Лекции / СТКУ_какие_то_лекции

Цифровая система с аналоговым входом и аналоговым выходом может быть представлена (рис.21.1):

рис.21.1

В данной системе шифратор и дешифратор являются специальными устройствами – АЦП и ЦАП.

21.1 Цифроаналоговые преобразователи

Схемотехника цифроаналоговых преобразователей весьма разнообразна. На рис.21.2 представлена общая классификация ЦАП по способам преобразования входного кода и схемам формирования выходного сигнала /2/.

рис.21.2.

Дальнейшую классификацию ИМС цифроаналоговых преобразователей можно провести по ряду специфических признаков, например: по роду выходного сигнала: преобразователи с токовым выходом или с выходом по напряжению; по типу цифрового интерфейса: с последовательным вводом или с параллельным вводом; пo числу ЦАП на кристалле: одноканальные и многоканальные; по быстродействию: низкого, среднего ивысокого быстродействия; по разрядности.

Предположим, что необходимо преобразовать выходные двоичные сигналы с выхода процессора в аналоговый сигнал в диапазоне 0-3В. Для этого необходимо составить таблицу истинности для ЦАП (таблица 21.2):

Входные сигналы ЦАП в виде логической 1 и логического 0 представлены в двоичной форме: логическая 1 – соответствует уровню от +3 до +5В; логический 0 0В.

Как видно из таблицы каждый шаг по таблице «вниз» изменяет выходной уровень на 0,2В.

21.2. Общая структурная схема ЦАП

представлена на рис. 21.3:

рис. 21.3

ЦАП состоит из двух блоков: группы резисторов, образующих многозвенную регистровую схему лестничного типа (резистивную матрицу), и операционного усилителя (ОУ), используемого в качестве суммирующего (масштабирующего) усилителя.

Назначения резистивной схемы – учет весовых коэффициентов для цифровых сигналов (вес 1 на входе B в 2 два раза больше веса на входе A, вес 1 на входе C в 4 раза больше веса на входе A и т.д.).

Назначение усилителя – усилить сигналы с выхода резистивной схемы до уровней, соответствующих таблице 21.2. Основная схема усилителя (рис. 21.4):

рис. 21.4

а коэффициент передачи по напряжению равен KП R0C .

RВХ

21.3. Основная схема простого ЦАП

приведена на рис. 21.5:

рис. 21.5

Особенность схемы – ОУ требует симметричного питания10B (двуполярного, достаточно высокого уровня).

При положении переключателей положение «0» - на выходе ОУ будет UВЫХ 0. Эта ситуация соответствует первой строке таблицы 21.2.

3 0,066 0,2В, что соответствует двоичной комбинации на входе 0001 (строка 2 таблица 21.2).

Подадим комбинацию 0010 (B=1). При этом

10

KП 75 0,133, UВЫХ 3 0,133 0,4В, что соответст-

вует строке 3 таблицы 21.2, и т.д. При установлении A=1, B=1, C=1, D=1 RВХ 10кОм , KП 1 и UВЫХ 3В .

В качестве входного устройства может быть выбран 5- разрядный коммутатор – уровень UВЫХ останется прежним, изменится только «шаг» ступеньки и их количество.

21.4. Цифроаналоговый преобразователь лестничного типа

Одна из возможных схем ЦАП лестничного типа приведена на рис.21.6:

Эту резистивную схему иногда называют R-2R-схемой лестничного типа. Ее преимущество - используются резисторы только двух номиналов: номиналы «горизонтальных» резисторов «лестницы» в два раза больше номиналов «вертикальных» (отсюда и название схемы).

рис.21.6

Работа схемы аналогична предыдущей и ее суть отображена на таблице истинности (табл.21.3).

Входное напряжение 3,75В выбрано как наиболее близкое к уровню ТТЛ–логики, т.е. входы A, B, C и D можно непосредственно присоединять к ИС любой ТТЛ-ИС.

Возможно применение большего числа входов (разряды с весом 16, 32 и т.д.), однако структура входной резисторной цепи останется прежней.

Недостатком первой схемы является необходимость использования резисторов очень высокой точностью и большим диапазоном номиналов, а также невысокая точность преобразования.

таблица 21.3

21.5.Сопряжение цифровых и аналоговых устройств. Аналого-цифровые преобразователи (АЦП)

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) — это устройства, предназначенные для преобразования аналоговых сигналов в цифровые. Для такого преобразования необходимо осуществить квантование аналогового сигнала, т. е. мгновенные значенияаналоговогосигналаограничитьопределеннымиуровнями, называемымиуровнями квантования.

В настоящее время известно большое число методов преобразования напряжение—код. Эти методы существенно отличаются друг от друга потенциальной точностью, скоростью преобразования и сложностью аппаратной реализации. На рис. 21.7 представлена классификация АЦП по методам преобразования.

рис.21.7

В основу классификации АЦП положен признак, указывающий на то, как во времени разворачивается процесс преобразования аналоговой величины в цифровую. В основе преобразования выборочных значений сигнала в цифровые эквиваленты лежат операции квантования и кодирования. Они могут осуществляться с помощью либо последовательной, либо параллельной, либо последовательно-параллельной

процедур приближения цифрового эквивалента к преобразуемой величине.

Наиболее распространенными являются АЦП серий микросхем 572, 1107, 1138 и др. (табл.21.4).

Из таблицы видно, что наилучшим быстродействием обладает АЦП параллельного преобразования, а наихудшим — АЦП последовательного преобразования.

21.5.1. Базовая структурная схема аналого-цифрового преобразователя (АЦП)

АЦП – специальная схема шифратора (шифратор специального типа).

Базовая структурная схема АЦП приведена на рис.21.8. На входе действует изменяющийся аналоговый сигнал, на выходе имеем двоичные сигналы.

рис. 21.8

Таблица истинности представлена в таблице 21.5:

таблица 21.5