4.8. Аналого-цифровые преобразователи (ацп)

АЦП преобразует информацию о сигнале в аналоговой форме, т.е. о напряжении, непрерывно меняющемся во времени, в информацию о нем в форме цифрового кода – обычно в двоичной системе счисления. Они применяются, например, в арифметико-логических устройствах; устройствах ввода информации в управляющую ЭВМ от датчиков состояния объекта управления.

Различают последовательные и параллельные АЦП. Рассмотрим как наиболее распространенные параллельные АЦП.

На рис.4.28, а приведена принципиальная схема параллельного АЦП на два разряда m = 2 на основе 2^m – 1 = 3 компараторов.

Рис.4.28. Принципиальная схема параллельного АЦП (а) и

временные диаграммы его работы (б)

Опорные напряжения для компараторов задаются источником постоянной ЭДС Е₀ и делителем напряжения на резисторах. Работа преобразователя при значении ЭДС Е₀ = 3 В и опорных напряжениях компараторов 0,5; 1,5 и 2,5 В иллюстрирует рис.4.28, б. Если значение ЭДС преобразуемого сигнала Е_С < 0,5 В, то напряжения на выходах всех компараторов имеют отрицательные значения и цифровой код на выходе преобразователя равен 00. При увеличении напряжения преобразуемого сигнала сначала в интервале 0,5 В ≤ Е_С ≤ 1,5 В изменится значение напряжения с отрицательного на положительное на выходе только компаратора 1, затем при 1,5 В ≤ Е_С ≤ 2,5 В – компараторов 1 и 2 и, наконец, при 2,5 В ≤ Е_С – всех компараторов. Устройство на основе логических элементов НЕ, И и ИЛИ, показанное на рис.4.28, а внутри штриховой линии, преобразует совокупность сигналов с выходов компараторов в цифровой код.

4.9. Цифро-аналоговые преобразователи (цап)

ЦАП преобразует цифровой двоичный код в аналоговое выходное напряжение. Это позволяет, например, использовать цифровой двоичный код для управления работой исполнительных механизмов, таких как электрические двигатели, реле, выключатели.

Имеется несколько типов ЦАП. Здесь рассмотрен ЦАП с двоично-взвешенными сопротивлениями на основе инвертирующего сумматора напряжений.

На рис.4.29 показана принципиальная схема четырехразрядного ЦАП с двоичными весами сопротивлений резисторов в цепях разрядов. Сопротивление цепи старшего разряда R, младшего разряда – 8R.

Рис.4.29. Принципиальная схема четырехразрядного ЦАП с двоичными весами сопротивлений резисторов в цепях разрядов

Напряжение на выходе ЦАП при U_CK = E₀ получим

,

где наличие или отсутствие слагаемых в выражении для коэффициента усиления напряжения совпадает с включенным ключом в цепи соответствующего разряда. Ключами обычно служат транзисторы, базовые цепи которых подключаются к источнику цифровых сигналов в двоичной системе счисления.

Вопросы для самопроверки

1. Формы и параметры импульсов.

2. Привести ключевую схему транзистора и построить линию нагрузки на выходных характеристиках.

3. Пояснить процесс переключения транзистора на диаграммах.

4. Схема и принцип действия простейшего генератора на транзисторе.

5. Схема и принцип действия мультивибратора.

6. Схема и принцип действия компаратора.

7. Перечислите логические операции.

8. R-S триггеры: таблица истинности и УГО.

9. D-триггеры: таблица истинности, УГО и временные диаграммы.

10. J-K триггеры: УГО и принцип действия.

11. Работа суммирующего счетчика импульсов.

12. Назначение шифратора.

13. Назначение дешифратора.

14. Регистры. Назначение. Типы.

15. Параллельные регистры.

16. Назначение и работа АЦП.

17. Назначение и работа ЦАП.