Цифро - аналоговый преобразователь (цап)

ЦАП необходим при управлении технологическими процессами с помощью микропроцессорной техники, например, при управлении скоростью вращения двигателя. Предназначен для преобразования двоичного кода в непрерывно изменяющийся электрический сигнал (как правило, в напряжение).

Пусть есть 4-разрядный код: . Преобразование кода в напряжение происходит по закону:

.

Рис.2.8. Зависимость

В общем виде закон преобразования кода в напряжение выглядит:

, где

— масштабный коэффициент (вес младшего разряда кода в вольтах).

— число разрядов кода.

— соответствующий разряд кода.

На рис.2.8 представлена зависимость .

Пример. Преобразуется код 1111, тогда .

ЦАП на суммирующем усилителе (рис.2.9). Для суммирующего усилителя имели:

,

Рис.2.9.

На каждый вход подаётся напряжение, соответствующее разряду преобразуемого кода. При этом равно E, если значение разряда кода “1”, или нулю, если значение разряда кода “0”. Пусть преобразуемый код 1111, тогда:

;

; , т.е. получается в соответствии с законом преобразования кода в напряжение.

Для выполнения суммирующим усилителем роли ЦАП, необходимо, чтобы входные сопротивления составляли ряд R, 2R, 4R, 8R, 16R, … Старший разряд кода подаётся на вход с сопротивлением , младший разряд - на вход с наибольшим сопротивлением.

Аналого-цифровой преобразователь (ацп)

Необходим для цифровой обработки информации от аналоговых датчиков (давления, температуры и т. д.). Предназначен для преобразования непрерывно изменяющегося сигнала в двоичный код. Блок-схема АЦП представлена на рис.2.10, где

- напряжение, преобразуемое в код;

ГТИ - генератор тактовых импульсов;

CR - реверсивный счётчик;

ЦАП - преобразует код счётчика в изменяющееся напряжение ;

К - компаратор, сравнивает сигналы и .

Если , то счётчик работает на сложение, если , - на вычитание.

Рис.2.10.

Рассмотрим работу АЦП в различные моменты времени (рис.2.11):

Рис.2.11.

1. : код счётчика

.

(суммирование тактовых импульсов), увеличивается.

2. : (суммирование тактовых импульсов), увеличивается.

3. : код счётчика: 0101,

(вычитание тактовых импульсов), уменьшается.

4. (суммирование тактовых импульсов), увеличивается.

5. рассмотреть самостоятельно.

Данная система является системой автоматического регулирования, которая поддерживает равенство между сигналами и ( ). Поскольку каждому значению соответствует свой код на входе ЦАП, то этот же код соответствует и напряжению .

Особенности АЦП:

1. ЦАП работает с некоторым запаздыванием (отрезок на рис.2.11).

2. Точность преобразования сигнала зависит от разрядности счётчика и величины масштабного коэффициента ЦАП.

Комбинационные устройства

Комбинационным называется устройство, выходная функция которого однозначно определяется сочетанием входных сигналов в данный момент времени.

Рассмотрим некоторые комбинационные устройства (дешифратор, мультиплексор, сумматор и цифровой компаратор (схема сравнения)).

Дешифратор

Дешифратором называется устройство, у которого каждой комбинации сигналов на входе соответствует сигнал на одном выходе или нескольких выходах. Рассмотрим дешифратор, преобразующий двоичный код в десятичный: - входы; - выходы.

Каждой комбинации входных сигналов в диапазоне соответствует сигнал на одном из выходов.

Логическая функция

Таблица истинности

Входы

Выходы

Мультиплексор

Мультиплексор — это устройство, у которого выход соединяется с одним из входов в соответствии с кодом адреса.

Логическая функция мультиплексора:

.

Сумматор

Сумматор — это устройство, предназначенное для суммирования двух чисел в двоичном коде. Пусть есть два четырёхразрядных кода: . При сложении двух разрядов и получается сумма и возможно появление единицы переноса в следующий разряд . При этом, если , то необходимо учитывать возможность появления единицы переноса из предыдущего разряда .

Таблица истинности одноразрядного сумматора

Из одноразрядных сумматоров можно построить многорядный.

Ниже приводится условное обозначение и блок-схема трехразрядного сумматора.

Условное обозначение: