ТЕМА 5.8 Аналого-цифрові перетворювачі

МЕТА:

- навчальна: ознайомити студентів з аналого-цифровими перетворювачами;

- розвиваюча: розширити світогляд студентів, поглибити вивчене для систематизації та узагальнення фундаментальних знань щодо схемної реалізації аналого-цифрових пертворювачів; розвивати вміння самостійно застосовувати знання до вирішення практичних завдань;

- виховна: виховувати увагу, логічне мислення, впевненість у вирішенні практичних завдань:

ОБЛАДНАННЯ: дошка, схеми реалізації

ПЛАН

1 Принцип перетворення аналогового сигналу в цифровий.

2 Принцип дії та побудови АЦП.

3 АЦП слідкуючого типу з застосуванням ЦАП.

ЗМІСТ ЛЕКЦІЇ

ПРИНЦИП ПЕРЕТВОРЕННЯ АНАЛОГОВОГО СИГНАЛУ В ЦИФРОВИЙ

Перетворення сигналів з аналогової форми у цифрову виконується пристроєм, який називається аналого-цифровим пристроєм АЦП. (К572ПВ3).

Принцип перетворення аналогового сигналу в цифровий включає в себе:

- дискретизацію;

- квантування;

- кодування.

Процес дискретизації заключається в тому, що з неперервного в часі сигналу вибираються його окремі значення, що відповідають моментам часу через визначений часовий інтервал, який називається тактовим.

Тактовий інтервал повинен бути таким, щоб по дискретним значенням сигналу можна було відновити його в аналоговій формі з потрібною точністю.

При квантуванні утворюють сітку рівнів квантування з певним кроком квантування. Кожному рівню приписується порядковий номер. З врахуванням дискретизації значення напруги в тактовий момент замінюється на найближче значення рівня квантування. Це є операція квантування. Похибка, що виникає при виборі найближчих рівнів, називається шумом квантування.

Операція кодування складається з переводу десяткових чисел рівнів квантування, що відповідають значенню сигналу для кожного тактового моменту, у двійкову систему числення.

На рис.153 наведено принцип перетворення аналогового сигналу в цифровий.

Рисунок 153 - Принцип перетворення аналогового сигналу в цифровий

ПРИНЦИП ДІЇ ТА ПОБУДОВИ АЦП

Існує декілька способів створення АЦП. За структурою схеми АЦП поділяються на схеми, які не містять ЦАП, і які використовують ЦАП.

До АЦП, що не використовують ЦАП, належать АЦП з проміжковим перетворенням напруги в часовий інтервал (рис.154). Вхідна напруга перетворюється в часовий інтервал, тривалість якого пропорційна значенню вхідної напруги.

Рисунок 154 - АЦП з проміжковим перетворенням напруги в часовий інтервал

Стартовим тактовим імпульсом лічильник скидається в нульовий стан і одночасно запускається генератор лінійно змінної напруги ГЛЗН. Його вихідна напруга надходить на входи компараторів К1 і К2. на інший вхід К2 надходить аналогова напруга, яку треба перетворити. В момент часу, коли лінійно змінна напруга проходить нульове значення, імпульс видає компаратор К1. Цим імпульсом встановлюється в стан 1 тригер. Коли напруга з ГЛЗН перевищує вхідну аналогову на К2, видається імпульс компаратора К2, який скидає тригер.

Час, протягом якого тригер був відкритий, пропорційний вхідній напрузі. Отже, вхідна напруга перетворюється в часовий інтервал. Протягом цього часу тригер дозволяє за допомогою вентилю І проходити імпульсам з генератора тактових імпульсів на вхід лічильника імпульсів. Імпульси мають певну часову дискретність, а їх кількість буде відповідати цифровому коду вхідної аналогової напруги.