Шпаргалка по Цифровому устройству (стр. 8 из 9)
Основу ЦАПа составляет матрица резисторов, подключаемых ко входу операционного усилителя ключами, которые управляются двоичным кодом (например, параллельным кодом регистра или счётчика). Коэффициенты передачи:
по входам 20, 21, 22, 23 равны соответственно: , где - числа, принимающие значения 0 или 1 в зависимости от положения соответствующих ключей. Выходное напряжение ЦАПа определяется суммой. Таким образом, четырёхразрядный двоичный код преобразуется в уровень Uвых в диапазоне от 0 до , где - шаг квантования. Для уменьшения погрешности квантования необходимо увеличивать число двоичных разрядов ЦАПа. На рис. 2 приведено условное обозначение ЦАПа.
ЦАПы и АЦПы характеризуются погрешностью, быстродействием и динамическим диапазоном. Погрешность состоит из методической и инструментальной составляющих. Методическая составляющая определяется абсолютной погрешностью q квантования аналоговой величины по уровню: q = XNDX, где N-числовое выражение величины X; DX-шаг квантования; Очевидно, |h| <=0,5DX. Таким образом, шаг квантования определяет методическую погрешность преобразования по уровню. Инструментальная погрешность определяется нестабильностью параметров элементов схемы преобразователя и неточностью его настройки. Быстродействие ЦАПа и АЦПа определяется временем преобразования: для ЦАПа интервалом между моментами поступления входного кода и установления выходного сигнала (с заданной точностью), для АЦПа интервалом от момента пуска преобразователя до момента получения кода на выходе. Динамический диапазон - допустимый диапазон изменения входного напряжения для АЦПа и выходного напряжения для ЦАПа.
ВОПРОС 34
В ней используют трёхпозиционные ключи, которые подсоединяют резисторы 2R либо ко входу суммирования операционного усилителя, либо к нулевой точке. При этом токи через резистор 2R не изменяются. Резисторы соединенные в матрицу типа R-2R, имеющую постоянное входное сопротивление со стороны источника Uоп, равное R независимо от положения ключей.
Коэффициент передачи напряжения между соседними узловыми точками матрицы равен 0,5. Для схемы рис. 3 входное напряжение ЦАПа определяется выражением .
Матрицы резисторов типа R-2R выпускаются в виде интегральных микросхем, например серии 301. Так матрицы 301НР5, 301НР6 имеют коэффициент деления от 1/2048 до 2047/2048 через 1/2048 с относительной погрешностью деления не более +0,01%
Помимо своего прямого назначения - преобразования цифрового кода в соответствующий ему уровень напряжения -ЦАП широко используется как генератор произвольных периодических функций. При этом простыми средствами удаётся сформировать достаточно сложные функции с высокой точностью. В качестве примера рассмотрим формирователь треугольного напряжения, схема которого приведена на рис. 5.
Этот генератор состоит из десятичного счётчика с дешифратором типа К176ИЕ8, резисторной матрицы и операционного усилителя. В каждый момент времени включен только один резистор матрицы; поэтому, задавая различные весовые коэффициенты, можно сформировать разнообразные функции. При изменении частоты входных тактов меняется частота выходных сигналов: . Таким же образом можно создать, например, и цифровой генератор синусоидальных колебаний. Для повышения точности аппроксимации желательно использовать четырёхразрядный счётчик с К=16. Входное напряжение должно изменяться в соответствии с выражением: , где x-число на выходе счётчика. Исходя из этого рассчитывают весовые коэффициенты резисторной матрицы.
ВОПРОС 35
Аналого-цифровые преобразователи применяются в измерительных системах, измерительно-вычислительных комплексах для согласования аналоговых источников измерительных сигналов с цифровыми устройствами обработки и представления результатов измерения. Различным методам построения АЦПа соответствуют устройства, различающиеся по точности, быстродействию, помехозащищенности, сложности реализации. Аналого-цифровые преобразователи по способу преобразования подразделяют на последовательные, параллельные и последовательно-параллельные. В последовательных АЦПах преобразование аналоговой величины в цифровой код идёт ступеньками (шагами), последовательно приближаясь к измеряемому значению.
Если максимальное напряжение преобразуется в число X, то для его преобразования необходимо X шагов. Поэтому последовательные АЦПы являются самыми медленными, но и наиболее простыми по реализации. В параллельных АЦПах входное напряжение одновременно сравнивают с X опорными напряжениями. При этом результат получают за один шаг, но для этого необходимы большие аппаратные затраты (X компараторов).
Здесь цифровой автомат выполнен в виде: двоичного регистра Рг последовательного приближения, суммирующего импульсы тактового генератора ТГ; выходных буферных устройств 1, 2, 4, ..., 256, соответствующих двоичным разрядам счётчика; схемы готовности данных ГД, управляющей счётчиком и выдающей команду на считывание выходного кода. Термостабилизированный источник опорного напряжения ИОН вырабатывает напряжение Uоп для ЦАПа. Компаратор выполнен синхронизируемыми импульсами тактового генератора. Поступающие на вход регистра импульсы тактового генератора последовательно переводят разряды регистра в состояние 1 начиная со старшего, при этом остальные разряды находятся в состоянии 0. Если старший разряд находится в состоянии 1, ЦАП вырабатывает соответствующее напряжение, которое сравнивается в компараторе со входным. Если Uцап>Uвх, то по команде компаратора старший разряд регистра сбрасывается в нуль, если Uцап<Uвх, то в старшем разряде остаётся единица. Затем единица появляется в следующем по старшинству разряде регистра и снова происходит сравнение. Цикл повторяется пока не произойдет сравнение в младшем разряде (рис. 8).
ВОПРОС 29
Параллельный адаптер КР580ВВ55. Микросхема КР580ВВ55 программируемого периферийного параллельного адаптера (ППА) предназначена для применения в МП-системе в качестве универсального элемента ввода-вывода, обеспечивающего обмен данными в параллельном формате между МП и системными, в частности периферийными, устройствами. Аналогичное назначение, функции и структуру имеют микросхема К580ИК55 и зарубежный аналог ППА Intel 8255 [1, 2, 3].
Условное обозначение ППА и его программная модель показаны на рис. 1.Микросхема КР580ВВ55 размещена в 40-контактном корпусе и подключается к МП системе посредством двунаправленной трехстабильной 8-разрядной шины данных ШД(8), двухразрядной шины адреса ША(2) и 4-разрядной шины управления ШУ(4) с сигналами: ‑ запись, ‑ чтение, ‑ выборка микросхемы и СБР(RES) ‑ сброс.
Адаптер включает три программно-доступных 8-разрядных порта ввода-вывода (ПА, ПВ, ПС) и 8-разрядный регистр управляющего слова РУС, содержимое которого определяет направление передачи и функционального назначение 24 двунаправленных трехстабильных линий ввода-вывода, т. е. конфигурацию и режимы работы портов. Порты ПА и ПВ предназначены для обмена байтами данных с системными устройствами, а порт ПС, как правило, ‑ для обмена интерфейсными сигналами управления. Порт ПС в отличие от портов ПА и ПВ программно доступен при операциях записи данных не только как элементов в целом, но и поразрядно, т.е. с независимой адресацией каждого отдельного разряда ПСi (i = 0, 1,...,7), а в операциях выбора режима ‑ как два полупорта: старший ‑ ПСС, младший ‑ ПСМ или их части. Обмен данными между элементами ППА и МП происходит через внутреннюю шину, связанную с ШД и через устройство управления (УУ) с шинами ША(2) и ШУ(4).
Программирование ППА, или его настройка, осуществляется с помощью операции записи управляющего слова (УС) в регистр РУС. Возможны два типа настройки ППА.
1. Настройка разрядов ‑ поразрядное программирование состояний порта ПС: сброс в нуль или установка в единицу каждого адресуемого разряда ПСi, независимо от состояний других разрядов ПС. УС для этого типа программирования имеет вид (Д7...Д0) = (0---++++), где (Д7) = 0 определяет именно указанный тип настройки, значения разрядов (Д6Д5Д4) произвольны и могут быть доопределены любой двоичной комбинацией; разряды (Д3Д2Д1) задают двоичный адрес i разряда ПСi , а разряд Д0 ‑ вид операции: сброс разряда ПС, если (Д0) = 0, и его установку, если (Д0) = 1. В графе 19 табл. 1 приведены шестнадцатеричные значения УС, используемые в командах обращения к ППА. Так как значение старшей шестнадцатеричной цифры кода УС зависит от доопределения разрядов (Д6Д5Д4) {0,1,...,7}, то значение УС лежит в диапазоне чисел {00, 01,...,7F}. Заметим, что, хотя для настройки разрядов используется операция записи УС, содержимое регистра РУС при этом не изменяется (фиктивная запись). Для изменения состояния нескольких разрядов или формирования временной диаграммы на выходе определенного разряда ПС необходимо загружать в ППА соответствующую временную последовательность УС. Данный тип настройки позволяет использовать порт ПС в качестве регистра состояния периферийного устройства при организации программно - управляемого обмена данными.
2. Настройка режимов ‑ программирование портов ПА, ПВ и ПС на один из трех возможных режимов или их комбинацию: 0 ‑ режим простого однонаправленного обмена; 1 ‑ режим стробируемого однонаправленного обмена; 2 ‑ режим стробируемого двунаправленного обмена. Для настройки режимов используются УС, в которых разряд (Д7) = 1 (в этом случае УС действительно записывается в регистр РУС). Пара разрядов УС (Д6Д5) определяет выбор режима для порта ПА: (00) ‑ режим 0; (01) ‑ режим 1 и (1-) ‑ режим 2; разряды Д4 и Д3 определяют соответственно для портов ПА и ПСС направления линий: если бит равен 1, линии имеют направление на ввод; если бит равен 0, ‑ на вывод. Аналогично для порта ПВ разряд Д2 задает режим 0, если (Д2) = 0, и режим 1, если (Д2) = 1, а разряды Д1 и Д0 определяют соответственно для портов ПВ и ПСМ направления линий. В режиме 0 порты ПА, ПВ и полупорты ПСС, ПСМ могут быть настроены на любую из 16 возможных конфигураций однонаправленного ввода или вывода (табл. 1) [1].