44. Цап,ацп.

Цифро-аналоговый преобразователь предназначен для преобразования входной величины, представленной числовым кодом, в эквивалентную аналоговую величину. Эти преобразователи широко используются в системах автоматического управления, в цифровых системах обработки информации, в вычислительной технике. В ЦАП в качестве входного сигнала используются цифровые коды, а выходным сигналом является, как правило, напряжение. Принцип работы ЦАП состоит в суммировании эталонных значений напряжений (токов), соответствующих разрядам входного кода, причем в суммировании участвуют только те эталоны, для которых в соответствующих разрядах стоит "1". В этом случае входное напряжение определяется следующим образом:

где U₀ — опорное (эталонное) напряжение,

К — коэффициенты двоичных разрядов, принимающие значение 0 или 1,

n — разрядность входного кода.

Основные характеристики ЦАП подразделяются на статические и динамические.

К статическим параметрам относятся:

— разрядность (n)

— абсолютная разрешающая способность ЦАП - т.е. минимальным значением изменения сигнала на выходе, обусловленное изменением входного кода на единицу (цена младшего разряда), определяется как U₀/2ⁿ

— абсолютная погрешность преобразования в конечной точке шкалы Д_шк представляет собой отклонение значения выходной напряженности от номинального расчетного, соответствующего конечной точке характеристики преобразования.

— нелинейность преобразования дL - это отклонение реальной характеристики преобразования от расчетной (линейной).

Из динамических характеристик наиболее существенными являются:

— время установления выходного сигнала t_уст, - это интервал времени от подачи входного кода до появления выходного напряжения;

—максимальная частота преобразования f_преобр

При построении ЦАП в качестве эталонов используются токи или напряжения. Принцип построения ЦАП, реализующих метод суммирования токов, иллюстрируются на рис. Данное устройство содержит n источников тока, которые подключаются с помощью ключей S к общей нагрузке Rн. На общей нагрузке Rн будут протекать только токи тех разрядов, в которых значение цифры-единица. Если нагрузка Rн постоянна, то выходное напряжение Uвых пропорционально входному коду. На практике для получения выходного напряжения, пропорционального входному коду, в качестве нагрузки используется операционный усилитель, играющий роль преобразователя тока в напряжение.

Недостатком рассмотренной выше схемы ЦАП является широкий диапазон величин сопротивлений в резистивной матрице для формирования разрядных токов. К тому же эти резисторы должны иметь прецизионную точность изготовления. Поэтому в современных ЦАП используются резистивные матрицы типа R-2R. Эти матрицы включают в себя резисторы двух номиналов R и 2R (рис162).

АЦП.

Аналого-цифровой преобразователь – это устройство, предназначенное для преобразования непрерывно-изменяющейся во времени физической величины в эквивалентные ей значения цифровых кодов. В качестве аналоговой величины может быть напряжение, ток, угловое перемещение, давление газа и т.д.

Процесс аналого-цифрового преобразования предполагает последовательное выполнение следующих операций:

— выборку значений исходной аналоговой величины в некоторые заданные моменты времени, т.е. дискретизация сигнала во времени;

— квантование (округление преобразуемой величины до некоторых известных величин) полученной в дискретные моменты времени значения аналоговой величины по уровню;

— кодирование – замена найденных квантовых значений некоторыми числовыми кодами.

Операция квантования по уровню функции U(t) заключается в замене бесконечного множества её значений на некоторое конечное множество значений U*_n(t), называемых уровнями квантования. Для выполнения этой операции весь диапазон изменения функции D=U(t)_max-U(t)_min разбивают на некоторое число уровней N и производят округление каждого значения функции U(t) до ближайшего уровня квантования U*_n(t). Величина h=D/N носит название шага квантования. В результате процесса аналого-цифрового преобразования аналоговая функция U(t) заменяется дискретной функцией U*_n(t). В аналитической форме процесс аналого-цифрового преобразования может быть представлен выражением: , где U(t)_i - значение функции U(t) в i-м шаге,

h - шаг квантования,

δk_i - погрешность преобразования на i-м шаге.

Основные параметры АЦП делятся на статистические и динамические.

К статистическим относятся:

— вид преобразуемой величины: напряжение, ток, угловое перемещение и т.д.,

— диапазон изменения входных величин,

— разрядность,

— абсолютная разрешающая способность,

— абсолютная погрешность преобразования в конечной точке шкалы δ_шк ,

— нелинейность преобразования δL.

К динамическим параметрам относится максимальная частота преобразования fпр.

Взависимости от принципа действия АЦП делятся на АЦП параллельного преобразования, АЦП поразрядного взвешивания, следящие АЦП и интегрирующие АЦП. Аналого-цифровые преобразователи параллельного преобразования реализуют метод непосредственного считывания и являются самыми быстродействующими.

Устройство содержит делитель R1…R64, 64 компаратора, преобразователь кода и регистр. На входы компараторов поступают входной сигнал Ux и напряжение с делителя. При этом на выходах компараторов формируется 64-ех разрядный единичный код. Число единиц в нем равно числу уровней квантования. Полученный единичный код поступает на вход преобразователя кода, в котором он преобразуется в 6-и разрядный двоичный код. Полученный двоичный код записывается в регистр и выдается на выходные шины. В данном АЦП время преобразования занимает один такт.