Студопедия
МОТОСАФАРИ и МОТОТУРЫ АФРИКА !!!

Авиадвигателестроения Административное право Административное право Беларусии Алгебра Архитектура Безопасность жизнедеятельности Введение в профессию «психолог» Введение в экономику культуры Высшая математика Геология Геоморфология Гидрология и гидрометрии Гидросистемы и гидромашины История Украины Культурология Культурология Логика Маркетинг Машиностроение Медицинская психология Менеджмент Металлы и сварка Методы и средства измерений электрических величин Мировая экономика Начертательная геометрия Основы экономической теории Охрана труда Пожарная тактика Процессы и структуры мышления Профессиональная психология Психология Психология менеджмента Современные фундаментальные и прикладные исследования в приборостроении Социальная психология Социально-философская проблематика Социология Статистика Теоретические основы информатики Теория автоматического регулирования Теория вероятности Транспортное право Туроператор Уголовное право Уголовный процесс Управление современным производством Физика Физические явления Философия Холодильные установки Экология Экономика История экономики Основы экономики Экономика предприятия Экономическая история Экономическая теория Экономический анализ Развитие экономики ЕС Чрезвычайные ситуации ВКонтакте Одноклассники Мой Мир Фейсбук LiveJournal Instagram

Аналого-цифровые преобразователи




Практически все реально существующие физические явления и процессы описываются аналоговыми сигналами, непрерывно изменяющимися по величине во времени. Дискретный (цифровой) сигнал, в отличие от аналогового, имеет постоянное по величине значение для определенного промежутка времени.

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) осуществляют преобразование аналоговой величины в цифровой код. В связи с тем, что АЦП имеют ограниченный допустимый диапазон изменения напряжения, необходимо дополнительное преобразование измеряемых аналоговых величин с помощью промежуточных преобразователей тока (ППТ) и промежуточных преобразователей напряжения (ППН).

АЦП преобразует аналоговую величину, обычно напряжение , в цифровой двоичный код. Рассмотрим в упрощенном виде наиболее распространенный способ построения АЦП (рис. 4.17). АЦП состоит из мультивибратора (МВ), генерирующего тактовые импульсы С, реверсивного счетчика ( ), подсчитывающего тактовые импульсы, цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) и компаратора К.

Рис. 4.17. Структурная схема АЦП

На первый вход компаратора К подан входной аналоговый сигнал-напряжение . В момент схема включена в работу, исходное состояние счетчика . На выходе ЦАП – аналоговый эквивалент кода, записанного в счетчике, т. е. нулевой сигнал. При сигнал компаратора положительный, т. е. равный логической единице, этот сигнал подается на вход «+» счетчика, который работает на сложение. С каждым импульсом С при наличии на входе «+» логической единицы код счетчика начинает увеличиваться, пока сигнал ЦАП не превысит , после чего компаратор переключится, на вход «+» счетчика будет подаваться логический ноль, и счетчик перейдет в режим работы на вычитание. Очередной импульс С при наличии на входе «+» логического ноля уменьшает код счетчика, уменьшается сигнал , компаратор снова переключится и так далее. При этом значение напряжения на выходе ЦАП колеблется около значения . Напряжение на выходе ЦАП однозначно связано с двоичным кодом счетчика , в идеальном случае соответствует . Выходной сигнал АЦП снимается с разрядов реверсивного счетчика.

Каждый разряд двоичного кода имеет определенный «вес»; вес i-го разряда вдвое больше, чем вес (i – 1)-го. Работу ЦАП можно описать следующей формулой:

,

где е – опорное напряжение, соответствующее весу младшего разряда; Qi – значение i-го разряда двоичного кода (0 или 1). Максимальное значение определяет разрядность АЦП, в данном случае приведен пример четырехразрядного АЦП. Например, числу 1001 в двоичной системе счисления соответствует выходное напряжение:

.

Одними из основных показателей АЦП являются шаг дискретизации (квантования сигнала) по уровню и интервал дискретизации по времени. Первый определяет точность представления в двоичном коде измеряемой величины, второй характеризует время обработки входного сигнала.




Процесс перехода от аналогового сигнала к дискретному называется дискретизацией или квантованием сигнала. Переход от непрерывного сигнала к дискретному всегда происходит с потерей некоторого количества информации. Рассмотрим влияние шага дискретизации и квантования на точность преобразования аналоговой величины – напряжения (рис. 4.18). Шаг квантования в данном случае равен величине опорного напряжения .

На рис. 4.18, б преобразование производится четырехразрядным АЦП, на рис. 4.18, в − пятиразрядным АЦП, у которого шаг квантования уменьшен в два раза, а частота выборок увеличена в два раза по сравнению с четырехразрядным. В результате уменьшения в два раза шага дискретизации и интервала дискретизации преобразование аналогового сигнала на рис. 4.18, в увеличивается.

Рис 4.18. Пример преобразования аналогового сигнала: а − аналоговый сигнал, б − преобразование сигнала четырех разрядным АЦП и интервалом дискретизации , в − преобразование сигнала пятиразрядным АЦП и интервалом дискретизации

АЦП, преобразующие аналоговый сигнал в цифровой последовательно, начиная с младшего значащего разряда до цифрового кода на выходе, соответствующего уровню входного аналогового сигнала, относятся к АЦП последовательного приближения со счетчиком. На многоразрядный счетчик поступает тактовая частота от генератора, который запускается в момент выборки входного аналогового сигнала. Выход счетчика управляет схемой ЦАП, вырабатывающей ступенчато нарастающее напряжение. В момент, когда выходное напряжение схемы ЦАП будет равно входному напряжению, компаратор остановит счетчик, содержимое которого будет соответствовать входному аналоговому сигналу. Наибольшее время преобразования здесь , где q – время элементарной ступени (интервал дискретизации), –число разрядов.



4.4.1 Основные характеристики

Основными характеристиками АЦП являются: разрешающая способность, точность, быстродействие. Разрешающая способность е (шаг квантования) определяет точность представления в двоичном коде входной аналоговой величины, задавая длину разрядной сетки АЦП. Точность – абсолютная погрешность, нелинейность и дифференциальная нелинейность входного напряжения. Быстродействие (шаг дискретизации ∆tД) характеризует темп поступления информации в микропроцессор (МП), т. е. время преобразования – время, прошедшее от момента появления заданного изменения сигнала на входе до момента появления устойчивого сигнала на выходе.

При выборе шага дискретизации учитывают частотный спектр входной величины. При этом основополагающей является теорема Котельникова (теорема выборки), согласно которой шаг дискретизации не должен превышать значения , где – значение максимальной частоты гармонической составляющей, учитываемой во входной величине. Составляющая с частотой выше будет воспринята как гармоническая составляющая с частотой ниже − имеет место эффект «маскировки» высшей частоты под низшую, т. е. составляющие с частотой и с частотой имеют в моменты равные значения. Поэтому величины спектра с частотой зеркально отражаются относительно точки , налагаются на истинный спектр, искажая его. Следовательно, при аналого-цифровом преобразовании должны быть исключены все гармоники с частотой, более высокой, чем частота дискретизации. В противном случае, при восстановлении сигнала появляется разностная составляющая низкой частоты, поэтому на входе АЦП всегда устанавливают аналоговый фильтр нижних частот.

Между шагом квантования (разрядностью) и точностью измерения аналоговой величины формируемого двоичного кода существует однозначная связь. Например, на рис. 4.18, б − четырехразрядное АЦП, на рис. 4.18, в − пяти разрядное АЦП, которое более точно повторяет форму входного сигнала. В энергетике из всех величин в наиболее широком диапазоне изменяется ток. В нормальном режиме работы электроустановки ток находится в пределах , а в аварийных достигает . В таблице 4.1 приведена относительная погрешность измерения разных значений тока 8, 10, 12 –разрядными АЦП.





Дата добавления: 2013-12-29; просмотров: 917; Опубликованный материал нарушает авторские права? | Защита персональных данных


Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Учись учиться, не учась! 11098 - | 8258 - или читать все...

Читайте также:

 

3.233.220.21 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.


Генерация страницы за: 0.002 сек.