3.11. Цифро-аналоговый преобразователь
Для обратного преобразования цифровых сигналов в аналоговую форму применяют цифро-аналоговые преобразователи, которые сокращенно называются ЦАП. Структура ЦАП показана на Рис.61а. Основой этого преобразователя является суммирующий элемент, на вход которого одновременно подаются два сигнала, один из них опорный другой цифровой. На выходе суммирующего элемента получают постоянный по уровню аналоговый сигнал.
Принцип преобразования цифрового сигнала в аналоговую форму заключается в сложении нескольких ступеней опорного сигнала в одну ступень постоянно дискретного уровня. Для этого на суммирующем элементе преобразователя складывают лишь те ступени опорного сигнала, для которых в соответствующих разрядах цифрового сигнала присутствуют единичные символы. Например, для цифрового сигнала с кодом «0011010» необходимо сложить в один уровень (начиная
Рис. 61. Структура и принцип работы ЦАП.
с младшего разряда) вторую, четвертую и пятую ступени опорного сигнала Рис. 61в.
Такое преобразование производится параллельно по всем единичным разрядам цифрового кода в течении времени «t1» сразу же после образования или пересылки этого кода. В общем случае, когда кода цифрового сигнала следуют дискретно один за другим с некоторым интервалом «t1» итоговый аналоговый сигнал получается ступенчатого типа (Рис.61г.). Однако аналоговые, исполнительные устройства обладают значительной инерционностью (за счет индуктивности или емкости), поэтому они своей характеристикой сглаживают эту ступенчатость аналогового выходного сигнала.
Принципиальное устройство ЦАП показано на Рис. 62. В качестве суммирующего элемента в нем используется операционный усилитель с отрицательной обратной связью. На вход этого усилителя через открытые транзисторные ключи (Т1, Т2, Т3, Т4) одновременно подаются ступени опорного напряжения через сопротивления (R1, R2, R3, R4). Состояние транзисторных ключей (открыто или закрыто) определяется состоянием триггеров параллельного регистра, входящего в состав этого преобразователя, которые в свою очередь управляют состоянием логических ключей «И». В момент подачи сигнала управления на логические ключи «И» открываются только те транзисторы, которые подключены к логическим ключам «И» тех триггеров регистра, в которых записаны единичные символы кода цифрового сигнала. Триггеры с нулевыми символами этих ключей открывать не будут. Вся процедура преобразования происходит за время (t1) подачи сигнала управления. Перед подачей следующего сигнала управления в параллельном регистре преобразователя должен смениться код цифрового сигнала.
Рис. 62. Принципиальное устройство АЦП.
4. Элементы микропроцессорных систем.
В отличии от аналоговых систем автоматики, структура которых определяется структурой алгоритма управления, цифровые системы автоматики имеют постоянную структуру, а их функциональное назначение определяется только программой (алгоритмом) управления.