Проектирование автоматизированнь2х станков и комплексов (862477), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Логические блоки таких ПЛИС включают программируемые мультиплексоры, D-триггеры, а также цепи управления. У современных16013.Микроэлектронные устройства в станках и станочных комплексахПJШС емкостью доlмлн эквивалентных вентилей число логических элементов достигает нескольких десятков тысяч. Настройка логических блоков и ихвзаимная коммутация осуществляются с помощью коммутирующих путей сключами на МОП-транзисторах. Их затворы управляются встроенным РПЗУ.БИС с FРGА-архитектурой широко применяют в САУ, например для формирования каналов дискретного контроля и управления.13.2.5. Средствацифроаналоговой обработки информацииОсновными средствами цифроаналоговой обработки информации являются ЦАП и АЦП.
Для преобразования информации из цифрового в аналоговое представление служат ЦАП. Информация в дискретном виде представляет себой некоторое многоразрядное двоичное число. Например, используядвоичных разрядов, можно задать число от нуля доот -512 до +51 1 в дополнительном.10231Ов прямом коде илиПрежде всего следует определить, какомудиапазону аналогового сигнала соответствует диапазон изменения двоичныхчисел.
Для этого используется опорное напряжение преобразования Игеf, значение которого соответствует диапазону изменения информации в цифровомвиде. Цену одной дискреты двоичного разряда (младшего бита)Ud ивеличину выходного аналогового сигнала Иа можно определить по формулам, знаяразрядность представления п и значение сигнала N в дискретной форме:Иd = Иref/2n; Иа =UdN.Основой ЦАП является суммирующий усилитель (см. рис.13.12, г).Еслина все входы через аналоговые ключи подать опорное напряжение, а отношения сопротивлений входных резисторовстора обратнойКлючи должныRl, R2 и RЗ к сопротивлению резисвязи R0 принять равными 1/2, 1/4 и 1/8, то получим ЦАП.управляться преобразуемым двоичным числом N (в рассматриваемом примере трех.разрядным), причем старший разряд управляет ключом, подключенным к резисторуRl,а младший - к RЗ.Недостатком этой схемы является очень большой разброс номиналов резисторов.
В интегральных ЦАП входную цепь делают в виде резистивнойR-2R-матрицы. Она выполняет те же функции, но содержит резисторы, номинальные сопротивления которых отличаются вдвое.Очень важным элементом ЦАП является источник опорного напряженияИref• От его точности и температурной стабильности непосредственно зависитточность задания выходного сигнала.В настоящее время выпускают большое количество интегральных схемЦАП, отличающихся между собой целым рядом параметров: во-первых, разрядностью преобразования(от 8до24разрядов), во-вторых, способом вводаинформации.
Преобразуемое число, управляющее ключами ЦАП, хранитсяобычно в регистре. Это может быть регистр с параллельным вводом информации (см., например, рис.13.21), вкоторый информация заносится с шины данных за один такт, или регистром с последовательным вводом, когда информа-13.2.Электронные компоненты систем автоматического управления161ция в ячейки записывается побитно, что затратнее по времени, но не требуетбольшого числа выводов. Отличаются ЦАП и по быстродействию, т. е.
времени установления выходного сигнала после изменения преобразуемого числа.Оно обычно достаточно высоко и не оказывает решающего влияния на выбор.АЦП используют для преобразования аналогового сигнала в цифровой.Они характеризуются разрядностью и точностью преобразования. Точностьобычно соответствует младшему разряду, хотя у многоразрядных АЦП погрешность может быть и больше.
Как и у ЦАП, точность помимо внутренниххарактеристик напрямую зависит от точности задания опорного напряжения.По времени преобразования АЦП подразделяют на сверхбыстрые, гдеобычно имеет место параллельное преобразование за один такт, быстрые, вкоторых преобразование реализуется методом поразрядного взвешивания заряд тактов, и медленные, в которых преобразование выполняется методамиинтегрирования входного сигнала во времени.АЦП параллелыюго преобразования состоят из резистивного делителя,который задает уровни напряжения, соответствующие двоичному п-разрядному числу, и набора компараторов, сравнивающих преобразуемую величинус этими уровнями.
В простейшем случае, когда преобразование одноразрядное, достаточно одного уровня и одного компаратора. При 8-разрядном преобразовании потребуется уже резистивный делитель255уровней,255компараторов и логическая схема обработки их выходов, т. е. сложность схемырастет быстрее, чем 2п, где п -разрядность преобразователя. Интегральныесхемы АЦП параллельного преобразования выполняют обычно 8-12-разрядными, при этом типовое время преобразования составляет околоАЦПпоразрядноговзвешиваниясодержат регистрприближений РПП, ЦАП и компаратор К (рис.13.24).100 нс.последовательныхДля нахождения дискретного числа, чей аналоговый эквивалент наиболее близок к А;ш используют метод половинного деления.
Допустим, что искомое число размещается вбайте и преобразование 8-разрядное. Запишем в регистре РПП половину диапазона чисел, представляемых байтом. Этокомпаратора окажется в«1»,значит,D;128или1ОООО0002 •меньше А;" и поиск следует прово-ИrеrЦАПReadyRDDРис.13.24.Функциональная схема АЦП поразрядного взвешиванияЕсли выход16213.Микроэлектронные устройства в станках и станочных комплексах128 ...255, записав в регистр середину диапазона - D ; =0002 • Если выход компаратора окажется в «О», поиск следует проводить в диапазоне 0 .. 128, также записав в регистр его середину D; = 64 или О 1 ООО 0002• Снова наблюдаем выход компаратора и продолжаемдить в диапазоне= 192или11ОООнаблюдение до самого младшего разряда. Таким образом, в регистре последовательных приближений будет сформирован наиболее близкий цифровой эквивалент аналогового сигнала Ain• Преобразование может не сойтись, если впроцессе его проведения входной сигнал изменится, поэтому на входе предусмотрена специальная ячейка аналоговой памяти Т/Н.
В начале преобразования ключ (на рис.13.24показан как выключатель) на МОП-транзисторе накороткое время (несколько десятков наносекунд) замыкается, конденсатор Сзаряжается до Лn и затем хранит заряд, поскольку входное сопротивлениеусилителя ячейки Т/Н велико. Запомнив таким образом в начале преобразуемую величину, мы в процессе преобразования удерживаем ее неизменной,гарантируя сходимость процесса.Об окончании преобразования свидетельствует сигналReady(готово), который в начале преобразования устанавливается в «О», а в конце восстанавливается в«1».Содержимое регистра последовательных приближений можносчитать по шинеD,используя сигнал чтенияRD,по которому выходы регистра переводятся из Z-состояния в активное.Малое время преобразования(единицымикросекунд), удобное сопряжение с микропроцессорами, высокая точность и разрядность наряду с относительно низкой стоимостью обусловили широкое применение в современныхСАУ АЦП поразрядного взвешивания.
Между собой они отличаются разрядностью(от 8до24)и быстродействием(отединиц до нескольких десятковмикросекунд).АЦП, как и ЦАП, бывают с параллельным и последовательным вводоминформации, причем многоразрядные АЦП обычно делают с последовательным вводом. Последовательный канал также выполняют по-разному. Обычноэто синхронная или асинхронная радиальная линия. Различаются АЦП и побыстродействию. Часто АЦП имеют встроенный источник опорного напряжения И,еf, наличие которого заметно облегчает использование интегральнойсхемы, тем более что он должным образом согласован с точностью и разрядностью преобразования.Интегрирующие АЦП содержат интегратор, генератор, счетчик импульсов и компаратор, сравнивающий значение преобразуемого напряжения A ;n свыходом интегратора. При получении сигнала на начало преобразования обнуляются интегратор и счетчик.
Интегратор начинает интегрировать сигналопорного напряжения, а счетчик ведет счет импульсов генератора до тех пор,пока выход интегратора не превысит значение сигнала Лn- Полученный результат и является цифровым значением аналогового сигнала Аш, которыйсущественно зависит от стабильности генератора. Поэтому в настоящее вре-13.2.Электронные компоненты систем автоматического управления163мя используют в основном метод двойного интегрирования, который устраняет этот недостаток.
При этом методе входной сигнал A ;n интегрируется втечение определенного числа импульсов задающего генератора. Это предельное значение, до которого может считать счетчик. Затем, как толькосчетчик переполнится, начинает интегрироваться опорное напряжение обратной по отношению к входному сигналу полярности. Счетчик при этом после переполнения начинает счет с нуля и продолжает его до тех пор, пока выходной сигнал интегратора не обнулится. Содержимое счетчика представляетсобой цифровой эквивалент входного сигнала Лn.Время преобразования АЦП двойного интегрирования составляет уже десятки миллисекунд. Такие АЦП широко используют в настоящее время вразличных тестерах, индикаторах и других приборах, где быстродействиенекритично.
Они недороги и часто снабжены светодиодным или жидкокристаллическим индикатором.Дельта-сигма-преобразователи относятся к классу интегрирующих АЦП.По принципу действия и параметрам они схожи с АЦП двойного интегрирования. Здесь интегратор в течение времени, определяемого разрядностьюсчетчика, интегрирует то разность входного сигнала Аш и опорного напряжения И,еf, то только входной сигнал так, чтобы на выходе интегратора былсигнал, близкий к «О». Причем, в выходном счетчике импульсы считаютсялишь в те моменты, когда интегрируется разность A;n и И,еf• Код, накопившийся за время преобразования в счетчике, представляет собой цифровойэквивалент аналогового сигнала.Там, где требования к времени преобразования не критичны, в основномиспользуютиинтегрирующиепреобразователидельта-сигма-преобразователи).рис.(двойногоКлассификацияАЦПинтегрированияприведенана13.25.1АЦП1!•Сверхбыстрыеt < 1 мксБыстрые( параллелъные)!•t < 100 мкс( п оразрядные)••Много-Одно-Много-каналъныеканальныеканальныеканалъные•••С опорнымБез опорногоС опорнымБез опорногоисточникомисточникаисточникомисточника••С параллельнымвыводомРис.(8 бит)•.><..С параллельнымвыводом(8 ...
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
