Материал: Исследование узлов систем управления. лабораторный практикум. Герасимов М.И., Болдырев И.А

Код, подаваемый на ЦАП, формируется по определенному алгоритму, но всегда представляет собой последовательность значений, устанавливаемых через определенные промежутки времени. Понятно, что основным недостатком этих АЦП является низкое быстродействие, поскольку преобразование в них выполняется за множество тактов. Однако это компенсируется минимальным количеством аппаратных средств.

Приведем основные сведения только о последовательном АЦП напряжение-код, работающем по алгоритму поразрядно-

Рис. 4.2

го уравновешивания, который исследуется в данной работе.

Структура АЦП поразрядного уравновешивания

На рис. 4.2 дана обобщенная структурная схема такого АЦП напряжения, в которой обозначено: ГТИ – генератор так-

61

товых импульсов; ИОН – источник опорного напряжения; РПП – регистр последовательного приближения; РД – регистр хранения данных; ЦАП – цифроаналоговый преобразователь; КН – компаратор напряжений.

РПП включает в себя сдвиговый регистр («бегущая единица»), регистр хранения промежуточного результата и логические цепи, управляющие каждым битом результата в соответствии с алгоритмом, описанным ниже. Вместе с буферным регистром данных РПП образует блок формирования кодов.

На рисунке на показаны цепи обнуления регистров перед новым циклом преобразования.

Принцип действия АЦП проиллюстрирован на диаграмме (рис. 4.3). Начало преобразования задает сигнал «Запуск», который устанавливает регистр последовательного приближения в состояние 10000000. При этом на выходе ЦАП формируется напряжение, равное половине опорного. Компаратор сравнивает измеряемое напряжение с напряжением ЦАП. Если UВХ > UОП, то в регистре последовательного приближения формируется следующий код сравнения, равный 11000000. Если UВХ < UОП, то старший разряд регистра последовательного приближения устанавливается в «0», следующий код сравнения равен 01000000. Таким образом, на первом такте измеряемое напряжение сравнивается с эталонным значением U/2.

Далее разряды включения весов ЦАПН устанавливаются последовательно, начиная со старшего, т.е. аналогичные действия выполняются в каждом из тактов преобразования, причем значение напряжения сравнения зависит от результатов сравнения в предыдущих тактах. В примере рис. 4.3 на втором такте напряжение сравнения UЦАП равно U/2 + U/4, на третьем такте – U/2+ + U/4 + U/8, а на четвертом – U/2 + U/4 + U/16, поскольку на третьем такте было установлено, что UВХ < U/2 + U/4 + U/8 и т.д. Сложившийся в результате код соответствует измеренному напряжению. Сигнал на выходе компаратора напряжений на рис. 4.3 не показан, его вид уча-

62

щимся предстоит изучить самостоятельно в ходе экспериментов. Точность аналого-цифрового преобразования определяется разрешающей способностью блока ЦАП (8-12 разрядов).

Интервал преобразования состоит из n тактов: один такт для получения каждого двоичного разряда слова результата.

63

Длительность такта преобразования задает генератор тактовых импульсов. Время преобразования составляет n+1 такт, последний цикл используется для формирования сигнала готовности («Конец преобр.»).

Состав и функционирование ЦАП может быть различным, в том числе аналогичным рассмотренному в работе № 3.

При использовании АЦП в составе системы управления он управляется по разрешению генератора импульсов ГТИ (рис. 4.4) адресом А1 (в цикле WR), информация результатов преобразования считывается из блока формирования кодов по адресу А2 через шину данных D. Возможно и использование единого адреса А: при записи – для пуска ГТИ, при чтении – для вывода данных.

RD

D

A2

Рис. 4.4

В данной структурной схеме показано также, что в двухполярных преобразователях каждый цикл преобразования начинается с определения полярности измеряемого напряжения, при котором все разряды ЦАПН установлены в ноль и по выходному сигналу компаратора устройство управления включает на выходе источника опорного напряжения положительное или отрицательное напряжение для ЦАПН.

65