Ацп с линейно изменяющимся эталонным напряжением

Алгоритм работы его устройства управления следующий (рис. 85): выходное зна­чение кода из­меняется от нуля до максимума (в пре­дельном случае) с дискрет­но­стью в единицу младшего разряда. Соответственно выходное напряжение ЦАПН изменяется от 0 до U_max по квазилинейному закону. Цикл преобразования заканчивается, когда напряжение на выходе ЦАПН сравняется с измеряемым.

Узел управления представляет собой двоичный счетчик, который обычно используется как реверсивный. Это позволяет сократить количество тактов преобразования при измерении медленно меняющихся величин. Каждое преобразование в этом случае начинается не с нуля, а со значения, полученного в предыдущем цикле. Направление счета определяется изменением величины (при уменьшении счет идет на убывание, при росте – на увеличение).

Ацп с поразрядным взвешиванием

Б олее распространенным является иной алгоритм работы устройства управления АЦП – алгоритм поразрядного взвешивания. На рис. 86 дана обобщенная структур­ная схема такого АЦП напряжения, в которой обозначено: ГТИ – генератор тактовых 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 не показаны цепи обнуления регистров перед новым циклом преобразования.

Принцип действия АЦП проиллюстрирован на диаграмме (рис. 87). 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 U_ВХ > U_ОП, то в регистре последовательного приближения формируется следую­щий код сравнения, равный 11000000. Если U_ВХ < U_ОП, 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. 87 на втором такте напряжение срав­нения U_ЦАП 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 U_ВХ < U/2 + U/4 + U/8 и т.д. Сложившийся в результате код соответствует измеренному напряжению.

Точность аналого-цифрового преобразования определяется разрешающей способностью блока ЦАП (8-12 разрядов).

Время преобразования составляет n+1 такт: Интервал преобразования состоит из n так­тов – один такт для получения каждого двоичного разряда слова результата, последний такт используется для формирования сигнала готовности («Конец преобр.»). Длительность такта преобразования задает генератор тактовых импульсов.

Состав и функционирование ЦАП может быть различным.

Р ис. 87. Принцип действия АЦП поразрядного взвешивания

При использовании АЦП в составе системы он управляется по разрешению генератора импульсов ГТИ (рис. 88) адресом А1 (в цикле WR), информация результатов преобразования считывается из блока формирования кодов (БФК – совокупность РПП и РД – см. рис. 86) по адресу А2 через шину данных D. Возможно и использование единого адреса А: при записи – для пуска ГТИ, при чтении – для вывода данных.

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.

Недостатком всех последовательных АЦП является большое время преобразования.