24.3 Цифро – аналоговые преобразователи (цап)
Цифро - аналоговые преобразователи (Digital – to - Analog Converter) служат для преобразования n- разрядного кода в аналоговый сигнал тока или напряжения.
Для построения ЦАП применяют схему, резисторы которой имеют величину, кратную степени 2, т.е. R, 2R, 4R, 8R, 16R и т.д. при R=1Oм. Выходное напряжение, формирующееся на нагрузке Rн равно: Uвых = Е*Rн/Rэ + Rн.
Транзисторные ключи q1,q2,q3,q4 = 0 или 1 и управляются разрядами кода, а через разрядные резисторы протекают токи кратные степени 2 и суммируются на нагрузке.
Один квант напряжения примерно равен e0 = E/2n*R
, а эквивалентная проводимость - 1/ Rэ = 1/R*q1 + 1/2R*q2 + 1/4R*q3 + 1/8R*q4 и т.д.
На рис. 24.7. приведена функциональная схема ЦАП и диаграмма его работы.
Рис. 24.7 Функциональная схема и диаграмма ЦАП.
При V1 = 16 B и n = 4, значение кванта напряжения е0 = V1/2n = 16/16 =1B.
На диаграмме видно, что в диапазоне кодов от 0000 до 1111, ЦАП формирует ступенчатое нарастающее напряжение от 1 до 16 В.
24.4. Аналого – цифровые преобразователи (ацп)
Аналого - цифровые преобразователи (Analog – to – Digital Converter) служат для преобразования аналогового сигнала тока или напряжения в n- разрядный код.
Построение аналого - цифровых преобразователей связано с процессами дискретизации и квантования аналоговых сигналов.
Квантование - это процесс представления аналоговой величины дискреными квантами по соответствующей шкале.
Дискретизацией называется процесс представления аналоговой величины дискретными отсчетами во времени. Указанные преобразования применяются по отдельности к аналоговой величине или совместно.
Число уровней квантования N определяется по очевидной формуле: N - 1 = Umax - Umin/q, где Umax, Umin - нижний и верхний пределы изменения аналоговой величины, q- шаг квантования.
Относительная погрешность квантования равна отношению абсолютной погрешности Dky квантования к разности пределов аналоговой величины dky = Dky/Umax - Umin*100%. Очевидно, что Dky равна q/2 либо q , следовательно q = dky * (Umax - Umin)/50 при Umin = 0 q = dky *Umax /50.
Подставив в выражение для N значение q имеем N = 50/ dky +1, a
для Dky = q N = 100/ dky +1 .
Число разрядов кода n = ]log 2N[, где ][ - знак округления в большую сторону.
В настоящее время применяются АЦП пространственного кодирования, последовательного приближения, параллельного типа и интегрирующего типа.
Пространственные АЦП применяются для считывания штрих - кодов, нанесенных на предметы и товары. Принцип их действия связан с получением разных по интенсивности оптических сигналов при освещении светлых и темных участков штрих - кода.
Принцип действия АЦП последовательного приближения связан с тем, что код в основном регистре меняется так, что происходит уравновешивание входного напряжения другим напряжением, снимаемым с ЦАП, присоединенному к данному регистру. Уравновешивание начинается со старшего разряда регистра, который устанавливается в лог.1, после чего оценивается знак разности между входным напряжением и напряжением, формируемым ЦАП. Если знак положительный, то данный разряд регистра остается включенным, если же знак отрицательный, то разряд регистра сбрасывается в лог.0. Далее преобразование происходит аналогично и в результате в регистре формируется код аналоговой величины.