Аналого-цифровой преобразователь и информационно-измерительная система

Аналого-цифровой преобразователь: определение, основные параметры, виды, структурная схема и сущность преобразования

Аналого-цифровым преобразователем (АЦП) называется измерительное устройство, преобразующее аналоговую информацию в цифровую (рис. 7.1).

Структурная схема АЦП в общем виде

Рис. 7.7. Структурная схема АЦП в общем виде

Основное применение:

  • а) для ввода в ЭВМ аналоговых сигналов при их цифровом отсчете;
  • б) в цепях автоматического регулирования при точных операциях;
  • в) в микропроцессорах совместно с цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП) в системах обработки данных.

Основные параметры:

  • а) разрядность;
  • б) точность преобразования, зависящая от шага квантования (дискретизации) и ошибок узлов ЦАП;
  • в) время преобразования, необходимое для представления мгновенного значения аналогового сигнала в цифровую форму.

Сущность преобразования заключается в следующем. В схеме АЦП ивх аналоговый сигнал, а выходной сигнал 1/вых — это конечное число дискретных уровней, соответствующее величине ивх и отображаемое в цифровой форме (обычно в виде двоичного кода). Фактически АЦП — это преобразователь, квантующий (разбивающий) входное напряжение на конечное число дискретных величин.

Несмотря на прогресс в развитии современной интегральной электроники, в цифровой измерительной технике в настоящее время эксплуатируется большое число надежной аппаратуры советского периода, в которой наибольшее применение находят три основных вида АЦП, каждый из которых реализует соответствующий метод преобразования:

  • 1) АЦП последовательного счета импульсов;
  • 2) АЦП поразрядного кодирования;
  • 3) АЦП считывания.

Кратко рассмотрим их[1].

1. Метод последовательного счета основан на уравновешивании входной аналоговой величины суммой одинаковых и минимальных по величине эталонов. Момент уравновешивания определяется всего одним компаратором, а число эталонов, уравновешивающих входную величину, подсчитывается счетчиком. Простейшая структурная схема приведена на рис. 7.2.

Простейшая структурная схема АЦП последовательного счета с ЦАП в цепи обратной связи

Рис. 7.2. Простейшая структурная схема АЦП последовательного счета с ЦАП в цепи обратной связи

Работа схемы состоит в следующем. По сигналу «Пуск» на вход счетчика поступают импульсы с генератора тактовой частоты (ГТЧ), и по мере их накопления растет входной код ЦАП: его выходное напряжение Идди повышается и далее подается на вход компаратора вместе с входным напряжением Пвх. При равенстве Пвх - НцАП компаратор срабатывает и прекращает работу счетчика. При этом на выходе счетчика устанавливается код, являющийся цифровым эквивалентом входного напряжения 17вх. Погрешность преобразования зависит от ступеней ЦАП, погрешности в их формировании и от ошибок компаратора1. Время преобразования непостоянно и зависит от входного напряжения. Для повышения точности преобразования существуют АЦП с промежуточным преобразованием во временной интервал (с двойным интегрированием).

  • 2. Метод поразрядного кодирования (уравновешивания) предусматривает несколько эталонов, пропорциональных степеням числа 2, и сравнение их с аналоговой величиной. При этом сравнение начинается с эталона старшего разряда, и по результату сравнения формируется старший разряд выходного кода. Если 17эт > (7ВХ, то в старшем разряде ставится 0, а далее входная величина уравновешивается следующим по значению эталоном. Если же 1/эт< Пвх, то в старшем разряде ставится 1, а далее уравновешивается разность между Пвх и первым эталоном.
  • 3. Метод считывания подразумевает наличие (2П - 1) эталонов при п-разрядном двоичном коде. Здесь (7ВХ одновременно сравнивается со всеми эталонами. В результате получается параллельный код в виде сигналов на выходах (2'! - 1) схем сравнения (компараторов).

  • [1] Гельман М. М. Аналого-цифровые преобразователи для информационно-измерительных систем. М. : Изд-во стандартов, 2009.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >