8.Устройство и назначение ацп
АЦП преобразует входной аналоговый сигнал технического процесса в двоичный код ЭВМ.
Структурная схема АЦП:
Состоит
из трех основных элементов:
1.Компоратор -устройство сравнения.
2.Цифровой автомат.
3.ЦАП.
Принцип действия:
К – компаратор (устройство сравнения) работает по принципу:
Если
,
то
Если
,
то
ЦА –цифровой автомат.
Если на него подается «1», то работа ЦА разрешена. По сигналу ЭВМ «пуск» начинает шифровать на шине связывающей его ЦАП.
ЦАП в зависимости от поступившего на него кода формирует напряжение UЦАП поступающее на компаратор.
Если напряжение UЦАП<Uвх процесс генерации повторяется, при совпадении или превышении Uвх процесс генерации прекращается.
К
может рассматриваться ЭВМ как сигнал
готовности АЦП, после чего устанавливаемые
на ЭВМ коды считываются в шину данных
ЭВМ.
Например: В какой последовательности можно генерировать?
-
b7
b6
b5
b4
b3
b2
b1
b0
0 0 0 0 0 0 0 0
1). 0 0 0 0 0 0 0 1
2). 1 0
3). 1 1
………………………………………………………
254). 1 1 1 1 1 1 1 0
В зависимости от Uвх время на генерацию.
Отрицательными свойствами таймера в схеме АЦП являются преобразования при различной длительности входного напряжения. Чем выше Uвх , тем выше итерации совершить это неприемлемо.
По этой причине вместо таймеров в качестве ЦА используют регистры последовательного приближения, работающие по методу последовательного приближения.
Принцип последовательного приближения.
Последовательное приближение начинается не с младшего бита, а со старшего бита, вес которого равен половине всего диапазона АЦП. Если измеренное напряжение не входит в диапазон 1/2АЦП (то есть >1/2АЦП), то 1 сохраняется, иначе она устанавливается в 0.
Пример: Преобразовать в двоичный код U =6,5 В, при помощи АЦП имеющего максимальное Uвх =10В методом последовательного приближения.
Пусть старший бит равен 1.
Величина Uэт берется ½ от максимального.
Nит1
Nит2
Пусть второй бит равен 1. Эталонное напряжение будет равно этому биту.
Nит3
Nит4
Nит5
Nит6
Nит7
Nит8
Окончательно получаем: 10100110.
Алгоритм метода последовательного приближения.
Отличительной особенностью регистра последовательных приближений является постоянство числа итераций равное количеству разрядов АЦП и не зависящее от величины входного измеряемого напряжения.
Технические характеристики АЦП:
1. Uк – количество уровней квантования, которое определяется по формуле:
Где N – количество разрядов.
2. RS – разрешающая способность.
Определяет погрешность измерения в процентах.
Например:
Пусть N=8, UK=256,
N=10,
UK=1024,
3. IU – интервал между соседними уровнями, определяется по формуле:
где Umax – максимальное напряжение, на которое рассчитан АЦП.
Например: Определить разрядность АЦП, если максимальное входное напряжение равно 1 В с точностью не хуже 1-ого милливольта.
N
,
