Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
позволяют за 22 мкс между двумя выборками звукового сигнала осуществить
довольно сложную обработку. Точность и повторяемость цифровой обработки
сигналов привела к появлению полностью цифровых студий звукозаписи, где
сигналы от микрофонов и музыкальных инструментов оцифровываются в самом
источнике и сохраняют свою цифровую форму при микшировании, обработке в
эквалайзерах, сжатии и записи на компакт-диск. Аналоговое декодирование
происходит затем в CD-плейере слушателя.
14.14. Цифро-аналоговое преобразование
Принцип цифро-аналогового преобразования прост: каждый бит вносит в
качестве своей доли соответствующую аналоговую величину в сигнал, воз-
476 МикроЭВМ и их применения
никающий на выходе аналогового сумматора. На рис. 14.20 показана
практическая схема 8-разрядного цифро-аналогового преобразователя (ЦАП),
удобная для непосредственного подключения к порту вывода микроЭВМ ВВС
Micro. Он рассчитан на питание от источников с напряжениями ±5 В, которые
имеются на вспомогательном разъеме питания микроЭВМ ВВС Micro. Две ИС
КМОП-типа 74НС4016 представляют собой восемь аналоговых ключей, с помощью
которых входные резисторы подключаются к мнимой земле в зависимости от
логических значений входных битов. Калибровка осуществляется опорным
напряжением KREF, которое подбирается потенциометром ЛИ. Сопротивление
каждого из входных резисторов имеет величину, обратную "весу" бита,
который управляет соответствующим ключом. Таким образом, сопротивление
резистора в младшем разряде (1,28 МОм) в 128 раз больше сопротивления
резистора в старшем разряде (10 кОм). Резистор обратной связи выбран
здесь так, чтобы выражение для аналогового выходного напряжения V0 было
простым:
Vo =-
у REF 100
xZ>im >
где Z>IN - десятичный эквивалент числа на цифровом входе (от 0 до 255).
Если эта схема подключена к порту вывода, на котором осуществляется
двоичный счет в прямом или в обратном направлении, то на аналоговом
выходе возникнет линейно-изменяющееся напряжение. Можно также с легкостью
организовать наблюдение на экране осциллографа синусоиды или косинусоиды,
заставив сначала компьютер генерировать соответствующую функцию.
Полезно отметить, что напряжение на аналоговом выходе V0 пропорционально
произведению двоичного числа на опорное напряжение. Поэтому большинство
ЦАП по природе своей может служить умножителем аналогового напряжения на
число на цифровом входе. Некоторые преобразователи
Рис. 14.20. Экспериментальный 8-разрядный цифро-аналоговый
преобразователь.
Аналого-цифровое преобразование 477
специально рассчитаны на выполнение этой функции; их называют
перемножающими ЦАП и используют во множестве применений для цифрового
управления аналоговым усилением.
Вопросом первостепенной важности, конечно, является точность подбора
сопротивлений в сумматоре ЦАП. При производстве ЦАП в виде ИС трудно
обеспечить точные абсолютные значения сопротивлений резисторов, но легко
изготовить в одном процессе много согласованных резисторов с тождественно
одинаковыми сопротивлениями. С учетом этого строят ЦАП на основе "R-2R"
решетки; схема такого ЦАП приведена на рис. 14.21. Выполняя расчеты
такого же рода, как в случае делителя напряжения, нетрудно убедиться в
правильном соответствии между аналоговым выходным напряжением и числом на
цифровом входе.
входах
Рис. 14.21. Цифро-аналоговый преобразователь с использованием R-2R цепи
лестничного типа.
14.15 Аналого-цифровое преобразование
14.15.1 Основные схемы АЦП
Аналого-цифровое преобразование можно осуществить по-разному. В очень
быстрых флэш-преобразователях, применяемых для перевода в цифровую форму
видеосигналов, используется большое число параллельно действующих
компараторов, по одному на каждое значение двоичного числа, в которое
преобразуется аналоговый сигнал. Сигналы с выходов компараторов подаются
затем на двоичный шифратор, который и формирует цифровой выходной сигнал,
соответствующий компаратору с наибольшим номером, у которого входной
сигнал превышает опорное напряжение. Время преобразования - порядка
наносекунд, но даже 8-разрядному преобразователю нужны 256 компараторов,
а 16-разрядный вариант становится слишком громоздким. Более медленным, но
дающим высокое разрешение, является ме-
478 МикроЭВМ и их применения
тод однократного или двойного интегрирования; в преобразователях,
действующих по этому принципу фактически измеряется время, в течение
которого напряжение на конденсаторе, заряжаемом постоянным током,
достигает того же значения, какое имеет аналоговый входной сигнал.
Тактовый сигнал фиксированной частоты и счетчик дают затем время заряда в
цифровой форме, а оно прямо пропорционально напряжению аналогового
сигнала на входе.
На рис. 14.22 представлен простейший вариант "следящего" аналого-
цифрового преобразователя (АЦП). В рассматриваемом преобразователе, схему
которого легко испытать экспериментально, используется ЦАП в качестве
источника опорного напряжения. С помощью этого ЦАП и единственного
