18. 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)

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.

K_у=1

Выберем резисторы так чтобы:

Зависит какой из ключей будет замкнут.

«+»: простота

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

ЦАП с матрицей R-2R:

Независимо «0» или «1» I не изменяется.

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.

Для каждого узла матрицы справедливо:

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

18. 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 преобразования- высокого быстродействия

АЦП с 2-ым интегрированием (медленного действия)

На 1-ом этапе происходит интегрирование входного аналогового сигнала U_x в течение строго определённого интервала времени.

На 2-ом этапе интегрируется образцовое U противоположного знака пока U_вх интегратора не станет =0

Количество импульсов, вошедших во 2-ой интервал пропорционально измеряемому U_x.

Структурная схема

1-интегратор

2-компоратор U

3-ключ

4-ГТИ (генератор тактовых импульсов)

5-Счетчик+система управления

Временная диаграмма:

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

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

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

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

При U_вых=0 компаратор U остановит счетчик. В счетчик будет записано число N_x пропорциональное измеряемой величине U_x.

«+»: 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.