Цифровые преобразователи презентация

Принцип аналого-цифрового преобразования информации В большинстве случаев получаемый непосредственно от источника информации сигнал представлен в форме непрерывно меняющегося напряжения или тока.

Принцип аналого-цифрового преобразования информации Для передачи сообщений по линии связи или для их обработки могут быть использованы две формы: аналоговая или цифровая. Аналоговая форма предусматривает оперирование всеми значениями сигнала цифровая – отдельными его значениями, представленными в форме кодовых комбинаций.

Принцип аналого-цифрового преобразования информации

Принцип аналого-цифрового преобразования информации При преобразовании сигналов из аналоговой формы в цифровую можно выделить следующие процессы: дискретизацию квантование кодирование

Принцип аналого-цифрового преобразования информации Процесс дискретизации заключается в том, что из непрерывного во времени сигнала выбираются отдельные его значения. Соответствующие моментам времени, следующим через определенный интервал Т. Т - тактовый интервал

Принцип аналого-цифрового преобразования информации

Принцип аналого-цифрового преобразования информации Квантование и кодирование заключается в следующем: 1. Создается сетка уровней квантования, сдвинутых друг относительно друга на величину   - шаг квантования

Принцип аналого-цифрового преобразования информации

Принцип аналого-цифрового преобразования информации Операция квантования заключается в округлении значений аналогового напряжения, выбранных в тактовые моменты времени.

Принцип аналого-цифрового преобразования информации Процесс квантования приводит к погрешности ( - ошибке квантования) В представлении дискретных значений напряжения, создавая шум квантования - /2≤  ≤ /2

Принцип аналого-цифрового преобразования информации 2. Операция кодирования заключается в следующем Округлении значений напряжения, осуществляемое при операции квантования позволяет представить эти значения числами – номерами соответствующих уровней квантования.

Принцип аналого-цифрового преобразования информации

Принцип аналого-цифрового преобразования информации Для диаграммы на рис. Образуется последовательность чисел: 1,6,7,4,1,2 и т.д. Полученная таким образом последовательность представляется двоичным кодом: 001,110,111,100,001,010 и т.д.

Цифроаналоговые преобразователи Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) предназначены для преобразования цифровых сигналов в аналоговые.

Цифроаналоговые преобразователи Применение: 1. при восстановлении аналогового сигнала, предварительно преобразованного в цифровой для передачи на большие расстояние или хранения (таким сигналом, в частности может быть звук).

Цифроаналоговые преобразователи 2. получение управляющего сигнала при цифровом управлении устройствами, режим работы которых определяется непосредственно аналоговым сигналом (что, в частности, имеет место при управлении двигателями).

Цифроаналоговые преобразователи К основным параметрам ЦАП относят: разрешающую способность, время установления, погрешность нелинейности и др.

Цифроаналоговые преобразователи Время установления tуст – интервал времени от подачи кода на вход до момента, когда выходной сигнал войдёт в заданные пределы, определяемые погрешностью.

Цифроаналоговые преобразователи Погрешность нелинейности – максимальное отклонение графика зависимости выходного напряжения от напряжения, задаваемого цифровым сигналом, по отношению к идеальной прямой во всём диапазоне преобразования.

Цифроаналоговые преобразователи Существуют различные принципы построения ЦАП. Наиболее используемые из них: ЦАП с суммированием весовых токов; ЦАП на основе резистивной матрицы (лестничного типа).

Цифроаналоговые преобразователи

Цифроаналоговые преобразователи На рис.1 приведена схема ЦАП с суммированием весовых токов. Ключ S5 замкнут только тогда, когда разомкнуты все ключи S1…S4 (при этом Uвых=0). Uо – опорное напряжение. Каждый резистор во входной цепи соответствует определённому разряду двоичного числа.

Цифроаналоговые преобразователи По существу ЦАП – это инвертирующий усилитель на основе операционного усилителя. Анализ такой схемы не представляет затруднений. Так, если замкнут один ключ S1, то что соответствует единице в первом и нулям в остальных разрядах.

Цифроаналоговые преобразователи Из анализа схемы следует, что модуль выходного напряжения пропорционален числу, двоичный код которого определяется состоянием ключей S1…S4. Токи ключей S1…S4 суммируются в точке «а», причём токи различных ключей различны (имеют разный «вес») Это и определяет название схемы.

Цифроаналоговые преобразователи Состояние ключей определяется входным преобразуемым кодом. Достоинство: простота схемы.

Цифроаналоговые преобразователи Недостатки: Значительные изменения напряжения на ключах; Использование резисторов с сильно отличающимися сопротивлениями (требуемую точность сопротивлений обеспечить затруднительно)

Цифроаналоговые преобразователи Рассмотрим ЦАП на основе резистивной матрицы R – 2R (матрицы постоянного сопротивления) (рис. 2). В схеме использованы так называемые перекидные ключи S1…S4, каждый из которых в одном из состояний подключен к общей точке, поэтому напряжения на ключах невелики.

Цифроаналоговые преобразователи

Цифроаналоговые преобразователи К примеру, напряжение в точке «b» в 2 раза больше, чем в точке «а» (напряжения Ua, Ub, Uc и Ud определяются следующим образом: Ud = Uo; Uc = Uo/2; Ub = Uo/4; Ua = Uo/8). Допустим, что состояние указанных ключей изменилось, Тогда напряжения в точках «а»…«b» не изменятся, так как напряжение между входами операционного усилителя практически нулевое.

Цифроаналоговые преобразователи

Цифроаналоговые преобразователи

Цифроаналоговые преобразователи Для представления каждого разряда десятичного числа используется отдельная матрица R - 2R (обозначены прямоугольниками). Z0…Z3 обозначают числа, определённые состоянием ключей каждой матрицы R – 2R. Принцип действия становится понятным, если учесть, что сопротивление каждой матрицы R, и если выполнить анализ фрагмента схемы, представленного на рис. 4.

Цифроаналоговые преобразователи Для представления каждого разряда десятичного числа используется отдельная матрица R - 2R (обозначены прямоугольниками). Z0…Z3 обозначают числа, определённые состоянием ключей каждой матрицы R – 2R.

Цифроаналоговые преобразователи Из анализа следует, что

Аналого-цифровые преобразователи Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) являются «связующим звеном» между аналоговой техникой и цифровой электроникой.

Аналого-цифровые преобразователи

Аналого-цифровые преобразователи

Аналого-цифровые преобразователи

Аналогоцифровые преобразователи

Аналогоцифровые преобразователи

Аналогоцифровые преобразователи. Характерными методами преобразования являются следующие: параллельного преобразования аналоговой величины последовательного преобразования.

Аналого-цифровые преобразователи. Рассмотрим АЦП с параллельным преобразованием входного аналогового сигнала. По параллельному методу входное напряжение одновременно сравнивают с n опорными напряжениями и определяют, между какими двумя опорными напряжениями оно лежит. При этом результат получают быстро, но схема оказывается достаточно сложной.

Аналого-цифровые преобразователи.

Аналого-цифровые преобразователи. Если Uвх>0,5U, но меньше 3/2U, лишь для нижнего ОУ и лишь на его выходе появляется напряжение +Епит, что приводит к появлению на выходах КП следующих сигналов: Z0=1, Z2=Z1=0. Если Uвх>3/2U, но меньше 5/2U, то на выходе двух нижних ОУ появляется напряжение +Епит, что приводит к появлению на выходах КП кода 010 и т.п.

Аналого-цифровые преобразователи. Рассмотрим конкретный вариант АЦП с последовательным преобразованием входного сигнала (последовательного счёта), который называют АЦП со следящей связью (рис. 7).

Аналого-цифровые преобразователи. В АЦП рассматриваемого типа используется ЦАП и реверсивный счётчик, сигнал с которого обеспечивает изменение напряжения на выходе ЦАП. Настройка схемы такова, что обеспечивается примерное равенство напряжений на входе Uвх и на выходе ЦАП – U. Если входное напряжение Uвх больше напряжения U на выходе ЦАП, то счётчик переводится в режим прямого счёта и код на его выходе увеличивается, обеспечивая увеличение напряжения на выходе ЦАП. В момент равенства Uвх и U счёт прекращается и с выхода реверсивного счётчика снимается код, соответствующий входному напряжению.

Аналого-цифровые преобразователи.

Аналого-цифровые преобразователи. Использованы следующие обозначения: СС – схема сравнения, ГИ - генератор импульсов, Кл – электронный ключ, Сч – счётчик импульсов. Отмеченный во временной диаграмме момент времени t1 соответствует началу измерения входного напряжения, а момент времени t2 соответствует равенству входного напряжения и напряжения ГЛИН.

Аналого-цифровые преобразователи.

Аналого-цифровые преобразователи. (напряжение Uи на выходе интегратора изменяется от нуля до максимальной по модулю величины), а в течение следующего – интегрирование опорного напряжения Uоп (Uи меняется от максимальной по модулю величины до нуля) (рис. 10).

Аналого-цифровые преобразователи. Пусть t1 интегрирования входного сигнала постоянно, тогда чем больше второй отрезок времени t2 (отрезок времени, в течение которого интегрируется опорное напряжение), тем больше входное напряжение. Ключ К3 предназначен для установки интегратора в исходное нулевое состояние.

Аналого-цифровые преобразователи. В первый из указанных отрезков времени ключ К1 замкнут, ключ К2 разомкнут, а во второй, отрезок времени их состояние является обратный по отношению к указанному. Одновременно с замыканием ключа К2 импульсы с генератора импульсов ГИ начинают поступать через схему управления СУ на счётчик Сч. Поступление этих импульсов заканчивается тогда, когда напряжение на выходе интегратора оказывается равно нулю.

Аналого-цифровые преобразователи.

Аналого-цифровые преобразователи.

Аналого-цифровые преобразователи.

Аналого-цифровые преобразователи. Наиболее распространёнными являются АЦП серий микросхем 572, 1107, 1138 и др. (таблица 2). Из таблицы видно , что наилучшим быстродействием обладает АЦП параллельного преобразования а наихудшем – АЦП последовательного преобразования.