Цифровая электроника

курсовая работа

3.1 НАЗНАЧЕНИЕ, ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИЯ

цифровой запоминающий аналоговый устройство

В электронных системах одинаково широко используется обработка информации, представленной в аналоговой и цифровой фор мах. Объясняется это тем, что первичная, исходная информации о различных физических величинах и процессах носит, как правило, аналоговый характер. Обработку же этой информации и силу причин, рассмотренных во введении, удобнее вести в цифровой форме. Использование полеченных после цифровой обработки результатов также в большинстве случаев требует их аналоговом представления. Следовательно, любая система, использующим цифровые методы обработки информации, должна содержать устройства взаимного преобразования аналоговых и цифровых сигналов. Роль таких устройств выполняют аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи (АЦП и ЦАП),

Аналого-цифровой преобразователь -устройство, предназначенное для преобразования непрерывно изменяющейся во времени аналоговой физической величины в эквивалентные ей значения числовых кодов.

Цифро-аналоговый преобразователь - устройство, предназначенное для преобразования входной величины, представленной последовательностью числовых кодов, в эквивалентные им значения заданной физической величины.

В качестве аналоговой физической величины, оговоренной в данных определениях, в общем случае могут фигурировать различные параметры, например угол поворота, линейное перемещение, давление жидкости или газа и т. д. В дальнейшем под этой величиной будем понимать напряжение либо ток, которые, при необходимости, можно легко преобразовать в другие физические величины. Основным вопросом, с которым приходится сталкиваться при проектировании и использовании ЦАП к АЦП, является вопрос адекватности полученного в результате преобразования сигнала исходному физическому процессу, т. е. вопрос точности преобразования. Поэтому рассмотрим алгоритмы этих преобразований с точки зрения погрешностей, возникающих при их исполнении.

Процесс аналого-цифрового преобразования предполагает последовательное выполнение следующих операций:

выборка значений исходной аналоговой величины в некоторые наперед заданные дискретные моменты времени, с е. дискретизация сигнала по времени;

квантование (округление до некоторых известных величин) полученной в дискретные моменты времени последовательности значений исходной аналоговой величины по уровню;

кодирование - замена найденных квантованных значений некоторыми числовыми кодами.

Процесс цифро-аналогового преобразования предполагает последовательное выполнение следующих операций:

формирование в заданном диапазоне изменения выходного сигнала М его дискретных значений U*m, отличающихся на некоторое знамение a, и постановка каждому сформированному уровню в сответствие некоторого кода Кi;

последовательное, с заданным временным интервалом Т, присвоение выходному сигналу значений выделенных уровней, соответствующих входной последовательности кодов Кi.

Если предположить, что a = h и T1-- Ta, то результатом цифро-аналогового преобразования полученной ранее последовательности колон Кп будет, показанная на рис.ступенчатая функция Ua.Эта функция, хотя и непрерывна во времени, но остается дискретной но уровню, что является результатом погрешности, обусловленной шумом квантования. Сам процесс цифро-аналогового преобразования не вносит собственных прнципиальных погрешностей, а лишь материализует погрешности, полученные в АЦП. Реально возникающие при преобразовании погрешности носят чисто инструментальный характер.

Математически алгоритм цифро- аналогового преобразования можно записать в виде:

гдеUпi-- погрешность преобразования на i-м шаге.

Подводя итог сказанному, отметим, что погрешности, обусловленные самим алгоритмом работы, возникают только на этапе аналого-цифрового преобразования и их уменьшение требует уменьшения периода дискретизации ТА и шага квантования h.

Существует большое число признаков, по которым могут быть классифицированы ЦАП и АЦП. Ниже остановимся на наиболее часто встречающейся классификации, базирующейся на реализуемом методе преобразования, С этой точки зрения все существующие ЦАП могут быть разделены на два класса: устройства, реализующие метод многократного суммирования одного эталона; устройства, реализующие метод суммирования нескольких различных эталонов.

Цифро-аналоговые преобразователи первого класса используют при работе единственный эталон, число повторений (суммирований) которого определяется значением входного единичногоJ кода. Этот код подается на вход ЦАП в последовательной форме.

Цифро-аналоговые преобразователи второго класса имеют число эталонов, равное разрядности входного кода. Причем значения этих эталонов пропорциональны величинам весовых коэффициентов используемого кода. Входной код подается на вход таких ЦАП в параллельной форме.

Следует отметить, что в настоящее время используются только ЦАП второго класса.

Интегральные схемы ЦАП могут выполняться как функционально завершенными, т. е, не требующими для своей работы дополнительных элементов, так и функционально незавершенными, В последнем случае в качестве внешних элементов, как правило, применяют источник эталонного напряжения, операционный усилитель, регистры и т. д.

Работа с внешним источником эталонного напряжения позволяет разделить все ЦАП на две группы: умножающие -- работающие с изменяющимся во времени источником эталонного сигнала, и неумножающие -- работающие с эталонным источником, величина которого в течение всего времени работы устройства остается постоянной.

С позиции используемого метода преобразования все АЦП делятся на: устройства, реализующие метод последовательного счета, устройства, реализующие метод поразрядного кодирования, устройства, реализующие метод считывания.

Аналого-цифровые преобразователи, работающие по методу последовательного счета, осуществляют уравновешивание входной аналоговой величины суммой одинаковых эталонов. Момент равенства этих величин фиксируется сравнивающим устройством. На выходе таких АЦП формируется последовательный единичный код. Далее этот код может быть преобразован к любому требуемому виду.

Аналого-цифровые преобразователи, работающие по методу поразрядного кодирования, используют несколько эталонов. Причем их число равно числу разрядов, а значения пропорциональны весовым коэффициентам выходного позиционного кола. Каждый эталон сравнивается с входной величиной устройством сравнения. Процесс сравнения начинается с эталона, имеющего максимальное значение. В зависимости от результата этого сравнения формируется цифра старшего разряда выходного кода. Если эталон больше входной величины, то в старшем разряде формируется нулевое значение и производится сравнение входной величины с наибольшим из оставшихся эталонов. Если максимальный эталон оказался меньше входной величины, то в старшем разряде выходного кода формируется сигнал лог. I и дальнейшему сравнению подлежит сигнал разности входной величины и максимального эталона. Аналогичные действия выполняются для всех используемых эталонов.

Делись добром ;)