Основные принципы цифро-аналоговых преобразований. Цифро-аналоговые преобразователи. Основные характеристики цифровых приборов

34.1 Основные принципы цифро-аналоговых преобразований.

Преобр. – сравнение измеряемой величины с набором различных эталонов.

В основе классификации всех ЦАП лежат характеристики преобразований во времени.

-  Метод последовательного счёта

-  Метод поразрядного уравновешивания

-  Метод одновременного считывания

-  Стохастические методы

1. Метод последовательного счёта.

Суть метода в последовательном во времени сравнении измеряемой величины с измеряемой мерой. При этом процесс предполагает дискретное участие меры в процессе сравнения: как в сторону увеличения, так и уменьшения.

 а)             n*x_o ≈ x_c;      n*x_o+e ≈ x_c

б) Измер. величина обратная Х. В качестве кванта Хо служит сама преобразуемая величина. При этом предполагается что величина Хс – известна.

Еденица счёта è1/Xc

х_о = n*x_c

Точность этих методов 0 £ e £ x_o

Обычно этот метод использует жёсткую логику. Достоинства: x_o не связанно с аппаратными затратами т.к. выбор любой малой величины х_o не влечёт за собой увеличения функциональных узлов. Но: устройства медленнодействующие.

2. Метод поразрядного уравновешивания.

В нём используется набор разновеликих квантов, что позволяет повысить быстродействие измерительных приборов. Метод – кодоимпульсный. Сравнение – последовательно во времени. Набор квантов от х_o до х_к. Этот метод классифицируется как последовательно-параллелный, так как из набора мер выбираются кванты (меры) любые.

34.2 Основные принципы цифро-аналоговых преобразований.

М.п.у. – метод среднего быстродействия применяется при 10⁶ преобразований/сек. Погрешность метода мала. Недостаток: Время преобразования меняется от динамич. диапазона сигнала.

3. Метод одновременного считывания. Здесь реализуется взаимо однозначное соответствие между квантами {х_oj} и входным сигналом. Т.е. сигнал сравнивается с нбором мер и ему приписыватся значение ближайшей меры он параллельный.

Метод позволяет сравнивать сигналы с частотой 200 МГц, точность зависит от магазина мер. На этом этапе быстродействие АЦП определяется алгоритмом обработки, а не системой считывания. В параллельных и параллельно последовательных методах поиск кода производиться по шагам. В каждом шаге одна операция сравнения. Ести в одном шаге сделать несколько операций сравнения – быстродействие повышается. Выбирая промежуточное число операций сравнения, получают алгоритм, сочетающий простоту, точность последовательного и быстроту параллельного.

Пример: есть m монотонно возрастающих х_i. Произведя сравнение одновременно со всеми мерами, получаем N кор. y* и функцию F(x)=y*

В этом случае преобразование сводиться к определению неизвестного х по значению у*. Оператор F(x) – представляется в виде суммы неизвестных функций Z(x-x_i), т.е.

, где аi коэффициент разложения

Обычно в реализуемых АЦП аi = 1 и вместо Z(x-xi) выбирается вункция вида

34.3 Основные принципы цифро-аналоговых преобразований.

Существуют стохастические алгоритмы.

Рассмотренные выше алгоритмы являются детерминированными. Т.к. переход от n к n+1 осуществляется с известным шагом. В стохастических алгоритмах длинна шага является случайной, при этом АЦП реализующее стах-ий алгоритм, реализует следующие задачи:

Реализация АЦП по входному сигналу. Выработка оптимального кванта измерения, присвоение этому кванту единиц измерения с последующей обработкой.

Стохастические алгоритмы позволяют измерять случайные сигналы. Реализуются они на основе микропроцессорных средств с применением математического аппарата.

35. Цифро-аналоговые преобразователи

Необходимы для преобразования сигнала в непрерывный в эл. приборах используются как системы автоподстройки и для построения АЦП поразрядного кодирования. Стандартным средством преобразования кода в аналог является сетка из прецизионных резисторов коммутируемая электрическими ключами управляемая цифровыми кодами.

Un – высоко стабилизированное напряжение

Roc – позволяет стабилизировать работу устройства.

Достоинства: Малое сопротивление в схеме, но: много номиналов резисторов.

Схема R, 2R

K – коммутируют коды

Недостатки ЦАП: погрешности ЦАП возникают за счёт шумов которые приводят к отличию реальных значений от теоретических. Характеризуется точность погрешностью, нелинейностью, диф-нелинейностью.

Абсолютная погрешность представляет отклонение вых. напр. от номинального. Выраж. в единицах младшего разряда, нелинейность прибора характеризуется не идеальностью приращений выходного сигнала во всём диапазоне преобразований. Нелинейность не должна быть > 0.5 единицы младшего разряда.

Среди динамических параметров ЦАП:

1. Время установки выходной величины

2. Максимальная частота преобразования

1 – интервал времени от подачи входного кода до вхождения сигнала в зону измерения.

36. Основные характеристики цифровых приборов.

Погрешности.

-  дискретизации

-  реализации уровня квантования         Dx_p

-  наличия порога чувствительности        Dx_ч

-  от действия помехи                                  Dx_п

Три последние составляющие буславливают инструментальную погрешность. Дискретизации – методическая.

Пример:

Имеем цифровой прибор с последовательным счётом, где х* - измеряемая величина, сравнивается с дискретом x_k шаг квантования - Dx_k. Инструментальные погрешности =0.

При выполнении условия x_k >= x* устанавливаются показания приборов x_kj.

Dx= x_kj – x* = a*D x_k

Где а – случайный безразмерный коэффициент 0<=a<=1.

Dx – погрешность прибора, являющаяся погрешностью дискр.

37. продолжение (начала нет)

Наиболее частые цифровые приборы:

1. Преобразование времени в количество импульсов.

Блок-схема прибора.

3. Микропроцессорный прибор.

Цифровые приборы пространственного преобразования

Позволяют мерять перемещения (линейные, угловые), основа прибора – преобразователь. (преобразует перемещение в пространстве в электрические сигналы).

По способу преобразования:

Преобразования с кодирующими масками.

С число-импульсным преобразованием.

1. Кодовые маски – устройства переобразования вращения в импульсы

2. Устройства переводящие расстояние в код. Точность 0.0002%

3. Сельсиновые датчик преобразуют вращение в электрическую величину, для избежания ошибок применяется код Грея