Використання цифрово-аналогового перетворювача. Звіт з Інші. Робота № 526807

Використання цифрово-аналогового перетворювача

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний університет Львівська політехніка

Інститут:

Не вказано

Факультет:

Не вказано

Кафедра:

Кафедра ЕП

Інформація про роботу

Рік:

2014

Тип роботи:

Звіт

Предмет:

Інші

Група:

ЕПП – 11

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

Міністерство освіти і науки України Національний університет „Львівська політехніка” Кафедра ЕП / Звіт На тему: «Використання цифрово-аналогового перетворювача» ЦАП і АЦП використовуються в вимірювальній техніці (цифрові осцилографи, вольтметри, генератори сигналів і т.д.), в побутовій апаратурі (телевізори, музикальні центри, автомобільна електроніка і т.д.), в комп’ютерній техніці (вводи і виводи звуку в комп’ютерах, відео монітори, принтери і т.д.), в медичній техніці, в радіолокаційних пристроях, в телефонії і в багатьох інших областях. Використання ЦАП і АЦП постійно розширюється по мірі переходу від аналогових до цифрових пристроям. В якості ЦАП і АЦП звичайно використовуються спеціалізовані мікросхеми, які випускаються багатьма фірмами. Практичне застосування ЦАП і АЦП потребує розрахунку аналогових ланцюгів, врахування похибки перетворення (як статичні, так і динамічні), знання характеристик і особливостей аналогових мікросхем (в першу чергу, операційних підсилювачів і багато іншого. Застосування ЦАП В загальному випадку ЦАП можна представити у вигляді блоку (рис.1), який має декілька цифрових входів і один аналоговий вхід, а також аналоговий вихід. / Рис.1. Мікросхема ЦАП На цифрові входи ЦАП подається n-розрядний код N, на аналоговий виход – опорна напруга Uоп (інше поширене позначення – UREF). Вихідним сигналом являється напруга Uвих (друге позначення – U0) або струм Івих (інше позначення - І0). При цьому вихідний струм або вихідна напруга пропорційні вхідному коді і опорній напрузі. Для деяких мікросхем опорна напруга повинна мати строго заданий рівень, для інших допускається змінювати його значення в широких межах,в тому числі і змінювати його полярність (позитивну на негативнуі навпаки). ЦАП з великим діапазоном зміни опорної напруги називають помножуючим ЦАП, так як його можна легко використовувати для помноження вхідного коду на будь яку опорну напругу. Крім інформаційних сигналів, мікросхеми ЦАП вимагають також підключення одного або двох джерел живлення або загального проводу. Звичайно цифрові входи ЦАП забезпечують сумісність зі стандартними виходами мікросхем ТТЛ. Найчастіше, якщо ЦАП має струмовий вихід, його вихідний струм перетворюється в вихідну напругу з допомогою зовнішнього операційного підсилювача і встроєного в ЦАП резистора RОС, один із виводів якого виведений на зовнішній вивід мікросхеми (рис. 2). / Рис. 2. Перетворення вихідного струму ЦАП в вихідну напругу Суть перетворення цифрового коду в вихідний аналоговий сигнал досить проста. Вона полягаю у підсумовуванні декількох струмів (по числу розрядів вхідного коду), кожен наступний яких вдвоє більший попереднього. Для отримання цих струмів використовують або транзисторні джерела струму, або резистивні матриці, які комутуються транзисторними ключами. В якості прикладу на рис. 3 показано 4-розрядне (n=4) цифрово-анологове перетворення на основі резистивної матриці R-2R і ключів (в реальності використовуються ключі на основі транзисторів). Правому положенню ключа відповідає одиниця в даному розряді вхідного 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). / Рис. 3. 4-розрядний цифро-аналоговий перетворювач Першим (лівим по рисунку) ключем комутується струм величиною UREF/2R, другим ключем – струм UREF/4R, третім – струм UREF/8R, четвертим – струм UREF/16R. Тобто струми, які комутуються сусідніми ключами, розрізняються вдвічі, як і вага розрядів двійкового коду. Струми, які комутуються всіма ключами, підсумовують і перетворюють у вихідну напругу з допомогою операційного підсилювача з опором RОС=R в схемі від’ємного зворотнього зв’язку. При правому положенні кожного ключа (одиниця у відповідному розряді вхідного коду ЦАП) струм, який комутується цим ключем, поступає на сумування. При лівому положенні ключа (нуль у відповідному розряді вхідного коду ЦАП) струм, який комутується цим ключем, на сумування не поступає. Сумарний струм І0 від всіх ключів створює на виході операційного підсилювача напругу UO=IO RОС=IOR. Тобто вклад першого ключа (старшого розряду коду) у вихідну напругу складає UREF/2, другого – UREF/4, третього – UREF/8, четвертого – UREF/16. Таким чином, при вхідному коді N=0000 вихідна напруга схеми буде нульова, а при вхідному коді N=1111 вона буде дорівнювати – 15UREF/16. Мікросхеми ЦАП розрізняються кількістю розрядів (від 8 до 24), величиною затримки перетворення (від одиниць наносекунд до одиниць мікросекунд), допустима величина опорної напруги (звичайно – одиниці вольт), величинами похибки перетворення і другими параметрами. Розрізняються вони також технологією виготовлення і особливостями внутрішньої структури, що інколи обмежує їх використання. Тому вибирати мікросхему ЦАП для конкретного застосування необхідно з використанням докладної довідкової інформації. Іноді потрібно зменшити кількість розрядів ЦАП. Для цього потрібно подати сигнали логічного нуля на потрібне число молодших розрядів ЦАП (але не старших розрядів). На рис. 4. Показано як із 10-розрядного ЦАП можна зробити 8-розрядний, подавши нулі на два молодших розряди. Збільшення кількості розрядів ЦАП являє собою більш складнішу задачу, яка потребує побудови складних аналогових схем, тому зустрічається досить рідко. Значить простіше підібрати мікросхему з потрібною або більшою, чим потрібно, кількістю розрядів. / Рис. 4.Зменшення розрядності ЦАП / Рис. 5. Перетворення послідовності кодів у вихідну напругу Основні застосування мікросхеми ЦАП заклечається в отримані аналогового сигналу із послідовності цифрових кодів (рис. 5). Як правило, коди подаються на входи ЦАП через паралельний регістр, що дозволяє полегшити одночасність зміни всіх розрядів вхідного коду ЦАП. При неодночасній зміні розрядів вхідного коду на виході ЦАП появляються великі короткі імпульси напруги, рівні яких не відповідають ні одному із кодів. Проте, навіть при одночасній зміні всіх розрядів вхідного коду ЦАП, рівень напруги який відповідає поданому коду, встановлюється не відразу, а за час встановлення ЦАП tвст, пов’язане з не ідеальністю внутрішніх елементів ЦАП. Вхідний струм ЦАП, як правило, встановлюється значно швидше вхідної напруги, так як він не залежить від інерційності операційного підсилювача. Умова правильної роботи ЦАП складається в тому, щоб тривалість збереження вхідного коду була більша, чим час встановлення ЦАП, інакше вхідний сигнал не встигне прийняти значення, яке відповідає вхідному коду. Якщо подавати коди на вхід ЦАП рідко, то наведена на рис. 5 схема може використовуватися, наприклад, в керованому джерелі живлення, вихідна напруга якого задається вхідним кодом. Правда, при цьому необхідно ще забезпечити великий вхідний струм джерела живлення, використовуючи зовнішній підсилювач струму. Якщо подавати коди на вхід ЦАП з високою частотою, то можна отримати генератор (він же синтезатор) аналогових сигналів довільної форми. В цьому випадку коди, які поступають на ЦАП, називають кодами виборок аналогового сигналу, що генерується. В найпростішому випадку в якості джерела вхідних кодів ЦАП можна використовувати звичайний двійковий лічильник (рис. 6). Вхідна напруга ЦАП буде наростати при цьому на величину 2-nUREF з кожним тактовим імпульсом, формуючи пилкоподібні вихідні сигнали амплітудою UREF. Тривалість кожної сходинки рівна періоду тактового генератора Т, а період всього вихідного сигналу рівний 2nТ. Кількість сходинок в періоді вихідного сигналу рівна 2n. Якщо в даній схеми використовують синхронні лічильники з синхронним переносом, то вхідний регістр ЦАП не потрібен, так як всі розряди лічильника перемикаються одночасно. Якщо ж використовуються асинхронні лічильники або синхронні лічильники з асинхронним переносом, то вхідний регістр потрібен. / Рис.6. Генератор пилкоподібного аналогового сигналу У випадку, коли потрібно формувати сигнали довільної форми (синусоїдальні, дзвоноподібні, шумові, трикутні, імпульсні і т.д.), в якості джерела кодів, які поступають на ЦАП, необхідно використати пам'ять, що працює в режимі читання (рис. 7). / Рис. 7. Генерація сигналі довільної форми Якщо пам'ять постійна, то набір сингалів, що генеруються, задається раз і назавжди. Якщо ж пам'ять оперативна, то будується одно направлений інформаційний буфер з періодичним режимом роботи, що дозволяє записувати в пам'ять коди для генерації самих різних сигналів. В обох випадках вхідний регістр ЦАП необхідний, інформація в нього записується стробом читання із пам’яті. Як і в попередньому випадку, вихідний сигнал ЦАП буде складатися зі сходинок, висота яких кратна 2-nUREF. Амплітуда вхідного сигналу не перевищує UREF. Якщо адреса пам’яті перебирається лічильником, то період вихідного аналогового сигналу рівний 2mT, де Т – період тактового сигналу читання із пам’ті «-Чт.», а m – кількість адресних розрядів пам’яті. / Рис. 8. Обрахунок кодів виборок періодичного сигналу Якщо потрібно вичислити коди виборок для генерації якогось періодичного сигналу, то необхідно його період розділити на 2m частин і вичислити відповідні 2m значення цього сигналу Ui. Потім потрібно перерахувати значення сигналу в коди по формулі Ni =2nUi/A, де A — амплітуда сигналу, і взяти найближче ціле значення коду. Нульове значення сигналу дасть при цьому нульовий код 000…000, а максимальне значення сигналу (рівне амплітуді А) дасть максимальний код 111…111. В результаті подачі цих кодів на ЦАП з періодом Т буде генеруватися аналоговий сигнал потрібної форми з амплітудою, рівною UREF і з періодом TВИХ=2mТ. Приклад такого обчислення зображений на рис. 8. Сама проста схема – це цифровий атенюатор (послаблювач) аналогово сигналу (рис. 9), який використовується часто для регулювання амплітуди вхідного сигналу генератора на основі ЦАП. / Рис. 9. Атенюатор аналогового сигналу на ЦАП Перетворення цифрових кодів в аналоговий сигнал – це не єдине використання мікросхем ЦАП. Вони можуть також використовуватись для регульованої обробки аналогових сигналів, наприклад, для підсилення і послаблення аналогових сигналів в задане число раз. Для цього краще всього підходять помножуючі ЦАП, які допускають зміну рівня опорної наруги в широких межах, в тому числі і з зміною його знаку. Таких мікросхем ЦАП випускають зараз достатньо багато, з різною швидкодією і з різною кількістю розрядів вхідного коду. СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ http://elanina.narod.ru/lanina/orgevm/popular/wbw/capacp.htm http://www.kit-e.ru/articles/cad/2007_11_137.php http://www.xtechx.ru/c40-visokotehnologichni-spravochnik-hitech-book/aigital-analog-converter-dac-acp/ http://mediaplaneta.net/?page_id=499

Звіт Інші

Riony

10.12.2014 14:12-

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

Маєш корисні навчальні матеріали, які припадають пилом на твоєму комп'ютері? Розрахункові, лабораторні, практичні чи контрольні роботи — завантажуй їх прямо зараз і одразу отримуй бали на свій рахунок! Заархівуй всі файли в один .zip (до 100 МБ) або завантажуй кожен файл окремо. Внесок у спільноту – це легкий спосіб допомогти іншим та отримати додаткові можливості на сайті. Твої старі роботи можуть приносити тобі нові нагороди!

поділитись