2. Принцип аналого-цифрового преобразования
Измеренные величины представляются в определенном масштабе. Если напряжение 4 В должно быть представлено с точностью до 1 мВ, то потребуется 4000 ступенек. Для их получения необходимо 12-разрядное двоичное число, так как 212 = 4096. Очевидно, что точность представления числа зависит от количества бит. Она называется разрешающей способностью АЦП (чем больше бит, тем выше разрешающая способность АЦП). Разрешающую способность АЦП (точность представления числа) не следует путать с точностью самого АЦП, которая зависит от правильности выданного результата. АЦП с высоким разрешением может иметь низкую точность. Наилучшие АЦП имеют точность 10-5 (отклонение от правильного результата не более чем на 1/100000 его величины). Частота измерений аналогового сигнала должна быть, как минимум, в два раза больше несущей частоты аналогового сигнала.
АЦП производятся чаще всего в виде микросхем.
3. Ацп последовательного счета
Такой АЦП оцифровывает аналоговый сигнал линейно-нарастающим эталонным напряжением пилообразной формы. Передний фронт начинается в отрицательной области напряжения. Если эталонное напряжение переходит через 0, то запускается двоичный счетчик. Он считает импульсы генератора. Как только напряжение аналогового сигнала достигнет эталонного напряжения, счетчик остановится.
Значение измеренного напряжения рассчитывается по формуле: u = Δt · tg α. Частоту генератора импульсов выбирают так, чтобы счетчик показывал напряжение в требуемых единицах измерения.
4. Ацп с двойным интегрированием
Этот АЦП работает в два этапа, поэтому его метод называют двух шаговым методом. Основным узлом АЦП является интегратор, состоящий из резистора R, конденсатора C и дифференциального усилителя. Выходное напряжение интегратора представляет собой два фронта с различным наклоном. На первом шаге интегрируется положительное аналоговое напряжение в течение заданного времени. Конденсатор интегратора заряжается. На втором шаге на вход интегратора подается отрицательное опорное напряжение. Конденсатор разряжается до нулевого выходного напряжения интегратора. Время, в течение которого происходит разрядка конденсатора, характеризует величину аналогового напряжения. В это время суммирующий счетчик производит подсчет импульсов, которые поступают с выхода генератора. В конце этого временного интервала счетчик показывает бинарную величину, характеризующую аналоговый сигнал в цифровой форме.
5. Ацп компенсационного типа
В АЦП компенсационного типа преобразуемое аналоговое напряжение сравнивается с компенсационным напряжением. На ЦАП подаются цифровые значения до тех пор, пока компенсационное напряжение не сравняется с преобразуемым.
6. Ацп по принципу напряжение-частота
В таком устройстве преобразуемый аналоговый сигнал преобразуется в переменное напряжение определенной частоты. Этот АЦП должен иметь хорошую линейную связь между напряжением и частотой.
7. Ацп прямого преобразования
АЦП прямого преобразования работает с компараторами, которые всегда переключают выходное состояние 0 в выходное состояние 1, если на положительном входе напряжение равно или больше, чем на отрицательном. Каждый выходной бит привязан к отдельному компаратору. Каждый компаратор получает заданное фиксированное опорное напряжение, которое подается на отрицательный вход. Опорные напряжения стандартизированы.
АЦП прямого преобразования работают быстрее, чем все другие виды АЦП.
Лекция:Общие сведение о работе цифровых устройств на основе ПЛИС
Учебные вопросы:
Определение и классификация ПЛИС.
Особенность построения микросхем на ПЛИС
Литература:
В.В. Амосов Схемотехника и средства проектирования цифровых устройств. СПб: БХВ-Петербург, 2007 (Учебное пособие).
1-й учебный вопрос.Определение и классификация ПЛИС.
ПЛИС- программируемая логическая интегральная схема.
Определения ПЛИС:
ПЛИС-ы – представляет собой цифровые интегральные микросхемы, состоящие из программируемых логических блоков и программируемых соединений между блоками.
Возможность конфигурировать эти устройства позволяет инженерам разработчикам решать множество различных задач.
История развития ПЛИС
Запрограммируем функциюY=a&b^
Многократно перепрограммируемые ПЛИС:
Микросхема (как заготовка ПЛИС) включает:
матрицы однотипных логических ячеек (микро ячеек) в базисе 2И-НЕ или 2ИЛИ-НЕ;
блок ввода/вывода с устройствами буферизации (тристабильное состояние, открытый или закрытый коллектор);
матрица трассировки, соединение которой обеспечивает соединение между ячейками и микро ячейками и устройствами ввода/вывода.
В настоящее время выделяют двух уровневые ПЛИСы. На первом уровне собираются комбинационные устройства. На втором уровне разрабатываются устройства цифровой обработки сигнала. Цифровая обработка сигнала - это цифровые фильтры и микроконтроллеры. В одном чипе можно собрать МПС со сложным КЦУ. Емкость ПЛИСов условно определяется количеством однотипных логических элементов. ПЛИСы содержат от нескольких сотен до нескольких миллионов логических элементов (вентилей).