Введение

При построении цифровых систем управления и контроля, в частности с использованием микропроцессоров (МП), для их сопряжения с аналоговыми датчиками и исполнительными устройствами используют специальные аналого-цифровые (АЦП) и цифро-аналоговые (ЦАП) преобразователи.

АЦП производит преобразование аналогового сигнала, имеющего бесконечное множество значений (такой сигнал называется непрерывным или континуальным), в сигнал с конечным множеством значений (определяемым количеством ступеней квантования по уровню), а также его временную дискретизацию, т.е. преобразование сигнала, описываемого функцией непрерывного времени, в сигнал, представляемый функцией дискретного времени.

ЦАП производит обратное преобразование цифрового сигнала, представленного набором дискретных отсчетов, в аналоговый, обладающий амплитудной и временной непрерывностью.

Основными характеристиками АЦП являются: разрешающая способность, точность и быстродействие. Разрешающая способность R определяется разрядностью (т.е. количеством дискретных значений выходного сигнала преобразователя) и максимальным диапазоном входного аналогового напряжения U_{вх макс};

Рис. 1 – График разрешающей способности R.

Быстродействие АЦП характеризуется временем преобразования t_с, т.е. интервалом времени от момента изменения сигнала на управляющем входе АЦП до момента появления на его выходе установившегося двоичного кода, соответствующего значению входного аналогового сигнала.

Точность преобразования характеризуется абсолютной погрешностью полной шкалы σ_пш, нелинейностью σ_л , дифференциальной нелинейностью σ_лд и монотонностью характеристики преобразования (ХП).

Абсолютная погрешность преобразования в конечной точке шкалы σ_пш определяется отклонением фактического выходного сигнала преобразователя от теоретического (вычисленного для идеального преобразователя) в конечной точке ХП. Измеряется σ_пш в единицах младшего разряда преобразования (ЕМР) либо в единицах напряжения (тока).

Дифференциальная нелинейность σ_лд определяется отклонением действительного значения шагов квантования от их среднего значения.

Нелинейность σ_{л –} это отклонение входного напряжения, соответствующего заданной точке ХП от значения, определяемого для идеальной ХП в этой же точке. Может определяться как в абсолютных (вольты), так и в относительных (ЕМР) единицах.

Монотонность ХП – это неизменность знака приращения выходного сигнала АЦП при неизменном знаке приращения входного сигнала.

Графическое представление рассмотренных выше статических ошибок преобразования АЦП приведено на рис. 2.

Рис.2 – Статические ошибки преобразования АЦП.

В нашем случае при проработке АЦП ограничимся учетом значений R и σ.

В зависимости от метода преобразования и способа его реализации известны много АЦП различных типов. В настоящее время разработаны АЦП с использованием методов последовательного счета, поразрядного уравновешивания, двойного (двухкратного) интегрирования, с преобразованием напряжения в частоту, с преобразованием напряжения в интервал, параллельного преобразования и на основе дельта-преобразования.