18. Аналого-цифровые преобразователи, реализованные на принципе последовательного приближения
Наиболее распространенным видом аналого-цифровых преобразователей в настоящее время являются АЦП последовательного приближения. Эти преобразователи позволяют в течение одного периода тактового сигнала получить один двоичный разряд.
При измерении каких-либо объектов мы обычно последовательно увеличиваем точность измерения. Например, при измерении длины мы сначала определяем ее в метрах, затем добавляем к полученному значению остающиеся десятки сантиметров, потом остаток в сантиметрах и т.д. То есть при каждом последующем измерении точность увеличивается на один десятичный разряд. Подобным образом можно проводить измерения и в двоичной системе счисления. В этом случае каждый раз точность измерения будет возрастать ровно в два раза. Подобный процесс измерения напряжения иллюстрируется рисунком 1.
Р исунок 1. Временные диаграммы напряжений на входах компаратора АЦП последовательного приближения.
При измерении неизвестного расстояния оно сравнивается с эталоном длины — линейкой. Но где же взять эталонные напряжения? Для этого можно воспользоваться цифро-аналоговым преобразователем. Если на его вход подавать цифровые коды, то на его выходе будут появляться напряжения, соответствующие этим цифровым кодам. Для формирования необходимых для измерения цифровых кодов служит специальная схема, называемая регистром последовательного приближения.
Для сравнения неизвестного напряжения, поступающего с выхода устройства выборки и хранения, с эталонными напряжениями, поступающими с выхода цифро-аналогового преобразователя, воспользуемся уже известным нам аналоговым компаратором. Структурная схема аналого-цифрового преобразователя последовательного приближения приведена на рисунке 2.
Рисунок 2.5. Структурная схема АЦП последовательного приближения.
В первый момент времени после поступления первого тактового импульса на выходе регистра последовательного приближения формируется код половины полной шкалы преобразователя. Этот код соответствует двоичному числу 01111111. При подаче этого кода на входы цифро-аналогового преобразователя на его выходе появится напряжение, соответствующее половине полной шкалы входных напряжений (или, что то же самое, половине опорного напряжения Uоп, подаваемого на соответствующий вход цифро-аналогового преобразователя).
При поступлении следующих тактовых импульсов этот код будет сдвигаться вправо, обеспечивая тем самым уменьшение веса разрядов ровно вдвое. Таким образом, если после первого тактового импульса на выходе цифро-аналогового преобразователя присутствует половина полной шкалы, то после второго тактового импульса там будет присутствовать четверть, затем одна восьмая часть полной шкалы, и так далее.
В примере, приведенном на рисунке 1, измеряемое напряжение превышает значение половины полной шкалы АЦП, а значит, на выходе аналогового компаратора появится уровень логической единицы. При поступлении второго тактового импульса этот сигнал запишется в старший разряд регистра последовательного приближения. В результате на выходе этого регистра появится код 10111111, а значит, напряжение на выходе ЦАП станет равным 3/4 от напряжения полной шкалы. Если бы напряжение на выходе УВХ оказалось меньше напряжения, поступающего с выхода ЦАП, то на выходе компаратора появился бы нулевой потенциал, и в регистр последовательного приближения был бы записан код 00111111, а значит, на выходе ЦАП сформировалось бы напряжение 1/2 от напряжения полной шкалы.
В примере, приведенном на рисунке 1, напряжение на выходе ЦАП при втором измерении превысит напряжение с выхода УВХ, поэтому на выходе компаратора появится нулевой уровень. При поступлении третьего тактового импульса этот сигнал запишется во второй разряд регистра последовательного приближения, поэтому код на его выходе станет равным 10011111. На этот раз напряжение на выходе ЦАП уменьшится на 1/8 Uоп от предыдущего значения.
Итак, на вход регистра последовательного приближения поступило три тактовых импульса, и мы получили два разряда цифрового кода. После поступления на вход регистра последовательного приближения девяти тактовых импульсов мы получим полный 8-разрядный двоичный код, соответствующий входному напряжению. В примере, приведенном на рисунке 1, этот код равен 10101000.
После завершения преобразования, на управляющем выходе регистра последовательного приближения появляется нулевой потенциал, показывающий, что преобразование закончено.
Итак, для полного преобразования аналогового сигнала в цифровую форму АЦП последовательного приближения требуется, как минимум, N+1 тактовых импульсов (один такт на выдачу половинного напряжения и N тактов для получения N двоичных разрядов).
АЦП последовательного приближения могут работать как в режиме одиночного преобразования, так и в режиме создания непрерывного потока данных. На рисунке 2 этот аналого-цифровой преобразователь включен в режиме непрерывного преобразования входного сигнала. В этом режиме тактовая частота должна подаваться от высокостабильного генератора.
Если требуется производить одиночное аналого-цифровое преобразование в определенные моменты времени, то обратная связь с выхода готовности на вход запуска регистра последовательного приближения разрывается и преобразование начинается сразу же после поступления импульса на вход запуска. В этом случае высокой стабильности от генератора тактовой частоты не требуется.
АЦП последовательного приближения используются на частотах преобразования от единиц килогерц до десятков мегагерц. При этом удается достигнуть точности преобразования до 18 двоичных разрядов.
- Логическая основа вс
- Сумматоры
- 8. Типовые кцу (шифраторы и дешифраторы)
- 9. Типовые кцу (мультиплексоры и де мультиплексоры)
- 10. Этапы синтеза кцу
- 11. Последовательностные цифровые устройства –пцу. Определение, формы задания , математическая модель пцу
- Типовые триггеры
- 14. Типовые пцу — счетчики (суммирующие, вычитающие и реверсивные). Их функционирование показать временными диаграммами.
- 15. Типовые пцу - регистры (памяти и сдвига), универсальные, реверсивные
- Основные типы сдвигов
- 16. Цифро-аналоговые преобразователи сигналов, реализованные на матрице двоично- взвешенных резисторах
- 17. Цифро-аналоговые преобразователи сигналов, реализованные на матрице r — 2r
- 18. Аналого-цифровые преобразователи, реализованные на принципе последовательного приближения
- 19. Аналого-цифровые преобразователи, реализованные на принципе последовательного счета
- 21.22. 23. Классификация полупроводниковых запоминающих устройств (озу и пзу). Типы озу. Типы пзу.
- 25. Статические озу (их реализация)
- 26. Динамические озу (их реализация)
- 27. Организация пзу
- 31. Декомпозиция мп
- 32. Принцип аппаратного управления («жесткой» логики)
- 33. Принцип микропрограммного управления («гибкой» логики)
- 34. Способы формирования сигналов управления в управляющих автоматах с "гибкой" логикой.
- 39. Элементы архитектуры мп.
- 40. Структура команд мп.
- 41 Способы адресации, основанные на прямом использовании кода команды.
- 42 Способы адресации, основанные на преобразовании кода команды
- 43 Понятие вектора состояния мп.
- 44 Понятие системы прерывания программ
- 45 Характеристики системы прерывания
- 46. Способы организации приоритетного обслуживания запросов прерывания.
- 47. Программный, циклический и цепочечный способы опроса
- 48. Цепочечная однотактная схема ("дейзи-цепочка")
- 49.Два способа реализации программно-управляемого приоритета прерывающих программ, использующих порог и маски прерывания
- 51. Конвейерная обработка команд и данных.
- 53. Система ввода-вывода (интерфейсы)
- 56. Прямой доступ к памяти.
- 57. Контроллер пдп выполняет следующие функции:
- 58. Методы передачи информации между устройствами вычислительной системы.
- 59. Методы передачи информации между устройствами вычислительной системы (со стробированием и квитированием)
- 61.Структура ввода-вывода с одним общим интерфейсом
- 62.Мп структура с множеством интерфейсов и каналами ввода-вывода
- 63.Необходимость использования нескольких специализированных интерфейсов (Интерфейс основной (оперативной) памяти, интерфейс процессор-каналы,интерфейс ввода-вывода, интерфейсы периферийных устройств)
- 64. Три категории программного обеспечения (по) : системное, технического обслуживания и прикладное.