СХЕМА КОМПАРАТОРА НА ЛОГІЧНИХ ЕЛЕМЕНТАХ
Схема однорозрядного компаратора є структурою логічного елементу Виключне АБО-НЕ, (рис.148).
Рисунок 148 – Схема однорозрядного компаратора
Якщо А=В, то F = 1, інакше, якщо А=В, F = 0. Якщо А > В ,тобто А=1, В=0, С=1, а якщо А< В , тобто А=0, В=1, то D=1.
ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ:
1 Законспектувати умовне позначення суматорів К155ИМ1, К155ИМ2, призначення входів і виходів, принцип роботи.
2 Яке призначення мікросхем К155ИМ1? К155ИМ2?
3 Якої розрядності двійкові числа може підсумовувати К155ИМ1?
4 В чому полягає відмінність ІМС К155ИМ1 та К155ИМ2?
5 Чи є дані суматори повними? За якою ознакою суматор характеризується як повний?
6 Визначте, які сигнали будуть на виходах сумматора, якщо на входах:
а) Аі=0, Ві=1, Сі=0; б) Аі=1, Ві=0, Сі=1; в) Аі=1, Ві=1, Сі=0.
ВИКЛАДАЧ – Ковальова Т.І.
ЛЕКЦІЯ № 38 (2 год.)
ТЕМА 5.7 Цифро-аналогові перетворювачі
МЕТА:
- навчальна: ознайомити студентів з цифро-аналоговими перетворювачами;
- розвиваюча: розширити світогляд студентів, поглибити вивчене для систематизації та узагальнення фундаментальних знань щодо схемної реалізації цифро-аналогових пертворювачів; розвивати вміння самостійно застосовувати знання до вирішення практичних завдань;
- виховна: виховувати увагу, логічне мислення, впевненість у вирішенні практичних завдань:
ОБЛАДНАННЯ: схеми реалізації, часові діаграми
ПЛАН
1 Схема ЦАП зі зваженими резисторами.
|
|
|
2 ЦАП з матрицею R-2R.
ЗМІСТ ЛЕКЦІЇ
СХЕМА ЦАП ЗІ ЗВАЖЕНИМИ РЕЗИСТОРАМИ
Для передачі або обробки інформації використовуються дві форми представлення сигналу: аналогова або цифрова. Сигнал, що отримується безпосередньо від джерела інформації, найчастіше представлений у аналоговій формі, тобто неперервних змінних у часі сигналів. Обробка і видача інформації на сьогоднішній час найчастіше відбувається у цифровій формі.
Пристрої, що виконують перетворення цифрової інформації в аналоговий сигнал, називаються цифро-аналоговими ЦАП. На рис.149 наведений принцип перетворення цифрового сигналу в аналоговий.
Рисунок 149 - Принцип перетворення цифрового сигналу в аналоговий
Наприклад, на вхід ЦАП надходить напруга у вигляді послідовності двійкових чисел, що надходять з певним інтервалом часу, тобто заданий вхідний код напруги, де кожному двійковому числу відповідає певний рівень напруги.
Напруга на виході ЦАП буде дорівнювати сумі складових напруг, кожна з яких визначається як вага одиниць в певних розрядах. Якщо від одиниці в першому розряді з’являється напруга U1, то від одиниці в другому розряді - 2 U1, в третьому - 4 U1 і т.д.
Якщо на вході код 1011, то напруга на виході Uвих=1•23 •U1+0•22 •U1+1•21 •U1+1•20 •U1=11• U1
|
|
|
Найпростіша схема ЦАП є схема ЦАП з підсумовуванням напруг. Схема являє собою вагову резистивну матрицю, в якій сума струмів, що протікає через спільний резистор Rо, пропорційна ваговим коефіцієнтам двійкових розрядів. Входи 8421 схеми є виходами тригерів, стан яких визначає логічне значення на вході ЦАП – 0 або 1.
Число входів визначається кількістю розрядів двійкового числа, яке треба перетворити.
Вихідна напруга пропорційна двійковому числу: 
.
Кількість складових дорівнює числу входів. Спільний опір 
.Вага старшого розряду дорівнює R, а кожного наступного молодшого розряду у 2 рази більше.
Якщо кількість розрядів n, то кількість входів n, до шини старшого розряду підключають резистор з опором R, до шини самого молодшого розряду – резистор з опором 
.
Загальна вихідна напруга дорівнює: 
.
; 
; 
; 
; 
.
де Е–напруга на входах, І1 -І4– струми у відповідних гілках.
Підставивши значення струмів, отримаємо вихідну напругу з ваговими коефіцієнтами:
.
У дужках маємо десяткове число, яке дорівнює сумі вагових коефіцієнтів для заданої комбінації двійкового коду. Старший розряд має найбільший ваговий коефіцієнт (і найменший опір).
|
|
|
- коефіцієнт пропорційності, який визначає масштаб перетворення цифрового сигналу, записаного в десятковій формі.
Загальний вигляд 
.
На рисунку 150 наведено умовне позначення ЦАП.
Рисунок 150 - Умовне позначення ЦАП
Де В/А - (двійковий в аналоговий – binary-analog)
В схемі ЦАП на вагових резисторах на операційному підсилювачі перетворення вхідної цифрової інформації в аналоговий сигнал відбувається на основі зміни коефіцієнта підсилення ОП:
, де 
; 
; ..... 
,
маємо теж саме: 
.
У загальному випадку мікросхему ЦАП можна представити у виді блоку (рис. 151), який має декілька цифрових входів і один аналоговий вхід, а також аналоговий вихід.
Рисунок 151 - Мікросхема ЦАП
На цифрові входи ЦАП подається n-розрядний код N, на аналоговий вхід — опорна напруга Uоп (інше позначення — UREF). Вихідним сигналом є напруга Uвих (інше позначення — UO) або струм Iвих (інше позначення — IO). При цьому вихідний струм або вихідна напруга пропорціональні вхідному коду і опорної напрузі. Для некоторых микросхем опорное напряжение должно иметь строго заданный уровень, для других допускается менять его значение в широких пределах, в том числе и изменять его полярность (положительную на отрицательную и наоборот). ЦАП с большим диапазоном изменения опорного напряжения называется умножающим ЦАП, так как его можно легко использовать для умножения входного кода на любое опорное напряжение.
|
|
|
Крім інформаційних сигналів, мікросхеми ЦАП потребують також підключення одного або двох джерел живлення і загального проводу. Звичайно цифрові входи ЦАП забезпечують сумісність зі стандартними виходами мікросхем ТТЛ.
Недоліками схеми на вагових резисторах є необхідність ретельного підбору резисторів різних номіналів відповідно до опорів схеми, і жорсткі вимоги до температурної стабільності.
Похибка перетворення при цих недоліках зростає.
ЦАП З МАТРИЦЕЮ R-2R
Для усунення недоліків схеми на вагових резисторах використовують схему ЦАП з використанням резисторів тільки двох номіналів R і 2R.
На рис. 152 наведений 4-розрядний (n = 4) цифро-аналоговий перетворювач на основі резистивної матриці R–2R і ключів (в реальності використовуються ключі на основі транзисторів). Правому положенню ключа відповідає одиниця в даному розряді входного коду N (розряди D0…D3). Операційний підсилювач може бути як вбудованим (у випадку ЦАП з виходом по напрузі), так і зовнішнім (у випадку ЦАП з виходом по струму).
Першим (ліворуч по рисунку) ключом комутується струм величиною UREF/2R, другим ключом — струм UREF/4R, третім — струм UREF/8R, четвертим — струм UREF/16R. Тобто струми, які комутуються сусідніми ключами, різняться вдвічі, як и ваги розрядів двійкового коду. Струми, що комутуються усіма ключами, сумуються і перетворюються у вихідну напругу за допомогою операційного підсилювача з опором RОС=R у колі ВЗЗ.
Рисунок 152 - 4-х розрядний цифро-аналоговий перетворювач
на основі резистивної матриці R–2R
При правому положені кожного ключа (одиниця у відповідному розряді вхідного коду ЦАП) струм, що комутується цим ключом, поступає на підсумовування. При лівому положені ключа (нуль у відповідному розряді вхідного коду ЦАП) струм, що комутується цим ключом, на підсумовування не поступає.
Суммарний струм IO від усіх ключей створює на виході ОП напругу UO=IO RОС=IORR. Тобто вклад першого ключа (старшого розряду кода) у вихідну напругу складає UREF/2, второго — UREF/4, третьего — UREF/8, четвертого — UREF/16. Таким чином, при вхідному коді N = 0000 вихоідна напруга схеми буде нульовою, а при вхідному коді N = 1111 вона буде рівною –15UREF/16.
В загальному випадку вихідна напруга ЦАП при RОС = R буде зв’язана з вхідним кодом N і опорною напругою UREF формулою:
UВЫХ= –N • UREF 2n,
де n — кількість розрядів вхідного коду. Знак мінус - із-за інверсії сигналу ОП.
Такі резистивні матриці R-2R випускаються в мікроелектронному виконанні (ІМС 301).
ЦАП и АЦП використовуються у вимірювальній техніці (цифрові осцилографи, вольтметри, генератори сигналів і т.ін.), в побутовій аппаратурі (телевізори, музикальні центри, автомобільна електроніка і т.ін.), в компьютерній техніці (ввод і вивід звуку в компьютерах, відеомонітори, принтери і т.ін.), в медицинскій техніці, в радіолокаційних пристроях, в телефонії і в багатьох інших областях. Використання ЦАП і АЦП постійно розширюється по мірі переходу від аналогових до цифрових пристроїв.
В якості ЦАП і АЦП звичайно використовуються спеціалізовані мікросхеми, які випускаються багатьма вітчизняними і зарубежними фірмами.
ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ:
1 Як називається одиниця інформації?
2 В якій формі подається цифрова інформація?
3 Назвіть основні системи числення, що використовуються в цифровій техніці.
4 Поясніть необхідність використання перетворювачів інформації.
5 Які є основні види перетворювачів інформації?
6 Назвіть основні компоненти схем перетворювачів інформації
7 Чим визначається кількість входів в ЦАП?
8 Поясніть принцип роботи ЦАП.
10 Чим визначається похибка перетворювачів інформації?
11 Задача 1. Визначити значення аналогового сигналу на виході ЦАП, якщо на його вході восьми розрядне слово 11001011. Опорна напруга на вході Е=10 В, Rо=R.
12 Задача 2. Визначити необхідну величину опорної напруги Е в схемі чотирирозрядного ЦАП за умови отримання на виході максимальної напруги Uвих макс=10 В. Опір резистора в ланці зворотнього зв’язку R1=10 кОм, а опір елемента матриці опорів R=30 кОм.
13 Задача 3. Визначити значення аналогового сигналу на виході ЦАП, якщо на його вхід подається чотирирозрядне слово 1011. Опорна напруга Е=10В.
ВИКЛАДАЧ – Ковальова Т.І.
ЛЕКЦІЯ № 39 (2 год.)
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 763; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!