3. Ацп прямого перетворення
АЦП прямого перетворення є найбільш простими і часто вбудовуються безпосередньо в датчики. Розглянемо як приклад перетворювач постійної позитивної напруги в частоту (рис.4, а).
Рис.4 АЦП прямого перетворення (а) і осцилограми його роботи (б)
АЦП виконаний на двох ОП, підсилювач OU1 включений у режимі інтегратора, а підсилювач OU2 — у режимі регенеративного компаратора з гистерезисом. Коли вихідна напруга компаратора Uf має максимальне позитивне значення Ui, діод VD зміщений у зворотному напрямку і напруга Us на виході OU1 (див. осциллограми на рис.4, б) зменшується по лінійному законі зі швидкістю, обумовленою амплітудою вхідного позитивного сигналу Ui, доти, поки не досягне значення UiRl/R2. У цей момент компаратор переключається в інший стан, при якому напруга на його виході дорівнює максимальному негативному значенню Us, діод VD відкривається і вихідна напруга інтегратора швидко наростає до значення U2R1/R2. При цьому компаратор повертається в первісний стан і цикл повторюється.
Тому що час наростання вихідної напруги інтегратора значно менше часу спаду, що назад пропорційно амплітуді вхідного сигналу, частота циклів повторення F буде прямо пропорційна вхідній напрузі. Зневажаючи власним часом переключення компаратора, можна записати наступний вираз для частоти вихідних імпульсів:
(2)
Насправді розмах напруги Us на виході OU1 трохи більше величини (R1/R2)(U1-U2) через відмінний від нуля значення часу переключення компаратора, а частота відповідно менше значення, обумовленого вираженням (11.2), причому ця розбіжність буде особливо значним при великих амплітудах вхідного сигналу.
З зазначеними на рис.4, а номіналами елементів схема повинна забезпечувати лінійність перетворення не гірше ±1% у діапазоні зміни вхідних напруг 20 мв...10 В, при цьому частота вихідних імпульсів F повинна змінюватися від 20 Гц до 10 кгц [25].
Контрольні питання і завдання
1. Що таке АЦП прямого перетворення, у яких пристроях його доцільно застосовувати?
2. Відкрийте файл cap3.ewb. Перевірте працездатність схеми на рис. 4, а і досліджуйте залежність частоти вихідного сигналу від вхідної напруги в діапазоні 20 мв...10 В. Перевірте справедливість формули (.2).
5 Бібліотечні цап і ацп
У бібліотеці програми EWB 5.12 перетворювачі представлені 8-розрядними ЦАП і АЦП.
Схема включення бібліотечного ЦАП приведена на рис. 5. Вона містить власне ЦАП (DАС V) два джерела опорної напруги +Uop і -Uop, генератор слова й осциллограф
Вихідна напруга ЦАП визначається виразом :
де D — десятковий еквівалент вхідного двоичного коду (наприклад, при вхідному коді 00000011 D=3).
Задаючи відповідні кодові комбінації на виході генератора слова, можна за допомогою осциллографа вимірити максимальну вихідну напругу ЦАП, а також мінімальну,
Рис. 5 Схема включення бібліотечного ЦАП
відповідну молодшому розряду що визначає розрізьнювальну здатність здатність ЦАП. Нумерація розрядів показана на графічному значку ЦАП, осциллограмма— на рис. 6.
Рис. 6. Осцилограма роботи библиотечного ЦАП
Для ЦАП з опорними джерелами струму +Iop, -lop
струм прямого й інверсного виходу визначається відповідно формулами :
Схема включення бібліотечного АЦП показана на рис. 7. У її склад входять власне АЦП (ADC), джерела опорної напруги, генератор слова для синхронізації і керування виходом АЦП, функціональний генератор як джерело вхідного сигналу Ui, логічний аналізатор, перетворювач двоичный код-код ASCII і осциллограф.
Призначення виводів АЦП: VIN — підключення джерела перетвореного сигналу; VREF+, VREF- — підключення джерел опорної напруги; SOC — вхід синхронізації; ОЕ — дозвіл на видачу вихідної двоичной комбінації на виходи DO...D7; ЕОС — сигнал готовності даних (наприклад, при видачі даних на ЕОМ).
Для заданого значення вхідної напруги Ui, зафіксованого, наприклад, за допомогою пристрою вибірки і збереження , десятковий еквівалент двоичного коду на виході АЦП визначається виразом :
Рис. 7. Схема включення бібліотечного АЦП
Рис. 8 Діаграми роботи бібліотечного АЦП
Рис. 9 Вид вікна для запису в текстовий файл
Пристрій ASCII дозволяє записати дані в текстовий файл. Після подвійного щиглика по його зображенню викликається діалогове вікно, показане на рис. 9, де вказується ім'я файлу. За замовчуванням у меню пропонується ім'я схемного файлу, що має розширення.txt.
Отримані дані з АЦП можна аналізувати за допомогою логічного аналізатора й осциллографа. Дані на екрані логічного аналізатора при перетворенні синусоїдального сигналу з напругою 1 В и частотою 1 кгц показані на рис. 8.
Початкова ділянка даних на рис. 8 після їхнього перетворення в аналоговий сигнал за допомогою ЦАП показаний у виді осциллограммы на рис.9..
Рис. 10 Осцилограми перетворення сигналів.