АЦП — устройство, принимающее входные аналоговые сигналы и выдающее на выходе соответствующие им цифровые сигналы, пригодные для работы с ЭВМ и другими цифровыми устройствами, т. е. АЦП дает представление аналоговой величины в код. Существует большое число АЦП, отличающихся схемной конфигурацией, используемыми элементами, последовательностью выполнения операций, конструктивными и технологическими особенностями.
В основе классификации АЦП лежит принцип развертывания во времени процесса преобразования аналоговой величины в цифровую.
Рассмотрим 2 классических метода преобразования.
1. Метод последовательного счета или последовательный АЦП со ступенчатым пилообразным напряжением.
Схема такого АЦП и временная диаграмма, поясняющая работу преобразователя, показана на рис. 6.4.
По запускающему импульсу счетчик СТ2переходит в нулевое состояние, а триггер Тдает разрешение на проход счетных импульсов с генератора Гчерез ключ К1. Счетчик считает импульсы, поступившие ему на вход, а на выходе появляются кодовые комбинации, соответствующие числу сосчитанных импульсов. ПКН — преобразователь кода в напряжение (ЦАП) формирует на выходе напряжение Uос, пропорциональное коду.
При равенстве Uос измеряемой величине напряжения Uх, компаратор срабатывает и своим выходным сигналом переводит триггер в нулевое состояние. Этим самым прекращается поступление счетных импульсов на счетчик и осуществляется считывание выходного параллельного кода, представляющего цифровой эквивалент измеряемого напряжения в момент окончания преобразования.
Особенности таких АЦП: небольшие частоты дискретизации (несколько килогерц); малые статические погрешности порядка шага квантования 10—12 разрядных АЦП; простота построения.
Область применения — цифровые вольтметры постоянного тока, цифровые системы, предназначенные для работы с постоянными и медленно изменяющимися напряжениями.
2. Метод поразрядного кодирования или АЦП последовательных приближений (рис. 6.5).
В основе работы преобразователей такого типа лежит принцип последовательного сравнения измеряемой величины с 1/2, 1/4, 1/8 и т. д. от возможного максимального значения ее. Уравновешивание входной величины начинается с эталона, имеющего максимальное значение. Компаратор выполняет сравнение этого эталонного напряжения с измеряемым Uх. В зависимости от результата сравнения определяется цифра («1» или «0») в старшем п разряде: если Uх> Uэт, то в старшем разряде ставится «0», если Uх<Uэт,то в старшем разряде — «1».
а
Uвx
Останов
Компаратор
Uoc
Ux
Выходной код
Q1 Q2 Qn
ПКН
СТ2
R
+1
T
S
R
К1
&
Г
б
Рис. 6.4. Схема АЦП последовательного счета (а) и временная диаграмма его работы (б)
Далее производится уравновешивание входной величины со следующим эталоном, меньше предыдущего в 2 раза, причем, если напряжение Uэт осталось от первого уравновешивания, то Uхсравнивается на втором этапе с суммой эталонных напряжений: и результат сравнения отражается на цифре п- 1 разряда. Аналогичные действия производятся для всех используемых эталонов. Схема реализации этого метода и временная диаграмма его показаны на рис. 6.5.
Этот метод поразрядного кодирования позволяет за число разрядов кодовой комбинации (последовательных шагов приближения) выполнить весь процесс преобразования вместо 2 n -1 шагов приближения при использовании единичных итераций. Это позволяет получить существенный выигрыш в быстродействии (при n = 10 выигрыш в быстродействии достигает двух порядков). Статическая погрешность таких АЦП невелика, что позволяет реализовать АЦП на 16 двоичных разрядов.
Рис. 6.5. Схема АЦП поразрядного кодирования (а) и временная диаграмма его работы (б)
Область применения: для построения цифровых измерительных приборов и при работе совместно с устройством выборки и запоминания в различных областях цифровой обработки быстро изменяющихся сигналов и процессов.
Вопросы для самоконтроля
Какие виды преобразователей существуют и для чего?
lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2024 год. (0.007 сек.)
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
и результат сравнения отражается на цифре п- 1 разряда. Аналогичные действия производятся для всех используемых эталонов. Схема реализации этого метода и временная диаграмма его показаны на рис. 6.5.
