Преобразователи напряжение-частота

На базе преобразователей напряжение-частота (ПНЧ) могут быть построены интегрирующие АЦП, обеспечивающие относительно высокую точность преобразования при низкой стоимости. Существует несколько видов ПНЧ. Наибольшее применение нашли ПНЧ с заданной длительностью выходного импульса (Рис. 7.17). Работает ПНЧ следующим образом. Под действием положительного входного сигнала U_вх напряжение U_и на выходе интегратора И уменьшается. При этом ключ S разомкнут. Когда напряжение U_и уменьшится до нуля, компаратор К переключается, запуская тем самым одновибратор. Одновибратор формирует импульс стабильной длительности Т_и, который управляет ключем. Последовательность этих импульсов является выходным сигналом ПНЧ. Ключ замыкается и ток I_оп в течение Т_и поступает на вход интегратора, вызывая увеличение выходного напряжения интегратора. Далее описанный процесс снова повторяется.

Импульсы тока I_оп уравновешивают ток, вызываемый входным напряжением U_вх. В установившемся режиме

.

   Отсюда следует

,                  (7.6)

где U_вх.ср - среднее значение входного напряжения за период Т. Выражение (7.6) показывает, что точность преобразования определяется точностью установки опорного тока I_оп, точностью выдержки длительности импульса одновибратора Т_и, а также точностью резистора R. Емкость конденсатора интегратора не оказывает влияния на частоту ПНЧ.

Рис. 7.18. Блок-схема АЦП на основе ПНЧ

    Таким образом, по существу ПНЧ преобразует входное напряжение в унитарный код. Для его преобразования в двоичный позиционный можно использовать счетчик. Схема интегрирующего АЦП на базе ПНЧ приведена на рис. 7.18. Двоичный счетчик подсчитывает число импульсов, поступивших от ПНЧ за период Т_отсч=1/f_отсч, задаваемый отсчетными импульсами, которыми содержимое счетчика заносится в выходной регистр-защелку. Вслед за этим происходит обнуление счетчика. Число импульсов n, подсчитанных счетчиком за время Т_отсч,

.

    Здесь U_вх.ср - среднее значение входного напряжения за весь период Т_отсч.

    Можно заметно повысить точность ПНЧ, если вместо одновибратора включить тактируемый импульсами стабильной частоты D-триггер. Несложно убедиться (см. рис. 106), что в этом случае ПНЧ превращается в однобитный сигма-дельта модулятор.

8. Элементы цифровой индикации

Индикаторы предназначены для отображения различных видов информации для человека. Простейший вид информации - это двоичная информация. Например: исправен предохранитель или вышел из строя, включено питание или нет, задействован режим передачи или нет.

Особым видом двоичной информации можно считать пиктограммы, то есть небольшие картинки. Примером таких картинок можно назвать батарейку или антенну, вертикальные линии, отображающие уровень заряда этой батарейки или уровень принимаемого сигнала, колокольчик, будильник и т. п. Пример изображения пиктограмм приведён на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Пример пиктограмм

  Часто требуется отображать десятичную информацию. В этом случае используется десятиразрядный бинарный код. Каждому разряду ставится в соответствие изображение символа десятичной цифры. В этом смысле десятичный код практически не отличается от пиктограммы. Пример такого индикатора приведен на рис. 8.2. В каждый момент времени на индикаторе может отображаться только один символ из всех возможных.

Рис. 8.2. Пример десятичного индикатора

С целью экономии количества разрядов и упрощения конструкции индикаторов были придуманы семисегментные индикаторы. В них информация формируется при помощи семи сегментов. Изображение такого индикатора приведено на рис. 8.3.

Рис. 8.3. Изображение семисегментного индикатора и название его сегментов

Использование семисегментных индикаторов позволяет сформировать все десятичные цифры и часть букв. Однако не все символы могут быть отображены на этом индикаторе. Для отображения всех цифр, символов и букв алфавита в настоящее время используются матричные индикаторы. Наиболее распространены матричные индикаторы 5x7. Пример изображения на таком индикаторе буквы S приведён на

рис. 8.4.

Рис. 8.4. Пример изображения буквы S на матричном индикаторе 5x7.

Для отображения перечисленных видов информации можно воспользоваться различными индикаторами, такими как малогабаритные лампочки накаливания, газоразрядные индикаторные лампы, жидкокристаллические или светодиодные индикаторы. Рассмотрим подробнее преимущества и недостатки каждого из этих видов индикаторов.