Аналого-цифровые и цифрово-аналоговые преобразователи.

Выходные сигналы датчиков независимо от входной переменной чаще всего имеют унифицированный аналоговый вид (напряжение постоянного тока, амплитуда гармонического сигнала). Существует группа датчиков с частотным выходом.

Рис. 34 Аналого-цифровые и цифрово-аналоговые преобразователи.

Усилитель А1 используется для согласования высокоомного выхода U_c и низкоомного входа АЦП. А2 используется как компаратор . R_fl - балласт А1 и А2 операционные усилители (дифф. типа) . A3 интегратор (его ноль подстраивается).

Операционный усилитель: А1 согласовыватель, А2 - компаратор, A3 аналоговый интегратор; в котором ключи К1 и К2 переключаются синхронно. Величина RC выбирается из соображений заданной погрешности дискретности при заданной частоте заполняющих импульсов.

Достоинство: простота реализации, дешевизна.

Недостаток: зависимость времени преобразования от преобразуемого сигнала.

Существенное влияние на погрешность оказывает дрейф нуля усилителя A3.

Интегрирующий ацп со счетчиком.

Рис. 35 Интегрирующий АЦП со счетчиком.

ТГ - тактовый генератор; СИ счетчик импульсов.

Недостаток: время преобразования зависит от преобразуемого сигнала, влияние

дрейфа нуля отсутствует.

Ацп с двойным интегрированием.

Рис. 36 АЦП с двойным интегрированием.

Ф - формирователь;

ДЧ - делитель частоты.

Длительность первого такта г определяется ДЧ и Ф . На это время к интегратору подключается U_c и к концу первого такта на выходе интегратора

устанавливается напряжение пропорциональное U_c.

Потом подключается U_0. В первом такте скорость изменения напряжения на выходе интегратора определяется U_c, то во втором такте скорость постоянна, не зависит от U_c и определяется опорным напряжением U_0.

Уменьшение помехи во втором такте, происходит по выбору RC, что делает время преобразования и малым и большим. С ростом времени преобразования, полезный сигнал накапливается, помеха изменяется гармонически,

всегда .< С ростом сигнала, доля помехи в сигнале уменьшается.

Сократить время преобразования в сравнении с ранее рассмотренным, и сделать это независимо от преобразуемого сигнала, позволяет метод поразрядного уравновешивания.

Ацп с поразрядным уравновешиванием

Рис. 37 АЦП с поразрядным уравновешиванием

РПП - регистр последов, прибл.

Логическая схема, последов, начиная со старших разрядов, установл. В РПП1.

Если на выходе ЦАП, в соответствии с единицей образуется сигнал больше U_c,

то единица отбрасывается (см. рисунок). Если компаратор не сработал в соответствующем разряде единица остается. После выполнения п тактов, в соответствии с разрядностью ЦАП и РПП, в В РПП получаем код пропорциональный сигналу. Обычно размерность от 10 до 12 разрядов.

Рис. 39 Следящая АЦП

Два компаратора в схеме выбирают момент (12,13) когда ступенчато изменяющееся напряжение достигает U_c. Компараторы срабатывают одновременно. Их выходные сигналы являются сигналами управления реверсивного счетчика. В установившемся режиме U_c, в любой момент

времени код в реверсивном счетчике соответствует U_c с точностью не хуже 1

младшего разряда. Он доступен в любой момент. В установившемся режиме понятие время преобразования отсутствует.

Бывают цепочные (конвейерные) АЦП, которые подбирают разряды лавинообразно за счет переходных процессов. Наибольшее быстродействие можно получить в параллельных АЦП .

Рис. 40

В зависимости от величины U_c, срабатывает определенное количество

контроллеров, тем больше, чем больше U_c. Воспринимая значения на выходе компараторов как 1 и 0 получаем унитарный код U_c, с помощью шифратора он

преобразуется в двоичный код.

Время преобразования - это время срабатывания одного компаратора и шифратора . (20-50 нано с.).

Недостаток: объем оборудования возрастает до 2", где п - количество разрядов.

Построить АЦП необходимой разрядности с необходимым быстродействием можно по комбинированной последовательно-параллельной схеме. Схемы разбивают на секции, обычно по тетрадно (четыре ряда) это 16 компараторов

Рис. 41 АЦП необходимой разрядности

Входное напряжение £/_с. преобразовывается в четырехразрядный код разряды

которого считаются старшими разрядами выходного кода. АЦП параллельное, т. е. Быстродействие очень высокое. Код поступает на выход старшего разряда и кроме того преобразуется в напряжение, которое на операционном усилителе, вычитается на входе операционного усилителя. Эти разностное напряжения усиливается в 16 раз чтобы использовать такой же АЦП для младших разрядов (это называют восстановлением шкал.) Преобразованное в АЦП напряжение, в виде кода приписываются младшими разрядами к предыдущему коду.

RC цепочка на инверсном входе усилителя используется для задержки сигнала на время срабатывания АЦП и ЦАП.

Рис. 42 АЦП с промежуточным частотным преобразованием.

ОВ - одновибратор;

Ф - формирователь;

RS - реверсивный счетчик.

Крутизна изменения выходного интегратора А1 зависит от U_L. (см рисунок). По достижению этим напряжением U эталонного, срабатывает компаратор 12, если U_c отрицательно, и 13 если положительно. При этом запускается одновибратор, формирующий импульс стабильной длительности, далее этот импульс формируется по амплитуде одним из формирователей. С выхода формирователя импульсы поступают в качестве сигналов ОС на вход интегратора , чем обеспечивается разряд конденсатора. Л С/ определяется вольт-секундой площадью импульса . Полученный таким образом вольт-частотный сигнал пропорционален U_с и используется для получения выходного кода (цифровое измерение частоты).

Для получения строба с заданной длительностью используется триггер Т , тактовый генератор ТТ , схема 3 , и счетчик G . Сигнал «пуск» сбрасывает счетчики в «О» и переводит RS триггер в единичное состояние . При этом открывается сх.З или сх.1, открывая доступ на этот или на иной вход RS в зависимости от полярности входного сигнала. Длительность импульса определяется разрядностью G, импульс переполнения которого возвращает RS в исходное состояние, формируя задний фронт. Все схемы закрываются. Код на выходе RS пропорционален U_c, для + U_t. код прямой, - U_c в дополнительном коде со знаком.

Достоинств: такие АЦП рекомендуется использовать в системах контроля, где используются частотные сигналы. Недостатки: громоздкость, низкая точность.

Цифрово-аналоговые преобразователи.

ЦАП предназначен для получения напряжения постоянного тока соотв. входному коду. Принцип работы основан на суммировании взвешенных токов , соответствующих весам входного тока . В ЦАП выделяют такие компоненты :

1. Источник опорного напряжения (ИОН);

2. Резистивные делители (РД);

3. Ключевые элементы (КЭ);

4. Операционный усилитель для суммирования взвешенных токов.

К ИОН применяются жесткие требования по точности, поскольку его погрешность прямо входит в погрешность преобразования. Для получения высокого быстродействия необходимо использовать делители с малым значением сопротивлений, но при этом снизится точность, т.к. точность изготовления низкоомных резисторов ниже чем высокоомных.

Uc R

Рис. 43 Источник опорного напряжения (ИОН)

Появление на входной шине логической 1 приводит к переключению электронного (бесконтактного ) ключа, и на сумматор подается взвешенное значение тока, ток в соседних ветвях отличается вдвое .

Недостаток: при большой разрядности различие в номиналах сопротивлений получается очень большое. Кроме того, разброс номинала также является слишком большим.

Основное: ИОН работает в очень сильно изменяемой нагрузке. При таком разбросе создать необходимый ИОН невозможно.

Рис.44 Резистивные делители (РД);

Поэтому чаще всего используются ЦАП использующие сетку сопротивлений R-2R . Замечательным свойством этой сетки является то, что в любом узле сетки эквивалентное сопротивление всей части сетки в сторону нагрузки (потребителя) и равно R.

Рис.45 схеме нагрузка на ИОН

В такой схеме нагрузка на ИОН постоянна и равна R , т. е. Не зависит от комбинаций на входе. В изготовлении такие ЦАП гораздо технологичнее, чем ранее рассмотренные (часто изготавливаются в одном кристалле).

Способы ввода видео информации в ЭВМ

При кодировании и вводе в ЭВМ элементов изображения используют две группы методов:

1-ая предусматривает введение информации о каждом элементе .

2-ая предполагает априорные сведения о информации изображения (например, среднее значение яркости фона и объекта)

Первая группа делится на:

1. Введение только яркости всех элементов. Это безадресный ввод информации. Она хранится в виде безадресного массива. Для одного элемента необходимо q бит, если матрица N, объем памяти М, = q-N². Этот метод прост, необходимо немного памяти для одного элемента. Этот метод используется для хранения и вывода изображения на экран.

2. Адресный ввод Каждый элемент со значением яркости сопровождается координатами, п - количество бит необходимое для координат одного элемента, объем памяти М₂ = (q + 2n)N².

Если q = 3, п = 9 то

3. M,=(q + 2n)eN² где ;

4. M₄ = nH_B + (q + n) N² - координаты первых точек всех строк .

5. М₅ = 2nkH_В + q N² - координаты всех точек входа в тело .

Н_а - размер по вертикали (точки)

- объект

К - вхождение в силуэт объекта. q N² - значение яркости.