Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи

Под гибридными компонентами понимают элементы вычислительной техники, которые осуществляют интерфейсную связь между цифровой и аналоговой частями моделируемого устройства. В частности, речь идет о цифро-аналоговых и аналогово-цифровых преобразователях.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) представляет собой устройство, позволяющее преобразовать некоторый аналоговый сигнал, поступающий на его вход в двоичный (цифровой) код, разрядность которого определяется входными параметрами АЦП.

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) является устройством, которое позволяет получить по заданному двоичному коду, соответствующий ему аналоговый сигнал, амплитуда которого будет определяться входными параметрами ЦАП.

Моделирование аналого-цифрового преобразователя (АЦП)

В САПР OrCAD многоразрядные АЦП находятся в библиотеке BREAKOUT. Они предназначены для получения 8-ми, 10-ти и 12-ти разрядного цифрового кода, в зависимости от типа используемого компонента (ADC8break, ADC10break и ADC12break соответственно).

Изображение 8-ми разрядного АЦП в системе ORCAD приведено на следующем рисунке:

Перечень выводов данного компонента и их назначение сведено в таблицу 8.1.

Таблица 8.1

Вывод	Наименование	Назначение
IN	Входное напряжение	Аналоговый сигнал, который необходимо преобразовать в цифровой код
CNTVRT	Сигнал разрешения преобразования	Тактовый сигнал. Входное напряжение преобразовывается в двоичный код по переднему фронту сигнала CNTVRT.
STAT	Сигнал преобразования	Выходной тактовый сигнал формирования цифрового кода
OVER	Сигнал переполнения	Выходной сигнал переполнения разрядной сетки для цифрового кода
REF	Опорное напряжение	Напряжение, соответствующее максимальному цифровому коду.
DB<i>	i-й цифровой разряд	Двоичный сигнал, соответствующий i-му разряду полученного цифрового кода

 

Цифровой код на выходе АЦП получается согласно выражению:

,

где m — число двоичных разрядов.

Пример моделирования 8-ми разрядного АЦП (ADC8break)

 

На вход АЦП поступает линейно возрастающее напряжение, которое согласно заданному опорному напряжению 256 V преобразовывается в цифровой код. Поскольку для примера использован 8-ми разрядный АЦП, то увеличение входного напряжения на 1 V будет соответствовать увеличение цифрового кода на 01h, то есть значение напряжения будет напрямую интерпретироваться как соответствующий цифровой код. Действительно, при V=74 V получаем и т.д.

В том случае, когда значение напряжения V превышает опорное (256 V), на выходе формируется максимальный код FFh, а сигнал переполнения устанавливается в «единицу» (OVER=1).

Моделирование цифро-аналогового преобразователя (ЦАП)

Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) также находятся в библиотеке BREAKOUTи позволяют преобразовывать 8-ми, 10-ти и 12-ти разрядный цифровой код в аналоговый сигнал, напряжение которого будет зависеть от цифрового кода и опорного напряжения, поданного на вход ЦАП. Разрядность цифрового кода определяется типом компонента: DAC8break – 8-ми разрядный код, DAC10break – 10-ти разрядный код,DAC12break – 12-ти разрядный код.

Изображение 8-ми разрядного ЦАП в системе ORCAD приведено на следующем рисунке:

 

 

Перечень выводов данного компонента и их назначение сведено в таблицу 8.2.

 

Таблица 8.2

Вывод	Наименование	Назначение
DB<i>	i-й цифровой разряд	Двоичный сигнал, соответствующий i-му разряду входного цифрового кода
OUT	Выходное напряжение	Аналоговый сигнал, полученный в результате преобразования цифрового кода .
REF	Опорное напряжение	Напряжение, соответствующее максимальному цифровому коду.

 

Напряжение на выходе ЦАП получается согласно выражению:

, где m — число двоичных разрядов.

Пример моделирования 8-ми разрядного ЦАП (DAC8break)

На вход ЦАП поступает двоичный цифровой код, максимальное значение которого (DB = FFh = 256) соответствует опорному напряжению REF = 256V. Согласно выражению для получения выходного напряжения, при использовании 8-ми разрядного ЦАП, каждому увеличению цифрового кода на 01h соответствует увеличение выходного напряжения на 1 V. Действительно, при DB=Ah = 10 получаем и т.д.

 

 

 

1. Выполнить анализ работы аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей при использовании различных источников входного напряжения и различных значениях опорного напряжения согласно индивидуальному заданию;

2. Получить временные диаграммы моделирования последовательного подключения АЦП – ЦАП.

§ Выполнить анализ полученных временных диаграмм

§ Оценить погрешность двойного преобразования

§ Определить, как изменится (и измениться ли) выходное напряжение при уменьшении/увеличении опорного напряжения на входе ЦАП по отношению к опорному напряжению на АЦП

3. Получить временные диаграммы моделирования последовательного подключения ЦАП – АЦП.

§ Выполнить анализ полученных временных диаграмм

§ Определить наличие или отсутствие погрешности такого двойного преобразования

§ Определить, как изменится (и измениться ли) выходное напряжение при уменьшении/увеличении опорного напряжения на входе АЦП по отношению к опорному напряжению на ЦАП