- •Введение.
- •Цели и задачи дисциплины.
- •Связь с другими дисциплинами и необходимый уровень подготовки.
- •Кодирование логической и двоичной информации электрическими сигналами.
- •Характеристики электрических сигналов.
- •Простейшие логические операции и их схемотехническая реализация (диодные схемы).
- •Ттл элемент, работа схемы, основные характеристики.
- •Разновидности логических элементов и серии интегральных микросхем.
- •Соединения логических элементов и радиокомпонентов.
- •Схемотехника функциональных устройств.
- •Схемотехника последовательностных устройств.
- •Триггеры.
- •Счётчики.
- •Двоичные счетчики.
- •Недвоичные счетчики.
- •Регистры.
- •Параллельные регистры.
- •Последовательные (сдвиговые) регистры.
- •Комбинационные устройства.
- •Дешифраторы.
- •Линейный дешифратор.
- •Матричный дешифратор.
- •Пирамидальный дешифратор.
- •Дешифраторы интегрального исполнения.
- •Мультиплексор и демультиплексор.
- •Мультиплексоры интегрального исполнения.
- •Сумматоры.
- •Одноразрядные комбинационные сумматоры.
- •Многоразрядные сумматоры.
- •Последовательный многоразрядный сумматор.
- •Параллельный многоразрядный сумматор.
- •Ускоренный перенос.
- •Арифметико-логическое устройство.
- •Устройства памяти.
- •Статические элементы оперативных запоминающих устройств.
- •Запоминающий элемент на биполярных транзисторах.
- •Запоминающий элемент на полевых транзисторах.
- •Динамический запоминающий элемент оперативных запоминающих устройств.
- •Запоминающие элементы пзу.
- •Организация бис зу.
- •Построение запоминающих устройств эвм.
- •Программируемые логические матрицы.
- •Формирователи.
- •Определение интервала времени по заданным уровням сигналов в цепях первого порядка.
- •Формирователи периодических сигналов.
- •Несимметричный мультивибратор на логических элементах.
- •Формирователь фронтов (спадов) — триггер Шмитта.
- •Формирователи импульсов.
- •Формирователь на интегрирующей rc цепи.
- •Одновибратор с дифференцирующей rc цепью.
- •Одновибраторы интегрального исполнения.
- •Интерфейсные устройства.
- •Буферные устройства.
- •Передача сигналов по линиям связи.
- •Несимметричные линии связи.
- •Согласование линий связи.
- •Симметричные линии связи.
- •Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи.
- •Цифро-аналоговые преобразователи (цап).
- •Цифро-аналоговый преобразователь на суммировании токов.
- •Цифро-аналоговый преобразователь на матрице r-2r.
- •Аналого-цифровые преобразователи (ацп).
- •Параллельный ацп.
- •Ацп последовательного приближения (последовательные ацп).
- •Ацп двойного интегрирования.
- •Системы индикации.
- •Индикация состояния логического элемента.
- •Индикация состояния шин.
-
Ацп последовательного приближения (последовательные ацп).
В областях применения АЦП где не требуется высокое быстродействие, а высокие затраты не допустимы нет необходимости использовать параллельные АЦП. Для этих целей были разработаны АЦП последовательного приближения имеющие существенно меньшее быстродействие, но и значительно дешевле параллельных АЦП.
Существует несколько разновидностей построения последовательных АЦП: АЦП с реализацией весового метода и АЦП с реализацией числового метода.
Рассмотрим АЦП последовательного приближения с использованием весового метода, рисунок 127.
Это устройство должно содержать следующие функциональные блоки:
тактовый генератор,
устройство управления,
регистр последовательных приближений,
цифро-аналоговый преобразователь,
компаратор.
Т
Рис. 127. Структурно-функциональная схема
АЦП с регистром последовательных
приближений.
Работа АЦП состоит в следующем. По сигналу начала преобразования устройство управления присваивает старшему разряду кода единичное значение z7=1. ЦАП формирует соответствующее ему напряжение U(Z), которое срвнивается с входным напряжением Uвх. По результату сравнения устройство управления либо оставляет z7=1, если Uвх ≥U(Z), либо z7=0, если Uвх<U(Z). Далее устройство управления переходит к формированию следующего младшего разряда z6 по этому же алгоритму, т.е. сначала z6=1 и в зависимости от результата сравнения напряжения U(Z) соответствующего полученному коду формируется окончательное значение z6 и так далее пока не будут сформированы значения всех разрядов кода. Процесс преобразование имеет определенную продолжительность во времени и естественно, что в течении этого же времени изменяется и входное напряжение, а это приводит к существенной ошибке преобразования. Чтобы уменьшить ошибку перед компаратором устанавливают устройство выборки и хранения (аналоговое запоминающее устройство), которое выбирает (запоминает) входную переменную перед началом преобразования и сохраняет его неизменным на все время преобразования. По этому способу работает микросхема К572ПВ1. Подобные устройства имеют среднее быстродействие и низкую стоимость.
Д
Рис. 128. АЦП последовательного приближения
с реализацией числового метода.
Работа схемы осуществляется следующим образом. Входное аналоговое напряжения с резистора R1 подается на не инвертирующий вход компаратора. На инвертирующий вход компаратора подается напряжение с выхода ЦАП U8, которое в начальный момент равно 0В. следовательно на выходе компаратора будет высокий уровень напряжения, который откроет ключ U1 на элементе 2И-НЕ. Импульсное напряжение с генератора V3 через открытый ключ U1 поступает на вход двоичного счетчика U3, выходы которого подключены к разрядным входам ЦАП U8. В процессе счета код на выходах счетчика увеличивается и, следовательно, увеличивается и выходное напряжение формируемое цифро-аналоговым преобразователем. Когда его величина станет равной входному напряжению выход компаратора переключится на низкий уровень, что приведет к закрыванию ключа U1, счетчик остановится и на его выходах будет двоичный код соответствующий входному напряжению.
Быстродействие данного АЦП в основном определяется частотой тактового генератора. При данной конфигурации схемы этот АЦП будет работать только с возрастающими входными напряжениями, так как используется суммирующий счетчик.
Обе рассмотренные схемы позволяют построить АЦП среднего быстродействия.
Если не нужно даже среднее быстродействие (например в настольных измерительных устройствах с цифровой индикацией), но требуется высокая точность измерений целесообразно использлвать АЦП двойного интегрирования.
Лекция 39.