IIT_ekzamen

только линейно нарастающее напряжение, которое в этом вольтметре является образцовым, достигает уровня измеряемого напряжения UX, появляется импульс на выходе сравнивающего устройства II, возвращающий триггер в положение «0». Ключ закрывается, и счет импульсов, прекращается. Таким образом, в цифровом вольтметре с врем я-импульсным преобразованием значение измеряемого напряжения UX сравнивается с текущим значением образцового линейно нарастающего напряжения ц. и преобразуется во временной интервал ТX.

27. Цифроаналоговые преобразователи: назначение, схемы ЦАП с резисторами веса и матрицей R-2R.

В АСУ ТП информация, поступающая с датчиков и информация при измерении физической величины, поступает в АСУ ТП в виде аналоговых сигналов.

Аналоговых сигналов, хранение их, передача и отображение более затруднительны и осуществляются с большей погрешностью, чем дискретные сигналы, поэтому для облегчения обработки сигналов возникает задача преобразование аналоговой формы сигнала в цифровую, и наоборот.

Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) - устройство, преобразующее в цифровой код в аналоговую величину.

Чаще всего ЦАП служит для преобразования полученной в результате цифровой обработки в ЭВМ величины в аналоговый сигнал применяемые в исполнительных механизмах.

Хар-ки ЦАП:

1)Число разрядов вх.кода - определяет диапазон работы ЦАП

2)Нелинейность – max отклонение выходной величины от значения на идеальной линейной хар-ке.

3)Погрешность – отклонение выходной от номинального (истинного) значения

4)Время установления – время от установки кода на входе до появления на выходе ЦАПа значение величины

5)Диапазон выходного U (или I)

Принцип действия ЦАП: В получении мгновенного значения аналогового сигнала соответствующий цифровому коду на входе путем суммирования эталонных I-ов с последующим преобразованием суммы в

U.

Коммутация (или управление эталонными I-ми) осуществляется с помощью электронных ключей с помощью 0-ключ разомкнут, 1-замкнут. Причем старший разряд имеет max вес и равен половине шкалы (или диапазона)

Самый младший разряд (разрешающая способность) U n = 21n *Uш

ЦАП с резисторами веса

При реализации ЦАП с резисторами веса в микроэлектронном исполнении возникают трудности создания большого числа резисторов с разными номиналами. Кроме того, схема обладает низкими динамическими характеристиками, т.к. к суммирующей точке А и источнику опорного напряжения подключается переменная нагрузка, определяемая управляющим кодом. Во время переключения, когда происходит размыкание и замыкание большого количества ключей (например, от 1111 к 0000), возможно повеление промежуточных ошибочных кодов.

Kу=1

i0 = i1 +i2 +...in

U a

= 0 i0 = Uвых

R0

i =

Eоп

;i

n

=

Eоп

1

R1

Rn

Uвых

1

1

1

+

+... +

R

R

R

= Eоп * R

0

1

2

n

Выберем резисторы так чтобы:

R1 = 2R0 ; R2 = 4R0 ; R3 = 8R0 ; R4 =16R0

1

1

+... +

1

U

вых

= E

оп

*

2

+

4

2n

1

Зависит какой из ключей будет замкнут. Uвых ≈ Eоп;Uвых =

* E0

2

«+»: простота

«-»: большое количество номиналов резисторов – это затрудняет реализацию микросхем; нагрузка на Eоп зависит от количества включенных ключей, т.е. стабильность Eоп меняется.

ЦАП с матрицей R-2R:

Независимо «0» или «1» I не изменяется. i0 = i1 +i2 +...in

Uвых

=

U1

2R

1

2R

1

1

U1 =

*U

оп;U

2 =

*U1

=

*Uоп

2

2

4

1

1

1

1

U

вых

=U

оп

*

+

4

+

8

+... +

2

2n

К последнему R матрицы подключены параллельно 2 резистора 2R их эквивалентное сопротивление =R которое с последовательным R снова дает 2R

Вывод: в любой точке узла матрицы напряжение будет = половине предыдущего узла.

Поскольку потенциалы точек А и В =, I-вая нагрузка на источник опорного U не зависит от положения переключателя и всегда равна 2R.

U n = Uоп

;in =

Uоп

2n * 2R

Для каждого узла матрицы справедливо:i0

2n

+...in

= i1 +i2

1

1

1

1

U

вых

=U

оп

*

+

4

+

8

+... +

2

2n

«+»: резисторы номиналов R и 2R, высокая точность из-за стабильного Uоп

28.АЦП: определение, типы, схема АЦП двойного интегрирования, временные диаграммы.

АЦП – это устройство преобразующее мгновенное значение аналоговой волны в цифровой код.

АЦП предназначены для ввода данных от аналоговых датчиков в цифровые вычислительные машины в систему управления и отображения.

Типы АЦП:

1)АЦП с 2-ым интегрированием (медленного действия)

2)АЦП последовательных приближений (по разрядному взвешиванию)-среднего быстродействия

3)АЦП параллельного преобразованиявысокого быстродействия

АЦП с 2-ым интегрированием (медленного действия)

На 1-ом этапе происходит интегрирование входного аналогового сигнала Ux в течение строго определённого интервала времени. На 2-ом этапе интегрируется образцовое U

противоположного знака пока Uвх интегратора не станет =0 Количество импульсов, вошедших во 2-ой

интервал пропорционально измеряемому Ux. Структурная схема

1-интегратор

2-компоратор U

3-ключ

4-ГТИ (генератор тактовых импульсов)

I :Uин

5-Счетчик+система управления

II :Uин

U xT0 =UопTx U x N0τкв =Uоп N хτкв ;U

Временная диаграмма:

= −

1

t1 U x (t)dt

RC ∫

t0

1

t1

1 t2

1

= −

∫U (t)dt +

∫Uопdt =

Uоп * (t2

−t1 )

RC

RC

RC

t0

t0

=U

N х

U

= kN

x

оп N0

x

х

На 1-ом этапе подключается ключом Uх к интегратору и интегрируется строго определенное время t0

Схема управления отсчитывает строго определенное количество импульсов N0. Величина Uвых на выходе зависит Ux, т.к постоянное интегрирование RC не меняется.

На 2-ом этапе к интегратору подключается образцовое Uоп строго определенной неизменной величины и обратного знака.

Процесс интегрирования идет до тех пор, пока Uвых интегратора не станет =0.

При Uвых=0 компаратор U остановит счетчик. В счетчик будет записано число Nx пропорциональное измеряемой величине Ux.

«+»: точность преобразования не зависит от долговременной стабильности R и C интегратора,

точность не зависит от долговременной стабильности ГТИ. При условии R, C и ГТИ не должны измеряется в течение 1 и 2-го этапа.

29. АЦП последовательных приближений (поразрядного взвешивания ): структурная схема , принцип действия .

Относятся к АЦП среднего быстродействия. Структурная схема:

1-ЦАП

2-КН- компаратор U (сравнивает вх. и ЦАП) Код фиксируется в триггерах 3-Триггеры (4 шт) 4-Элемент 2И (4 шт) 5-Элемент 2ИЛИ (3шт) 6-Сдвигающий резистор

Ux – вх.сигнал. Старт – начало преобразования Ux в цифровой сигнал RG – сдвигающий резистор.

Работа АЦП начинается с сигнала старт, после него на 1-м выходе RG на Q0 появляется «1», этим сигналом RS-триггер D1 устанавливается на «1». На шине устанавливается код 1000 и устанавливает

остальные триггеры на «0»(D2,D3,D4).

ЦАП преобразует код 1000 в пропорциональное ему U. Это U сравнивается на КН с входной (измеряемой преобразуемой в код величиной Ux. Предположим Ux> Ut. После перехода следующего тактового сигнала «1» сдвигается на вход Q1. Тогда произведение на D5 =0 и триггер D1 не сбрасывается в «0».

Следующий тактовый импульс «1» сдвигается на Q2 и D2 устанавливается в «1»

Следующий тактовый импульс «1» сдвигается на Q3. Допустим U меньше необходимого, тогда β=0 и произведение D6=0. Сумма на D9=0 и D2 не сбрасывается

Следующий тактовый импульс «1» сдвигается на Q4 и D4 устанавливается (через вход S) в «1». Допустим U с ЦАПа превышает Ux, тогда β=1.

Уровень логической единицы смещается на Q5, тогда произведение на D7 =1, сумма на D10 =1 и D3 возвращает назад в «0», т.к. много (U)

«1» смещается на Q6 тогда триггер D4 устанавливается в «1»

«1» смещается на Q7 тогда если U c ЦАП превышает Ux «1» в 4-ом разряде сбросится. Если не превышает β=0, тогда и т.д.

Таким образом сравнивая поразрядно Ux и Ut (взвешивая) приходим к значению кода на шине пропорционального значения Ux (преобразуем в цифровой код).