7.1. Основные понятия относящиеся к преобразователям

На Рисунок 7 .37 в виде структурной схемы изображены типичные связи ЦАП и АЦП. Возможны также и другие связи, такие как по входу или выходу генератора синхронизирующих импульсов, по дополнительным логическим входам или выходам, и связи, которые являются внутренними для преобразователя и выделены для удобства будущего потребителя, как например: связи по выводам источника опорного биполярного напряжения смещения.

Как видно из Рисунок 7 .37, в преобразователях имеются по существу электрические входы и выходы пяти категорий: аналогового сигнала, цифрового кода, напряжения питания сигналов, управления и опорного сигнала. Эти категории сведены в Таблица 6 .9.

Рисунок 7.37 - Структурная схема типичных связей преобразователей

Таблица 6.9. Входные и выходные сигналы преобразователей

ЦАП		АЦП
Аналоговый сигнал	Выходной сигнал: напряжение или ток, полярность, величина	Входной сигнал: обычно напряжение, полярность, величина
Цифровой код	Входной сигнал: поступающий через буферное запоминающее устройство или непосредственно последовательный или параллельный, код, логические уровни	Выходной сигнал: последовательный или параллельный, код, логические уровни, синхронизация
Напряжение питания	Аналоговое: обычно ± 15 Цифровое: +5 В (или другие)	Аналоговое: обычно ± 15 Цифровое: +5 В (или другие)
Сигналы управления	Входной сигнал: строб-импульс (ы)	Входной сигнал: команда преобразования Выходной сигнал: импульс «состояние»
Опорный сигнал	Внутренний или внешний, фиксированный или переменный, полярность	Внутренний или внешний, фиксированный или переменный, полярность

7.2. Уровни цифровой логики

В значительном большинстве ни цифроаналоговые, ни аналогоцифровые преобразователи практически почти невозможно применять без знания типа используемого на входе или выходе цифрового кода и значения представленного им как цифрового, так и аналогового сигналов.

Преобразователи работают либо с однополярными, либо с биполярными цифровыми кодами. К первым относятся прямой, или обычный двоичный, и двоично-кодированный десятичный коды (ДДК). Ко вторым относятся двоичный код со смещением, код с дополнением до 1 и код с дополнением до 2. Код Грея можно использовать как при однополярном, так и биполярном применениях.

В обычном двоичном коде аналоговым величинам ставят в соответствие числа в позиционной системе счисления, при которой старший разряд имеет вес, равный 1/2 = 2^-1, следующий за старшим разряд имеет вес, равный 1/4 = 2^-2, и так далее, вплоть до младшего разряда с весом 1/2ⁿ. Значение двоичного числа определяется как полная сумма весов всех его ненулевых разрядов. Этот тип кода пригоден только для однополярного режима работы.

При биполярных операциях применяют двоичный код со смещением. Он является ничем иным, как обычным двоичным кодом, за исключением того, что пуль двоичного числа и нуль аналоговой величины не совпадают, как в обычном двоичном коде, а смещены таким образом, что двоичным нулем кодируется максимальное отрицательное значение аналоговой величины. Это дает возможность устанавливать в старшем разряде «0» для всех отрицательных и «1» для всех положительных аналоговых величин.

Дополнительный код используют в основном тогда, когда в дискретную форму необходимо преобразовать биполярные аналоговые величины, но при условии, что нулю аналоговой величины соответствует путь двоичного числа. Данное условие обеспечивается простым инвертированием двоичного кода и инвертированием каждого «0» в «1» и наоборот только в старшем разряде кода.

Этот код является просто двоичным кодом с инвертированным старшим разрядом.

При использовании дополнительного кода различия в преобразовании аналогового нулевого уровня приводят либо к коду с дополнением до 1, либо к коду с дополнением до 2. Если аналоговому интервалу, у которого значение нижней границы равно нулю, ставится в соответствие нуль двоичного числа, то получается код с дополнением до 1. Для кода с дополнением до 2 двоичный нуль ставится в соответствие аналоговому интервалу, в котором значение пуля располагается в центре этого интервала.

Еще одним двоичным кодом является код Грея. Этот код аналогичен обычному двоичному коду в том смысле, что каждая характерная совокупность кодов отображает определенную часть аналоговой области. Отсюда, однако, не следуют те же правила весов, что в обычном двоичном коде, В некоторых применениях, как, например, в кодирователях угла поворота вала, при этих кодах обеспечиваются меньшие погрешности, чем при других кодах.

Специфическую связь между обычным двоичным кодом и кодом Грея наилучшим образом можно проиллюстрировать при преобразовании обычного двоичного кода в код Грея на приведенном далее примере для двоичного эквивалента числа 27, которое изображается как 11011. Чтобы преобразовать это число в код Грея, поступаем следующим образом. Старший разряд кода Грея будет таким же, как и старший разряд обычного двоичного кода. Каждый следующий после старшего разряд двоичного кода будет давать в коде Грея «1» при изменении двоичного кода (при переходе от «0» к «1» или наоборот) или «0» при отсутствии изменения в двоичном коде. Таким образом, 11011, или число 27 в обычном двоичном коде, в коде Грея изображается как 10110.

Двоично-кодированный десятичный код (ДДК) типа 8—4—2—1 является кодом, в котором каждый разряд представляется четырьмя двоичными разрядами. Если исходить из старшего разряда этого ДДК, следующий менее значащий разряд представляет вес 0,1. Последующий за старшими разрядами младший разряд имеет вес 0,01, а каждой четверке может быть присвоено любое значение от 0 до 9. Такой код широко применяется в цифровом вольтметре и на входах измерительного щита управления, а создается он входным АЦП.

Имеется несколько других кодов, многие из которых являются сочетаниями или комбинациями данных основных кодов. Однако основные коды уже упоминались при рассмотрении множества кодов, используемых в настоящее время в аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователях. Все эти коды перечислены Таблица 6 .10, из которой видно, как они различаются для гипотетического диапазона напряжений.

Таблица 6.10. Наиболее распространенные типы цифровых кодов

Однополярные коды
Аналоговое напряжение, мВ	Прямой двоичный	Двоично-кодированный десятичный типа 8-4-2-1
0…128 128…256 256…384 384…512 512…640 640…768 768…896 896…1024	000 001 010 011 100 101 110 111	0001 0010 1000 0010 0101 0110 0011 1000 0100 0101 0001 0010 0110 0100 0000 0111 0110 1000 1000 1001 0110 свыше 0,999 недопустимо
Биполярные коды
Аналоговое напряжение, мВ	Двоичный со смещением	С дополнением до 1
-512…-384 -384…-256 -256…-128 -128…0 0…+128 +128…+256 +256…+384 +384…+512	000 001 010 011 100 101 110 111	000 001 011 010 110 111 101 100
Биполярные коды
Аналоговое напряжение, мВ	С дополнением до 2	Грея
-576…-448 -448…-320 -320…-192 -192…-64 -64…+64 +64…+192 +192…+320 +320…+448	100 101 110 111 000 001 010 011	000 001 011 010 110 111 101 100