Цифро-аналоговое преобразование сигналов в микроконтроллерных системах

Цель работы:

изучить основные типы цифроаналоговых преобразователей, получить навыки составления программ, синтезирующих аналоговый сигнал заданной формы, для микроконтроллеров AVR.

Задание

:

. Изучить теоретический материал;

2. Исследовать приведенный пример в пакете VMLab:

. Выполнить задание в соответствии с указанным вариантом (табл. 1);

4. Табл. 1. Индивидуальное задание

Цифроаналоговый преобразователь

(ЦАП)

- функциональный узел, однозначно преобразующий кодовые комбинации цифрового сигнала в значения аналогового сигнала. Основой для нахождения однозначного соответствия может служить напряжение на выходе ЦАП

(1)

где E0 - опорное напряжение; - цифровой код; xi принимают значения «0» или «1». При определенном значении E0 каждому xi на выходе устройства соответствует напряжение Uвых.

В цифроаналоговых преобразователях используют три основных двоичных кода: прямой, смещенный, дополнительный. Графики соответствия цифровых кодов хвх и аналогового напряжения Uвых при прямом (а), смещенном (б) и дополнительном (в) кодах показаны на рис. 1.

Рис. 1 Графики соответствия цифровых кодов и выходных напряжений

Наиболее просто определяется соответствие цифровых и аналоговых величин при прямом коде. Этот код удобен при преобразовании сигналов следящих систем, так как при переходе через нуль не меняются старшие разряды кода, что позволяет реализовать линейный переход от малых положительных к малым отрицательным выходным напряжениям. Для преобразования как положительных, так и отрицательных кодов используют знаковый разряд, который управляет переключением выходного напряжения ЦАП.

Для исключения коммутирующих элементов из схемы ЦАП используют смещенный код, являющийся наиболее простым для реализации в схеме преобразователя.

При применении дополнительного кода положительные числа преобразуются так же, как для прямого кода, а отрицательные - двоичным дополнением соответствующего положительного числа (инверсия всех разрядов с последующим добавлением единицы в младший разряд).

Рациональным способом уменьшения количества номиналов резисторов является использование резистивной (лестничной) матрицы R-2R, изображенной на рисунке 2б.

Выражение (1) реализуется схемой ЦАП (рис. 2а) непосредственно, так как соотношение Roc/Ri равно весу соответствующего хi. Схема ЦАП на основе матрицы R-2R также реализует выражение (1). Так как потенциал суммирующей точки операционного усилителя равен нулю, то, анализируя эквивалентную схему на рис. 2а, можно записать для точки а

где Ki - коэффициент передачи Е0 в точку а от разряда цифрового кода с соответствующим индексом.

Рис. 2. Схемы ЦАП: а) с двоично-весовыми резисторами; б) на основе резистивной матрицы R-2R

Значения коэффициентов можно определить, изменяя конфигурацию эквивалентной схемы, при условии равенства единице только одного разряда цифрового кода (метод наложения э.д.с). На рис. 3 приведена эта матрица.

цифровой аналоговый преобразователь программирование

Рис. 3. Схемы резистивной матрицы R-2R

Из рис. 3 следует, что:

Схемы ЦАП, представленные на рис. 2, обладают одним существенным эксплуатационным недостатком: при переключении различных кодовых комбинаций (особенно типа 0111…111→1000…000) в матрице в мгновение происходит микромощное перераспределение токов, в результате чего схема излучает помеху. Поэтому все современные ЦАП в интегральном исполнении по каждому хi коммутируют 0 В вместо Е0.

Интересное из раздела

Проектирование генераторного триода дециметрового диапазона
Генераторные лампы предназначены для генерирования и усиления электрических колебаний низких и высоких частот. По роду работы генераторные лампы можно разде ...

Проект кабельной линии автоматики, телемеханики и связи на участке железной дороги Красноярск – Саянская – Абакан
Главная задача, поставленная перед железнодорожным транспортом, обеспечение всевозрастающей потребности народного хозяйства в перевозках, повышение скоросте ...

Проектирование двухполупериодного выпрямителя и Г-образного индуктивно-емкостного фильтра
Электроника это наука, которая охватывает не только технику слабых токов, но технику сильных токов, обычно относящихся к электротехнике, поскольку она опер ...