Шаблон. Пособие ИМПС. Практикум по интегральной и микропроцессорной схемотехнике

• Название: Практикум по интегральной и микропроцессорной схемотехнике
• Анкор: Шаблон
• Дата: 13.09.2022
• Размер: 1.32 Mb.
• Имя файла: Пособие ИМПС.docx
• Тип: Практикум; #674767
• страница: 28 из 54

Контрольные вопросы

1. 
   Какое устройство называют счетчиком и что называют коэффициентом счета?
   
2. 
   Чем характеризуется быстродействие счетчика?
   
3. 
   По каким параметрам классифицируются счетчики?
   
4. 
   В чем заключаются преимущества синхронных счетчиков относительно асинхронных, и в каких случаях применение асинхронных счетчиков оправдано?
   
5. 
   Что вы знаете о счетчике К155ИЕ5, К155ИЕ7?
   

Лабораторная работа № 9. ПОСТРОЕНИЕ СХЕМ ЦАП

1. 
   Цель работы: Изучить работу цифро-аналогового преобразователя.
   

2. Краткие сведения из теории

При построении устройств, связывающих цифровое устройство с объектами, использующими информацию в непрерывно изменяющейся форме, требуется преобразование информации из аналоговой формы в цифровую и из цифровой в аналоговую. Устройство, осуществляющее автоматическое преобразование непрерывно изменяющихся во времени аналоговых значений физической величины (напряжения, тока) в эквивалентные значения числовых кодов, называют аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Устройство, осуществляющее автоматическое преобразование входных значений, представленных числовыми кодами, в эквивалентные им значения какой-нибудь физической величины (напряжения, тока и др.), называют цифроаналоговым преобразователем (ЦАП).

Итак, цифроаналоговый преобразователь предназначен для прямого преобразования входного двоичного кода, например, Аi(A₂A₁A₀) в аналоговый эквивалент. Выходная аналоговая величина Uвых, соответствует кодовой комбинации Аi, поступившей на вход, и воспроизводится для дискретных моментов времени (рисунок 9.1). Сменяющиеся входные цифровые коды обуславливают сменяющееся ступенчатое напряжение на выходе (L  идеальная передаточная характеристика ЦАП).


Рисунок 9.1 – ЦАП с весовыми двоично-взвешенными сопротивлениями

Существует два широко распространённых способа цифроаналогового преобразования с использованием:

• 
  резистивной матрицы с весовыми двоично-взвешенными сопротивлениями;
  
• 
  резистивной матрицы с двумя номиналами сопротивлений, которую обычно называют матрицей R–2R.
  

ЦАП с весовыми двоично-взвешенными сопротивлениями (рисунок 9.1, б) состоит: из N переключателей Si (по одному на каждый разряд), управляемых двоичным кодом Аi; из матрицы двоично-взвешенных резисторов с сопротивлениями 2^n-1R; источника опорного напряжения Uo и выходного операционного усилителя ОУ, с помощью которого суммируются токи, протекающие через резисторы с двоично-взвешенными сопротивлениями, для получения аналогового выходного напряжения Uвых.

Каждый i-й разряд управляет переключателем Si, который подключается к источнику опорного напряжения Uo, когда Ai = 1, или к общей шине, когда Ai = 0. Сопротивления резисторов 2^n-1R (n – номер разряда входного кода), соединенных с ключами, таковы, что обеспечивают пропорциональность в них тока двоичному весу соответствующего разряда входного кода. Следовательно, ток на входе ОУ и выходное напряжение ЦАП:

_i ^an1^u0

• 
  ^an2^u0
  

 ... 

a₁u₀

• 
  ^a0u0 ; u
  

 R

i u

^Roc

n1

i

R2R


₂n1 _R

2ⁿR

выхoc

_{0 n} a_i 2 .


2 R
i0

Напряжение на выходе ЦАП пропорционально "весу" присутствующего на входах кода, а максимальное значение имеет место, когда все разряды примут значение 1, т. е.

u_max u₀ ,

и оно всегда меньше опорного напряжения на шаг квантования Uo*Rос/(2ⁿR).

Номиналы сопротивлений резисторов в младшем и старшем разрядах отличаются в 2^n-1 раз и должны быть выдержаны с высокой точностью. Например, для 12-разрядного ЦАП использование в старшем разряде резистора с сопротивлением 10 кОм потребует включения в младший разряд преобразователя резистора с сопротивлением порядка 20 МОм. Широкий набор номиналов резисторов и требования их высокой точности, в особенности при значительном числе разрядов п входного кода, создают трудности при реализации ЦАП посредством интегральной технологии.

Рисунок 9.2 – ЦАП с матрицей R-2R
Во второй схеме ЦАП с матрицей R-2R используют резисторы с двумя номиналами сопротивлений, причём резисторы с сопротивлением R включены в каждый разряд (рисунок 9.2 при n = 3).

Принцип функционирования схемы основан на свойстве резистивного делителя R-2R сохранять постоянное сопротивление нагрузки для источника опорного напряжения при замыкании ключей. Вследствие этого на выводах резистора R, начиная со старшего n1 разряда, опорное напряжение последовательно делится пополам, как и входящий в каждый узел матрицы ток. При этом напряжение на выходе преобразователя с матрицей R–2R:

u u

^Roc_(a

2^1  a

2^2  ...  a

₂(n1) _{ a}

2^n)  u

^Roc

n1

i

вых

0. 
   _Rn1
   

n2

1 0 0 _n^{ a}i^{2 .}


2 R
i0

Таким образом, выходное напряжение ЦАП пропорционально сумме напряжений со своими весами, обусловленными переключателями, под- ключенными к источнику опорного напряжения Uo.