Аналоговый

66666666 Двоичный выход

Рис 14 5 Генератор с напряжением треугольной формы (а), временная диаграмма колебаний (б)

стоте выборки. Когда точка / имеет высокий потенциал, ключ 5i открыт и пилообразное напряжение линейно возрастает Когда пилообразное напряжение станет равным неизвестному входному напряжению {Е}, дифференциальное напряжение на входе компаратора будет равно нулю, а напряжение на его выходе будет мало.

Для того чтобы напряжение на выходе вентиля И было высоким, требуется, чтобы было высоким и напряжение на всех трех его входах. С момента времени to до момента ti напряжение на выходе вентиля И повышается всякий раз при поступлении сигнала тактового импульса.

На выходное кодирующее устройство, в данном случае восьмиразрядный двоичный счетчик, поступает последовательность импульсов, длина которой пропорциональна величине входного аналогового напряжения. Если АЦП спроектирован правильно, максимальное число в кодирующем устройстве пропорционально максимальной возможной величине напряжения fix.

С АЦП с интегратором и пилообразным напряжением связано несколько неприятных проблем:

• Пилообразное напряжение может быть нелинейным.

• Пилообразное напряжение может иметь или слишком пологий наклон, или недостаточную амплитуду.

• Частота тактовых импульсов может быть не такой, которая нужна.

• Истинное значение Ех может изменяться из-за шумов.

Многие из этих проблем не возникают в показанном на рис. 14.5 устройстве с возрастающим и падающим напряжением на интеграторе. Эта схема также состоит из пяти основ-

яых частей: интегратора, компаратора, управляющей логики, двоичного счетчика и источника эталонного напряжения или тока. Интегратор, как и в случае схемы с пилообразным сигна-.лом, выполнен в виде операционного усилителя с конденсатором в цепи отрицательной обратной связи. Компаратор - это схема такого же типа, которая была использована в предыдущем примере. В этом случае, однако, компаратор имеет только один активный вход, потенциал которого сравнивается с потенциалом земли.

После получения стартового сигнала управляющая схема сбрасывает счетчик в состояние 00000000, сбрасывает выходное напряжение интегратора в ноль (путем разряда конденсатора Ci) и устанавливает электронный переключатель Sj на аналоговый вход. Аналоговое напряжение создает входной ток интегратора, благодаря чему конденсатор Ci начинает заряжаться через выход интегратора. Это означает, что выходное напряжение интегратора начнет повышаться. Как только это напряжение достигнет нескольких милливольт относительно земли, выход компаратора перебросится в состояние высокого положительного потенциала. При наличии высокого потенциала на выходе компаратора схема управления запускает счетчик, который начинает считать тактовые импульсы.

В процессе счета происходит переполнение счетчика, причем соответствующий выходной разряд перебросит переключатель Si. На графике рис. 14.5,6 показан заряд интегратора в течение интервала времени (to-/J между стартом и переполнением двоичного счетчика.

В момент ti переключатель меняет вход интегратора: вместо аналогового сигнала подключается прецизионный эталонный источник. Между тем в момент счетчик переполнен и его выход опять оказывается в состоянии 00000000 (максимальное число -fl есть также исходное состояние). Однако число на выходе будет продолжать возрастать до тех пор, пока на выходе компаратора будет высокий потенциал. Заряд, накопленный на конденсаторе Ci, пропорционален среднему значению аналогового сигнала за время от to до А-

Конденсатор Ci разряжается в течение следующего временного интервала (to-2). Когда Ci полностью разрядиться, на активном входе комнаратора будет нулевой потенциал, поэтому состояние компаратора измени-ся и будет соответствовать низкому потенциалу на выходе. В результате управляющая логика •остановит двоичный счетчик, не обнуляя его. В момент, когда счетчик остановлен, двоичное слово на его выходе пропорционально среднему значению аналогового сигнала в интервале (/о-/]). Сигнал конец преобразования (КП) вырабатывается для стробирования микропроцессора или другого прибора. Он сигнализирует о том, что выходные данные устойчивы и готовы для использования.

Преобразователи напряжение- частою

Строго говоря, эти устройства не являются настоящими АЦП, но они очень хорощи, если вы хотите представить аналоговые данные в форме, допускающей запись на магнитную ленту с помощью аппарата, стоимость которого не нревыщает вашего годового жалованья! Такое устройство состоит в основном из одного управляемого генератора (УГ) такого типа, как интегральная схема 566.

Аналого-цифровые преобразователи последовательного счета

АЦП последовательного счета показан на рис. 14.6. Он состоит из компаратора, преобразователя код - напряжение, двоичного счетчика и необходимой управляющей логики.

При получении команды «старт» управляющая логика сбрасывает двоичный счетчик в состояние 00000000, запускает генератор тактовых импульсов и начинает счет. Выходы счетчика

Аналоговый в/од

Двоичный о-выкод ?!

ТИ о-

Старт о-

КПо-

Двоичный счетчик

Управляющая логика

Рис. 14.6. АЦП последовательного счета.