Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи Принцип аналого-цифрового преобразования

В большинстве случаев, в системах контроля входными данными являются аналоговые данные, т.е. сигналы, непрерывно меняющиеся во времени. Для того, чтобы обрабатывать такой сигнал с помощью цифровой ЭВМ применяются АЦП. В преобразовании из аналоговой формы в цифровую можно выделить три основных процесса:    1) дискретизация;    2) квантование;    3) кодирование; Рассмотрим эти процессы.

1) дискретизация -из непрерывного во времени сигнала выбираются отдельные момента времени. Интервал Т- тактовый интервал времени, а момент t₀,t₁,t₂ и т.д.- тактовые моменты времени. Частота, с которой следуют тактовые моменты времени - это частота дискретизации. Чем больше частота дискретизации, тем меньше интервал времени и тем точнее можно восстановить исходный сигнал. 2) квантование и кодирование- сетка величин, называемых уровнями квантования, сдвинутых относительно друг друга на величину d (шаг квантования). Уровнем квантования приписываются порядковые номера. Затем полученные в результате дискретизации значения входного аналогового напряжения заменяются ближайшими к ним уровнями квантования. Чем меньше шаг квантования, тем точнее можно восстановить исходный сигнал. Процесс кодирования - округленные значения номеров, полученные в результате квантования заменяются двоичными значениями. В результате преобразования возникает так называемый шум квантования. Уменьшения этого шума достигается уменьшением шага квантования и частоты дискретизации.

 

Принцип действия цифро-аналогового преобразования

Схема с суммированием напряжений Триггера с 1-ого по n-ый образуют регистр, в который записывается число в двоичной форме. Это число преобразуется в непрерывный аналоговый сигнал. Напряжение с выходов триггера передаётся на вход ЦАП через ОУ, который работает в режиме суммирования напряжений. Для каждого триггера, сигнал с которого идёт на аналоговый сумматор (ОУ), справедливо выражение:

Таким образом, напряжение с выхода триггера n-ого разряда поступает на выход усилителя с коэффициентом передачи; Если в состоянии 1 находятся триггеры нескольких разрядов, то напряжение на выходе ОУ равно сумме напряжений, передаваемых на выход ЦАП от отдельных разрядов двоичного числа в регистре: U_вых.=E*R_n*a_n+E*R_n-1*a_n-1+…+E*R₁*a₁; где N-число в регистре, записанное в 10 с/с; Е-напряжение источника питания. Рассмотрим работу ЦАП на примере двоичного счётчика. эти значения подаются на регистр:   Согласно формуле для комбинации 00 -> R=0 и U_вых=0 (участок 1). При комбинации 01 : (участок 2). При  комбинации 10: (участок 3). При 11: (участок 4). Недостатки данной схемы:     1. Используются высокочастотные резисторы с различными значениями сопротивлений.     2. Трудно обеспечить высокую точность выходного напряжения на триггерах. Данные недостатки устраняются следующей схемой. Для трёхразрядного числа она выглядит так:

Первый недостаток устранён за счёт того, что используются резисторы только двух номиналов R и 2R, причём большой точности для них не требуется. Второй недостаток предыдущей схемы за счёт того, что на выход подаётся не сигнал с триггеров, а сигнал с электронных коммутаторов К1, К2, К3, триггеры служат для управления этими коммутаторами, т.е. нет необходимости изготавливать триггеры с точными значениями напряжения на выходе. Схема работает следующим образом: Допустим на вход подаётся сигнал 100. Тогда схема будит скоммутирована следующим образом: В результате преобразований мы получили схему номер 3 и U_вых=Е/3, для общего случая A₃=Е/3. Аналогично 0(а₃)1(а₂)0(а₁) А₂= Е/3; 001 А₂=Е/3. Когда 1 более чем в одном разряде, то

 

Ключевые устройства.

Ключ работает следующим образом: когда триггер установлен в единицу, на VT1 подаётся 1 и он открывается; на VT2 подаётся 0-он закрыт. В итоге на выходе -Е(уровень 1). Когда триггер находится в 0 VT2 открыт, VT1 закрыт. На выходе 0.