Аналого-цифровые преобразователи (АЦП)

АЦП предназначены для преобразования аналоговых сигналов в цифровой эквивалентный код. Принцип работы различных АЦП основан на использовании режима «проб и ошибок». Преобразование начинается с некоторого исходного испытуемого числа, которое преобразуется ЦАПом в аналоговую форму и сравнивается с заданным аналоговым сигналом. По результатам сравнения испытуемое число корректируется. Затем попытка повторяется с новым числом и т.д. пока не будет подобрано число, соответствующее заданному напряжению. При этом предполагается, что входное аналоговое напряжение промасштабировано и соответствуют диапазону ЦА преобразователя.

АЦП с суммирующим счетчиком

Процесс АЦ преобразования начинается со сброса счетчика DD1 в ноль. После этого число в счетчике начинает увеличиваться, пока на выходе компаратора DA2 не появится логический ноль. Это произойдет, когда содержимое счетчика окажется достаточным для того, чтобы выход ЦАП DA1 превысил или сравнялся с входным напряжением.

DA1

DD2

DD3

DD1

Рис. 7.3

АЦП с реверсивным счетчиком

DA2

DA1

DD1

Рис.7.4

Логическая 1 на выходе Н DA2 означает, что напряжение на выходе ЦАП (В) выше от входного напряжения (Uвх) по крайней мере на некоторую величину Δ. Логическая «1» на выходе L означает, что выход ЦАП по крайней мере на Δ ниже входного АС. Таким образом, появляется «мертвая зона» шириной 2Δ, в котором ни на одном из выходов нет логической 1. Каждый из выходов управляет своим вентилем, формирующим сигналы соответственно увеличения и уменьшения числа в счетчике (DD1).

Значение Δ должно выбираться таким образом, чтобы в мертвую зону попадало только одно значение счетчика. Ширина мертвой зоны 2 Δ должна быть больше изменения АС на выходе ЦАП при переходе к соседнему числу, что соответствует аналоговому весу младшего бита счетчика (Wмб). Однако ширина мертвой зоны не должна быть больше двух весов младшего бита счетчика.

Wмб<2Δ<2Wмб

При резких изменениях АС АЦП теряет свое основное достоинство– быстродействие – и становится аналогичным АЦП (рис.7.3).

АЦП, работающее по методу последовательных приближений

В тех случаях, когда один АЦП используется для последо­вательного преобразования АС от многих датчиков и со строгой периодичностью за фиксированное время, не зависящее от конкретных значений АС используется метод последовательных приближений.

Рис.7.5

Согласно методу последовательных приближений подбираются значения битов , все больше приближающиеся к входному аналоговому напряжению. Преобразование начинается с числа, содержащего нули во всех битах регистра DD5. Затем старший бит DA2 устанавливается в 1, число преобразовывается DA1 и сравнивается с входным напряжением DA2. Если полученное число больше входного АС, старший бит сбрасывается в 0; в противном случае остается равным 1. Затем следующий бит, старший из оставшихся, устанавливается в 1, и полученное число снова преобразуется и сравнивается с входным напряжением .Если оказывается, что число велико, бит сбрасывается. Этот процесс повторяется для всех более младших битов, причем значения ранее подобранных старших битов не изменяются.

В общем случае метод последовательных приближений требует К импульсов для преобразования аналогового напряжения в К-битовое число, тогда как с реверсным счетчиком в худшем случае может потребовать -1 импульсов.