент И. Первый импульс от тактового генератора проходит через логический элемент. Счетчик начинает свою работу.
На его выходах появляется двоичная комбинация 0001. Эта двоичная комбинация поступает на входы дешифратора. Дешифратор включает сегменты Ь и с семисегментного индикатора; эти сегменты зажигаются, высвечивая на индикаторе десятичную цифру 1. Двоичная комбинация 0001 поступает также на входы ЦАП; при этом напряжение, приблизительно равное 3,2 В, с выхода А счетчика через резистор 150 кОм прикладывается ко входу ОУ.
Для коэффициента усиления ОУ по напряжению в данном случае имеем Ке = К~,/К„= 47000!150000 = 0,3!. Умножая этот коэффициент на величину входного напряжения, получаем выходное напряжение: (/вых = К„х 12,„= 0,31 х 3,2 = 1 В. Выходное напряжение ЦАП равно — 1 В. Это напряжение по цепи обратной связи подается на компаратор. Напряжение на входе цифрового вольтметра по-прежнему равно 2 В.
Компаратор снова сравнивает напряжения на входах А и В, напряжение на входе А оказывается больше. Компаратор выдает сигнал логической 1 на один из входов Х З $" % Ф Ф о 2 Е Ф й ь о 362 гллвл и Вьтоаияя следу«>щие зеп)аиия, проверьте, хорошо ли вы ус- воили изл»з>сенный матершы.
22. Одно из возможных применений АЦП-его использование в 23. В цифровом вольтметре на рис. !2.!2 микросхема 7493 используется в качестве 24. Если в схеме на рис. 12.!2 счетчик сброшен в состояние 0000, то напряжение обратной связи, поступающее на вход В компаратора, равно приблизительно . . В. 12.8. Другие гипы АЦП В разд. !2.5 мы изучили АЦП с динамической компенсацией. Используются и другие типы АЦП; в данном разделе мы обсудим еще два чипа преобразователей.
Структурная схема иип>егриру>ощего АЦП показана на рис. ! 2.13. Работа этого АЦП очень сильно напоминает работу АЦП с динамической компенсацией (рис. 12.8). Единственным новым узлом в инте>рирующем АЦП является генератор линейно изменя>ои>егося напряз>сепия, показанный слева на рис. 12.!3. Этот генератор вырабатывает пилообразное напряжение; форма сип>ала похожа на «треугольную» волну, как видно из рис. 12.14,а.
Интщрирующий лцн Генератор линейно итиеннющегоен инирн- жени» логического элемента И. Ло>ичсский элемент И пропускает второй тактовый импульс к счетчику. Счетчик переходит в состояние 0010. Двоичное число 0010 дешифруется, и на семисегментном индикаторе появляется десятичное число 2. Двоичная комбинация 0010 поступает также на входы ЦАП. ЦАП вырабатывает на выходе сигнал напряжения, равный примерно 2 В; это напряжение по цепи обратной связи подается на вход В компаратора. Итак, на индикаторе инфра 2. Ко входу А компаратора по-прежнему приложено напряжение 2 В. Компаратор сравнивает напряжения на входах А и В; напряжение на входе В только что стало чуть болыпе. Выход Х компаратора переключается в состояние лоы>ческого О. Это приводит к запираншо логического элемента И. Ни один тактовый импульс теперь не проходит к счетчику.
Счет останавливается в гот момент, кснла инликатор показывает цифру 2. Это и ес>ь цифровое прелсзавление величины напряжения, приложенного к аналоговому входу вольтметра. Вам необходимо самостоятельно поработать с ЦАП, компаратором н АЦП (в виле цифрового вольтметра). Во всех тонкостях функционирования этих интерфейсных устройств вы сумеете хорони> разобраться голько после сборки и использования их в лаборатории.
сопРяхгеиий циФРОВых и АНАЯО1ОВых углтойста Двончный выход 8 4 2 1 Рнс. !2.13. Струнтурнан схема ннтегрнруюгйего АЦП. 21ююйно нвненн- юнвеев нвврювенне 1И Предположим, что к аналог.овому входу АЦП на рис. 12.! 3 приложено напряжение, равное 3 В. Эта ситуация иллюстрируется на рис. 12.!4,п. Линейно изменяющееся напряжение начинает возрастать, но в течение некоторо1о промежутка времени остаегся меньше, чем напряжение на входе А компаратора. В этот промежуток времени на выходе компаратора действует уровень ло1.ической 1, благодаря чему логический элемент И удерживаешься в «открытом» состоянии, и через не1о могут свободно проходить тактовые импульсы. На рнс.
12.!4,п показаны три тактовых импульса, которые прошли через логический элемент И, прежде чем линейно изменяющееся напряжение превысило напряжение на аналоговом входе. В точке У(см. рис. 12.!4,п) на выходе компаратора устанавливается логический О. Ло1ический элемент И «запирается1>. Счет останавливаемся на двоичном числе 0011. Это двоичное число означает, что напряжение на входе равно 3 В. Еще один пример иллюстрирует рис. 12.14,6. В этом случае к аналоговому входу интегрируюецего АЦП приложено напряжение 6 В. Линейно изменяющееся напряжение начинает возрастать.
До тех пор, пока оно меньше напряжения на входе А компаратора, на его выходе В действует уровень логической 1. Счетчик подсчитывает тактовые импульсы. В точке 2, на графике «пилы» напряжение генератора становится больше Ц,„. В этой точке выход компаратора переклгочается к уровню логического О. Этот логический 0 «запирает» логический элемент И. Тактовые импульсы теперь не достигают счетчика.
Счет прекращается на двоичном числе 0110. Двоичное число 01!О— цифровой эквивалент аналогового входного сигнала 1В данном случае 6 В). Недостаток интегрирующего АЦП вЂ” слишком большое время, затрачиваемое на счет прн преобразовании больших Збб ГЛАВА 11 Диапогоеьй вход 3 В 1игм1 Линейно изменяющееся напряжение Выкод компаратора 0 Тактовые импульсы ~Р Л' к счетчику 0011 Двоичный выкод Д злмовьй вход ВВ К1 > Линейно изменяющееся напряжение Выход компаратора 0 Тактовые импульсы к счетчику Двоичиыи выход 0110 б Рис. 12.!4.
Форма сигнала в иатмрируннисм АЦП. а прн вхолном нопряжсоии 3 В; б при вхолппм напряжении б В 01 10 АЦП последователь- ного врнблмксмна Регистр яослелв- ветельнм о прнблюке- инн напряжений. Например, при 8-разрядном двоичном выходе счетчик в некоторых случаях должен будет сосчитать до 255. Чтобы ускорить процесс преобразования, мы используем АЦП другого типа. Преобразователь, который сокрашает время преобразования, называется АЦП последовательного приблтгэнтентгн.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
