3.(17)Цифровые измерительные приборы: основные виды цап и ацп.

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) — устройство для преобразования цифрового (обычно двоичного) кода в аналоговый сигнал (ток, напряжение или заряд).

ЦАП классифицируются по следующим признакам:

• По виду выходного сигнала: с токовым выходом и выходом в виде напряжения

• По типу цифрового интерфейса: с последовательным вводом и с параллельным вводом входного кода

• По числу ЦАП на кристалле: одноканальные и многоканальные

• По быстродействию: умеренного и высокого быстродействия

Наиболее простой ЦАП с весовыми резисторами состоит из двух блоков.

Схема цифро-аналогового преобразователя имеет два недостатка:

• во-первых, в ней сопротивления резисторов изменяются в широких пределах,

• во-вторых, точность преобразования невысока из-за влияния конечного сопротивления транзисторных ключей в открытом и закрытом состояниях.

В ысокоомные резисторы занимают огромную площадь на кристалле микросхемы. Все эти недостатки привели к поиску другого схемотехнического решения цифроаналогового преобразователя. Таким решением стало применение матрицы R-2R. Принцип формирования опорных напряжений матрицей R-2R приведен на рисунке 1.

В матрице резисторов R-2R формируется ряд напряжений, отичающихся друг от друга ровно в два раза.

АЦП это устройство преобразования мгновенного значения аналоговой величины в цифровой код.

3 типа:

1. АЦП 2-го интегрирования

2. Последовательных приближению (по разрядному взвешиванию)

3. Параллельного преобразования

АЦП последовательного приближения. Преобразователь этого типа, называемый в литературе также АЦП с поразрядным уравновешиванием, является наиболее распространенным вариантом последовательных АЦП.

АЦП многотактного интегрирования. Преобразование проходит две стадии: стадию интегрирования и стадию счета.

В начале первой стадии ключ S1 замкнут, а ключ S2 разомкнут. Интегратор И интегрирует входное напряжение Uвх. Время интегрирования входного напряжения t1 постоянно; в качестве таймера используется счетчик с коэффициентом пересчета Kсч, так что

К моменту окончания интегрирования выходное напряжение интегратора составляет

где Uвх.ср. - среднее за время t1 входное напряжение. После окончания стадии интегрирования ключ S1 размыкается, а ключ S2 замыкается и опорное напряжение Uоп поступает на вход интегратора. При этом выбирается опорное напряжение, противоположное по знаку входному напряжению. На стадии счета выходное напряжение интегратора линейно уменьшается по абсолютной величине.

АЦП последовательного приближения или поразрядного взвешивания .

АЦП среднего бьстродействия построены на основе метода последовательного приближения (поразрядного метода).

Включает в себя ЦАТ, компаратор напряжения (КН), генеретор тактовых импульсов (ГТИ), регистр сдиига RG1 регистр формирования кода, состоящий из RS-триггеров(Т1-T4) и схемы угравления (ЛЭ1--ЛЭ7).

П рямые выходы RS-триггеров через шину данных подключены к входам соответствующих разрядов ЦАП (триггер T1 — к входу старшего разряда, триггер T4 — к входу младшего разрядf).

Работа схемы начинается с установки регистра сдвига в состояние лог. "1" на выходе Q₀ путем подачи сигнала, "начало преобразования" на вход в момент времена t₀ поcле окончания первого тактового импульса. При этом на S вход триггера T1 подается уровень лог. "1" и" на вых. Т1 также устан. уровень лог. "1". Уровень лог. «1» через элементы ИЛИ (ЛЭ5-ЛЭ7) подается на R входы остальных RS-триггеров, и они устан. в состояние лог. «О» на прямых выходах. Таким образом, только на вход старшего разряда ЦАП подается лог. «1» и на выходе ЦАП формируется напряжение, соответствующее "весу" старшого разряда Ucp=Uпш/2. Это напряжение поступает на вход, кампоратора сравнивается с аналог. сигн. U(t), который подается на другой вход компоратора.

Результат сравнения β появляется на выходе компаратора.

Короче говоря смысл в том что все работает аналогично весам с гирьками и грузом. Ищем равновесия. Компаратор ставит гирьки . Старт выставляется поочередно один на всех тактах. (Q_n) появляется на ЦАПе U_оп и сравнивается с U_X. Если мало, то 1 остается после триггера (1). Дальше на Q₀ «0», а на Q₁ «1» то триггер (2) получает 1, следовательно U_оп зависит от U_X . Предположим этого мало, тада на Q₀ «0» на Q₁ «0», после чего триггер (3) будет 0, т.к. U_оп уже больше U_X.

Q₀, Q₁, Q₂ «0» ; Q₃ «1»

(1), (2) «1»; (3) «0»; (4) «1» вроде так 