Другие предметы \ Теоретические основы автоматики и телемеханики

Изучение цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователей. Принципы построения и использования цифро-аналоговых, аналого-цифровых преобразователей на интегральных схемах

Страницы работы

13 страниц (Word-файл)

Скачать файл

Содержание работы

Лабораторная работа N1

Изучение цифро-аналоговых и аналого-цифровых

преобразователей

Цель работы: Изучить назначение,принципы построения и использованияцифро-аналоговых,аналого-цифровых преобразователей на интегральных схемах.

1. Краткие сведения из теории

Устройства преобразования аналог-код и код-аналог применяются: для ввода в ЭВМ и микропроцессоры аналоговых сигналов и вывода аналоговых сигналов из этих аппаратов для передачи на исполнительные устройства; для измерения аналоговых сигналов; для перехода к цифровым сигналам в системах автоматического регулирования и управления, что позволяет организовать цепи обратных связей в цифровых контурах регулирования. Устройства преобразования аналог-код необходимы для систем цифровой обработки сигналов и цифрового управления приемопередающими устройствами, а также для телеметрических систем.

Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) преобразуют цифровые сигналы, записанные в параллельном или последовательном коде, в аналоговые сигналы. Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) осуществляют обратное преобразование, т. е. заменяют аналоговые сигналы на сигналы, записанные в цифровой форме.

Вследствие широкого диапазона применений АЦП и ЦАП образовалось значительное разнообразие конструктивных исполнений преобразователей в зависимости от назначения. Эти различия могут относиться к структуре, виду входных и выходных сигналов, пределам изменений сигналов с учетом их полярности, способу преобразования, частоте опроса сообщений, времени преобразования одного сообщения, разрешающей способности, статистической и динамической точности преобразования, стабильности, входному и выходному сопротивлениям, нагрузочной способности и т. д.

1.1. Основными характеристиками АЦП и ЦАП являются погрешность преобразования и быстродействие. Погрешность квантования амплитуды вытекает из самого принципа присвоения цифровых эквивалентов непрерывному сигналу (рис. 1). Для выражения напряжения в каждый момент времени только целым количеством вольт необходимо выполнить квантование по амплитуде. Ширина интервала принята равной единице и соответствует самому младшему разряду двоичного числа. Количество уровней равно емкости принятого кода для двоичных чисел. Количество интервалов шириной DV, на которое поделена область изменений напряжения, на единицу меньше принятого количества уровней. В соответствии с этим справедливо будет соотношение

где	U_max	-	максимальное стандартное значение;
	V	-	ширина интервала;
	p	-	емкость кода;
	n	-	количество разрядов.

Ширина интервала DV называется разрешающей способностью. Для 10-разрядного преобразователя (n=10) с выходным напряжением U_max=10 В разрешающая способность составляет около 10 мВ. Наибольшая погрешность квантования по амплитуде составляет половину разрешающей способности, младшего значащего разряда, а в данном случае равна приблизительно 5 мВ. Инструментальная погрешность, свойственная всем измерительным приборам непрерывных сигналов и обусловленная точностью измерения, не должна быть больше погрешности квантования. Тем самым полная погрешность будет не более чем в 2 раза превышать погрешность квантования или будет равна разрешающей способности. По этой причине точность преобразователя определяется разрешающей способностью в милливольтах или количеством разрядов.

Другим важным параметром является скорость преобразования. После изменения состояния входов ЦАП должно пройти время, в течение которого на выходе устанавливается напряжение, соответствующие новому входному сигналу. Это время называется временем преобразования. Аналогичный процесс имеет место и в АЦП. На рис.2 приведена иллюстрация понятия скорости преобразования для АЦП. В момент времени t₁ АЦП получил сигнал с заданием преобразовать входной сигнал Х(t) на цифровые выходы, а затем в момент t₃ (по прошествии времени t₀₁) и в момент t₅ (по прошествии t₀₂) это задание было повторено. В результате первых двух преобразований получены цифровые эквиваленты значений Х₁ и Х₃. Поскольку схемой на выполнение операций затрачивается время t_п1 и t_п2, полученные цифровые сигналы в зависимости от принятого способа преобразования будут соответствовать значениям Х₂ и Х₄ или усредненным значениям, подсчитанным в интервалах t₁ - t₂ и t₃ - t₄. Очевидно, погрешности будут тем меньше, чем короче будет время преобразования t_п. Время опроса t_о должно быть больше времени преобразования. При циклическом опросе t_о=const и называется периодом опроса. Величины обратные t_п и t_о называются соответственно скоростью преобразования и частотой опроса. Во избежание потерь информации (теорема Шеннона) при преобразовании непрерывного сигнала в дискретный частота опроса должна как минимум в 2 раза превышать наибольшую частоту f_max, содержащуюся в спектре частот непрерывного сигнала