Аналого-цифровое и цифроаналоговое преобразование. Основные элементы цифровых устройств

В основе функционирования любой системы автоматизации лежат информационные процессы — сбор датчиками информации об объекте, ее преобразование, передача, обработка и хранение.

Прежде чем информация дойдет от отправителя до получателя, она подвергается различным преобразованиям. Это связано с тем, что технологические параметры, характеризующие состояние объекта управления, представляют собой непрерывные физические величины (тем-

пература, давление, уровень, скорость и т.д.).

Датчик, измеряющий какой-либо параметр, преобразует его также в непрерывный сигнал, удобный для дальнейшей передачи. Такой сигнал называется аналоговым — это сигнал, определенный для любого момента времени, т.е. он представляет собой непрерывную функцию времени. Обработка же полученной информации посредством микропроцессоров требует представления информации в цифровой форме. В то же время существует достаточно большое количество устройств, рассчитанных на унифицированный аналоговый входной сигнал, что требует обратного преобразования информации в аналоговую форму.

Слайд №22

Все параметры подвергаются двум основным преобразованиям: аналого-цифровому и цифроаналоговому.

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) преобразуют информацию о сигнале в аналоговой форме, т. е. о напряжении, непрерывном во времени, в информацию о нем в форме цифрового кода обычно в двоичной системе счисления. Они используются, например, для ввода информации в управляющую ЭВМ от датчиков состояния объекта управления.

На рис. 12.2, а приведена принципиальная схема параллельного АЦП на два разряда (т. е. он преобразует входное напряжение в двухразрядный двоичный код).

Основными элементами этого АЦП являются компараторы на базе операционного усилителя (ОУ), работающего в импульсном режиме.

Опорные напряжения для компараторов АЦП (см. рис. 12.2, а) задаются источником постоянной ЭДС Е0 и делителем напряжения на резисторах R.

Слайд №23

Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) преобразуют цифровой двоичный код в аналоговое выходное напряжение (ток). Это позволяет, например, использовать цифровой двоичный код для управления работой исполнительных механизмов, таких как электрические двигатели, реле, выключатели и т.д. На рис. 12.4 показана принципиальная схема четырехразрядного ЦАП с двоичными весами сопротивлений резисторов в цепях разрядов. Аналоговый сумматор выполнен на базе операционного усилителя. Сопротивление цепи старшего разряда равно R; сопротивление каждого предыдущего разряда в два раза больше, т.е. для четырехразрядного кода сопротивление младшего разряда составляет 8R. Сопротивление обратной связи — RoC. Ключи St управляются кодом, подаваемым на вход ЦАП.

Ключами служат транзисторы, обычно полевые, базовые цепи которых подключаются к источнику цифровых сигналов в двоичной системе счисления.

Слайд №24

Кроме АЦП и ЦАП в цифровых устройствах автоматики широко используются еще несколько элементов — коммутаторы, дешифраторы, счетчики.

Коммутатор (переключатель, мультиплексор) представляет собой устройство с несколькими информационными и управляющими входами и одним выходом. Эти устройства применяются в аналоговых и цифровых многоточечных измерительных приборах, устройствах связи с объектом. Коммутаторы бывают: электромеханические и электронные. Частота коммутации аналоговых сигналов составляет 1... 100 Гц, импульсных — десятки кГц.

Счетчик относится к последовательностным устройствам; он предназначен для хранения двоичного кода числа и выполнения микроопераций счета, заключающихся в изменении значения числа на +1. В суммирующих счетчиках число возрастает на 1, а в вычитающих — уменьшается. Если в счетчике выполняются обе операции, он называется реверсивным.

Основной характеристикой счетчика является модуль счета Кс.

Слайд №25

Дешифратор (декодер) представляет собой устройство, которое преобразует т-разрядный двоичный код на входе в л-разрядный двоичный код на выходе. Дешифраторы используются в блоках цифровой индикации, цепях логического управления исполнительными механизмами и т.д. На рис. 12.5, а приведена одна из наиболее распространенных схем использования дешифратора — для высвечивания десятичных цифр на светодиодном индикаторе. Все цифры от 0 до 9 представляются четырехразрядным двоичным кодом, который подается на информационные входы х0, хь х2, х3. Светодиодные индикаторы содержат семь светящихся сегментов А, В, С, D, Е, F, G (рис. 12.5, б), из которых составляются стилизованные изображения

всех десятичных цифр. Соответственно дешифратор имеет семь выходов, каждый из которых включает свой сегмент.

Таким образом, дешифраторы преобразуют двоичные сигналы на информационных входах в активные уровни выходных сигналов.

Дешифратор работает при наличии на управляющем входе U сигнала высокого уровня; при наличии сигнала низкого уровня все выходы дешифратора обнуляются независимо от сигналов на информационных входах.

Слайд №25

Дата добавления: 2014-12-09; просмотров: 218; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!