Параллельные или накопительные (регистры памяти, хранения);
Аналоговые, цифроаналоговые (ЦАП), аналогово-цифровые (АЦП) преобразователи. Операционный усилитель (ОУ), компаратор
Цифроаналоговые преобразователи
Микропроцессоры и микроЭВМ
Понятие о микроЭВМ на примере однокристального микроЭВМ серии К1816
Цифровые измерительные приборы (ЦИП). Структурная схема. Основные характеристики
Цифровые измерительные преобразователи
Мосты постоянного и переменного тока
Резонансные методы измерения параметров цепей
Цифровые автоматические приборы с микропроцессором. Цифровые мультиметры
Навигация
Цифроаналоговые преобразователи
Автоматизация измерений, контроля и испытаний
104677
знаков
15
таблиц
32
изображения
3.1 Цифроаналоговые преобразователи
Принцип действия четырехразрядного цифроаналогового преобразователя иллюстрируется с помощью простейшей схемы на ОУ, представленной на рис. 16. Основу схемы составляет матрица резисторов с источником постоянного напряжения, соединенных с инвертирующим входом ОУ ключами, которые управляются двоичным кодом (например, выходным кодом счетчика).
В зависимости от поступающего кода цифрового сигнала подключаются резисторы с различными номиналами сопротивлений. В схеме ключи замыкаются только при поступлении на них команд, соответствующих логической единице. Коэффициенты усиления инвертирующего усилителя по входам 2°, 21, 22 и 23 соответственно равны
(21) K0 = -R0 Qo / R; K1 = -2R0 Q1 / R; К2 = - 4R0 Q2 / R; K3 = -8R0 Q 3 / R
Здесь Qo, Q1, Q2, Q 3 — кодовые числа, принимающие два значения: либо 1 (ключ замкнут), либо 0 (ключ разомкнут).
Из формулы 21 следует, что четырехразрядный двоичный код преобразуется в выходное напряжение, изменяющееся по амплитуде от 0 до 15∆ (напомним, что ∆ — шаг квантования). Например, двоичному числу 1001 соответствует напряжение uвых1 = ∆ (1.1 + 2.0 + 4. 0 + 8. 1) = 9∆, а числу 1100 – uвых2 = 12 ∆. Поскольку на вход резистивной матрицы подается постоянное напряжение Е, то выходное напряжение ЦАП изменяется скачками при переключении кода цифрового сигнала. Сглаживание выходного сигнала осуществляется фильтром низкой частоты (ФНЧ).
 |
Рис.16. Схема четырехразрядного ЦАП
Аналого-цифровые преобразователи.
По своей структуре аналого-цифровые преобразователи (АЦП) более сложны, чем ЦАП, причем последние часто являются основным узлом АЦП. В настоящее время существуют три различных метода построения схем АЦП: последовательный, параллельный и последовательно-параллельный.
Последовательный (последовательного счета) метод построения АЦП (рис.17) основан на подсчете числа суммирований опорного напряжения младшего разряда, необходимого для получения напряжения, равного входному.
При этом k - разрядный двоичный код одного отсчета определяется в схеме за 2k интервалов дискретизации.
Начало преобразования входного непрерывного сигнала определяется временем поступления импульса запуска, который через.RS-триггер Т подключает счетчик Ст2 к выходу генератора тактовых (счетных) импульсов М. Схема ЦАП D/A, куда поступает цифровой код со счетчика, формирует выходное напряжение uвых, которое сравнивается в компараторе К с входным напряжением uвх. При сравнении этих напряжений, компаратор через логический элемент И (&) выдает сигнал прекращения подачи на счетчик Ст2 тактовых импульсов. В результате осуществляется считывание со счетчика выходного четырехразрядного кода, представляющего в момент окончания преобразования цифровой эквивалент выходного напряжения.
В описанном АЦП значения выходного цифрового кода в процессе преобразования многократно изменяются, поэтому он обладает низким быстродействием.
 |
Рис.17.Упрощенная структурная схема АЦП последовательного счета.
Действие параллельных (по методу считывания) k-разрядных АЦП основано на использовании 2k-1 компараторов (рис.18). Неинвертирующие входы операционных усилителей компараторов объединены, и на них подается непрерывный сигнал, а к каждому инвертирующему входу подключено индивидуальное опорное напряжение, снимаемое с резистивного делителя. Разность между опорным напряжением двух соседних компараторов равна шагу квантования ∆ = U0п / 2k. Компараторы, у которых входное напряжение превысит соответствующее опорное напряжение, вырабатывают логическую 1, а остальные - логический 0. Информация с выходов компараторов поступает на шифратор CD, который преобразует ее в двоичный код.
Параллельные схемы обладают наибольшим быстродействием среди других типов АЦП. Однако для повышения точности измерений и уменьшения мощности шумов квантования в параллельных АЦП требуется увеличение числа компараторов.
Рис.18. Структурная схема параллельного АЦП
В последовательно-параллельных схемах АЦП используется сочетание методов последовательного и параллельного преобразования сигналов, что существенно увеличивает быстродействие последовательных преобразователей и уменьшает объем параллельных.
На рис.19. показана структурная схема шестиразрядного аналого-цифрового преобразователя данного типа, в которой используются два трехразрядных параллельных АЦП, один трехразрядный ЦАП и сумматор ∑.
 |
Рис.19. Структурная схема последовательно- параллельного АЦП
Аналого-цифровой преобразователь формирует из входного напряжения три старших разряда выходного кода, соответствующие значениям 23, 24, и 25. Эти разряды поступают на вход трехразрядного ЦАП, в котором они вновь преобразуются в аналоговое напряжение, отличающееся от входного напряжения uвх на величину погрешности преобразования схемы АЦП1. Аналоговое напряжение с выхода схемы ЦАП подается на сумматор ∑, где оно вычитается из входного напряжения uвх. Полученное разностное напряжение подается на АЦП2, в котором оно преобразуется в три младших цифровых разряда22, 21, 2° выходного кода преобразователя.
В заключение отметим следующее. Перспективным направлением развития ЦИП является применение микропроцессоров, которые обеспечивают управление процессом измерения, самодиагностику, автоматическую градуировку по заданной программе, а также первичную обработку результатов измерения (линеаризацию функции преобразования, коррекцию погрешностей, сжатие данных, т.е. уменьшение избыточности измеряемой информации). В настоящее время элементной базой ЦИП являются аналоговые и цифровые интегральные микросхемы, что позволяет достигнуть высокого быстродействия и малых габаритных размеров приборов. Применение интегральных микросхем большой степени интеграции значительно расширило функциональные возможности ЦИП и повысило их надежность при одновременном снижении потребления энергии. Многие ЦИП имеют автоматический выбор пределов измерения, повышающий точность измерения при большом динамическом диапазоне входного сигнала. Большинство ЦИП могут выполнять операции интегрирования и фильтрации, что значительно повышает их помехоустойчивость.
В последние годы получили применение аналого-дискретные измерительные приборы (АДИП). В отличие от ЦИП в них используют квазианалоговые отсчетные устройства, в которых роль указателя выполняет светящаяся полоса или светящаяся точка, меняющие дискретно свою длину (полоса) или положение (точка) относительно шкалы. Квазианалоговые отсчетные устройства управляются кодом. Такие приборы сочетают в себе достоинства аналоговых приборов (аналоговые отсчетные устройства) и ЦИП (код на выходе).
В настоящее время сформировалось новое направление в метрологии и электроизмерительной технике — компьютерно-измерительные системы (КИС) и их разновидность — виртуальные приборы.
Похожие работы
... на объект измерения, оценку точности измерений и представление результатов измерений в стандартной форме. ИВК по назначению классифицируются на: 1) типовые – для решения широкого круга типовых задач автоматизации измерений, испытаний и так далее; 2) специализированные – для решения уникальных задач автоматизации измерений; 3) проблемные – для решения широко распространенной, но ...
... 6 Определение предела дополнительной допускаемой погрешности измерения (), связанной с изменением сопротивления измерительного (стеклянного) электрода и (или) электрода сравнения (вспомогательного электрода) 9.6 + + Примечания 1 Знак "+" означает, что операцию проводят. 2 Для приборов, предназначенных для работы в режиме измерения , операцию по пункту 3 таблицы при первичной ...
... мероприятия по обеспечению однородности выпускаемой продукции. Все эти мероприятия можно объединить в четыре группы: 1. совершенствование технологии производства; 2. автоматизация производства; 3. технологические (тренировочные) прогоны; 4. статистическое регулирование качества продукции. 2.10. Проектирование технологических процессов с использованием средств ...
... и периодического профиля диаметрами 6-40 миллиметров, предназначенную для армирования железобетонных конструкций. Стандарт содержит сертификационные требования к термомеханически упрочненной арматурной стали для железобетонных конструкций. Требования к методам испытаний стали арматурной устанавливает следующая нормативная документация: 1 ГОСТ 12004-81 «Сталь арматурная. Методы испытания на ...
0 комментариев