Оглавление

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 2

Лекция №1. Параллельные АЦП 2

Лекция №2. АЦП последовательного приближения 4

Лекция №3. АЦП последовательного счёта 6

Лекция №4. АЦП двойного интегрирования 8

Лекция №5. Правила преобразования чисел из двоичного кода в двоично-десятичный и наоборот 11

Системы сбора данных 14

Лекция №6. Устройства выборки-хранения (УВХ) 14

Лекция №7. Аналоговые мультиплексоры. Основные характеристики. Простейшая схема замещения 16

Лекция №8. Системы сбора данных (ССД). Примеры реализации многоканальных ССД 18

Лекция №9. Правила подключения индикатора к МК и порядок передачи в него данных 20

Аналого-цифровые преобразователи (ацп) Лекция №1. Параллельные ацп

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП, англ. Analog-to-digital converter, ADC) — устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал). Обратное преобразование осуществляется при помощи ЦАП.

АЦП являются устройствами, которые принимают входные аналоговые сигналы и генерируют соответствующие им цифровые сигналы, пригодные для обработки микропроцессорами и другими цифровыми устройствами.

Параллельные ацп

АЦП этого типа осуществляют квантование сигнала одновременно с помощью набора компараторов, включенных параллельно источнику входного сигнала. На Рис. 1.1 показана реализация параллельного метода.

Рассмотрим аналого-цифровое преобразование для 3-разрядного числа. С помощью трех двоичных разрядов можно представить восемь различных чисел, включая нуль. Следовательно, необходимо семь компараторов. Семь соответствующих эквидистантных опорных напряжений образуются с помощью резистивного делителя.

Рис. 1.1. Схема параллельного АЦП

Если приложенное входное напряжение не выходит за пределы диапазона от ⁵/₂h до ⁷/₂h , где h = V_REF/7 - квант входного напряжения, соответствующий младшему значащему разряду АЦП, то компараторы с 1-го по 3-й устанавливаются в состояние 1, а компараторы с 4-го по 7-й - в состояние 0. Vref - refernce voltage стабилизированное напряжение используемое для установки входного или выходного напряжения. Преобразование этой группы кодов в трехзначное двоичное число выполняет логическое устройство, называемое приоритетным шифратором, диаграмма состояний которого приведена в Таблице 1.1.

Входное напряжение	Состояние компараторов	Выходы
0	0000000	000
1	0000001	001
2	0000011	010
3	0000111	011
4	0001111	100
5	0011111	101
6	0111111	110
7	1111111	111

Таблица 1.1. Таблица состояний параллельного АЦП.

Подключение приоритетного шифратора непосредственно к выходу АЦП может привести к ошибочному результату при считывании выходного кода. Рассмотрим, например, переход от трех к четырем, или, в двоичном коде, от 011₂ к 100₂. Если старший разряд вследствие меньшего времени задержки изменит свое состояние раньше других разрядов, то временно на выходе возникнет число 111, т.е. семь. Величина ошибки в этом случае составит половину измеряемого диапазона. Так как результаты аналого-цифрового преобразования записываются, как правило, в запоминающее устройство, существует вероятность получения неверной величины. Решить эту проблему можно, например, с помощью устройства выборки и хранения (УВХ). Некоторые ИС параллельных АЦП (например МАХ100) снабжаются быстродействующими УВХ, имеющими время выборки порядка 0.1 нс. Другой путь состоит в использовании кода Грея, характерной особенностью которого является изменение только одной кодовой позиции при переходе от одного кодового значения к другому. Наконец, в некоторых АЦП (например, МАХ1151) для снижения вероятности сбоев при параллельном аналого-цифровом преобразовании используется двухтактный цикл, когда сначала состояния выходов компараторов фиксируются, а затем, после установления состояния приоритетного шифратора, подачей активного фронта на вход синхронизации выходного регистра в него записывают выходное слово АЦП.

Как видно из Таблице 1.1, при увеличении входного сигнала компараторы устанавливаются в состояние 1 по очереди - снизу вверх. Такая очередность не гарантируется при быстром нарастании входного сигнала, так как из-за различия во временах задержки компараторы могут переключаться в другом порядке. Приоритетное кодирование позволяет избежать ошибки, возможной из-за этого обстоятельства, поскольку единицы в младших разрядах не принимаются во внимание шифратором.

Благодаря одновременной работе компараторов параллельный АЦП является самым быстрым. Например, восьмиразрядный преобразователь типа МАХ104 позволяет получить 1 млрд отсчетов в секунду при времени задержки прохождения сигнала не более 1.2 нс. Недостатком этой схемы является высокая сложность. Действительно, N-разрядный параллельный АЦП сдержит 2^N-1 компараторов и 2^N согласованных резисторов. Следствием этого является высокая стоимость (сотни долларов США) и значительная потребляемая мощность. Тот же МАХ104, например, потребляет около 4 Вт.