1.3.2.6 Цифро-аналоговый преобразователь
Цифро-аналоговый преобразователь (digital-analog converter, DAC) предназначен для преобразования числа, представленного, как правило, в виде двоичного кода, в напряжение или ток, пропорциональные этому числу. Схемотехника цифро-аналоговых преобразователей весьма разнообразна. На рисунке ниже представлена общая классификация ЦАП по способам преобразования входного кода и схемам формирования выходного сигнала [28,
32, 77, 91, 100].
Дальнейшую классификацию цифро-аналоговых преобразователей можно провести по ряду специфических признаков, например:
1. По роду выходного сигнала: преобразователи с токовым выходом или с выходом по напряжению.
2. По типу цифрового интерфейса: с последовательным вводом или параллельным вводом.
3. По числу ЦАП на кристалле: одноканальные и многоканальные.
4. По быстродействию: низкого, среднего и высокого быстродействия.
5. По разрядности.
47
Рис. 17. Обобщенная классификация ЦАП
Матрица R-2R – самый распространенный метод цифро-аналогового преобразования. Матрица работает по принципу деления входного напряжения на входах. Матрица имеет число входов по числу разрядов регистра данных. На каждый вход через ключ может быть подано опорное напряжение Vref или 0В. Ключи управляются разрядами регистра данных: «1» – на матрицу подается Vref, «0» – подается 0В.
Коммутатор опорного напряжения Vref позволяет выбрать внешний или встроенный источник опорного напряжения.
В регистр данных записывается цифровой код. Регистр данных определяет разрядность ЦАП.
Vref
Выбор Vref
Vref_ext
Ком мута тор
Vref 2R
AOUT
Регистр D7 R
Данных 2R
(8разр)
D6 R
2R
D1
R
2R
D0 2R
Рис. 18. Модуль ЦАП с типом преобразования «Матрица R-2R»
48
На практике ЦАП применяется для управления различными исполнительными устройствами (приводами) и системами: электродвигателями постоянного тока с переменной скоростью вращения, источниками питания с управляемым напряжением, различными индикаторами и т.п. С помощью ЦАП можно синтезировать аналоговые сигналы различной формы, например, синусоидальной.
1.3.2.7 Устройства сопряжения с объектом (усо) управляющих эвм
Устройства сопряжения с объектом (УСО), которые также называют модулями ввода-вывода, выполняют функции адаптера датчиков и исполнительных устройств. Они имеют специальные аппаратные каскады сопряжения с оконечными устройствами и поддерживают алгоритмы управления ими. УСО могут выполнять функции первичной обработки данных с датчиков: фильтрацию, усреднение и накопление. УСО являются подчиненными по отношению к логическим контроллерам и самостоятельно не реализуют каких-либо алгоритмов контроля объекта управления. По способу взаимодействия с логическим контроллером УСО делятся на:
Локальные, конструктивно совмещенные с логическим контроллером. Удаленные, или сетевые, взаимодействующие с логическим
контроллером по сетевому каналу, конструктивно независимые от
логических контроллеров.
В отличие от УВВ УСО работает с реальным объектом в условиях помех, высоких напряжений и больших токов (например, управление двигателем переменного тока). Как правило, это устройство гальванически развязано с объектом управления. В качестве УСО могут выступать дискретные (битовые) входы и выходы, аналоговые входы и выходы и т.п. Без гальванической развязки управляющий вычислительный комплекс будет постоянно сбоить из-за помех или сгорит при появлении повышенного напряжения на входе УСО.
Устройство сопряжения с объектом является водоразделом, отделяющим
«тепличный» мир вычислительного устройства от достаточно агрессивной окружающей среды. УСО должно не только сопрягать различные уровни сигналов, например 24В, необходимые для включения реле, и 5В (TTL-уровень)
на выходе битового порта ввода-вывода микроконтроллера, но и не пропускать
высокие напряжения во внутренние цепи контроллера.
В некоторых системах (например, в медицинских) главным является сохранение объекта управления, так как от этого напрямую зависит жизнь человека. Такие системы тестируются на степень защиты человека от электрической травмы из-за некорректной работы УСО.
2. Классификация и особенности аппаратных интерфейсов вычислительных систем.