ЦАП и АЦП

Широке використання мікропроцесорної та комп’ютерної техніки в системах автоматичного керування та управління технологічними процесами вимагає наявності пристроїв перетворення інформації. Сигнали керування формуються відповідними аналоговими рівнями напруг, а оброблення інформації здійснюється в цифровій формі у двійковій системі числення.

Одиниця цифрової інформації— один біт — це однорозрядне двійкове число, яке приймає значення 1 (наявність інформації) або 0 (відсутність інформації). Сукупність бітів складає слово, яке й обробляється цифровим пристроєм. Довжина слова даних є фіксована й характеризується розрядністю, що визичається кількістю біт у слові. Типовими є слова довжиною 4, 8, 12 і 16 розрядів. Восьмибітове слово називають байтом.

Поділ слова на байти дає змогу подану двійковим словом інформацію записати в іншій системі числення, наприклад, шістнадцятковій. Запис числа у різних системах подано у табл. 6.

Саме тому, на практиці виділяють два типи основних перетворювачів інформації — аналого-цифрові перетворювачі (АЦП) і цифрово-аналогові перетворювачі (ЦАП).

Аналогово-цифрові перетворювачі

АЦП реалізують за різними принципами роботи. Основним моментом є квантування сигналу, тобто представлення аналогової величини через її дискретні значення (рис. 80), а потім запис в двійковій системі числення. Для більшої адекватності квантування час дискретизації вибирають найменшим.

Найпоширеніший АЦП, функційна схема якого містить компаратор, цифровий автомат (ЦА) і мікросхему ЦАП, зображено на рис. 81.

Під час запуску схеми ЦА виробляє послідовність цифр у двійковому коді, які подаються на вхід ЦАП, вихідний сигнал якого змінюється відповідно. Значення цього сигналу порівнюється компаратором із аналоговим сигналом Uвх, який подається на другий вхід компаратора. Якщо ці напруги однакові, компаратор видає сигнал на зупинку ЦА, на виході якого й фіксується значення вхідного сигналу в двійковому коді запису.

Цифрово-аналогові перетворювачі

Основними компонентами ЦАП є матриця опорів, пристрій уводу-виводу і операційний підсилювач. На рис. 82 зображено схему простого ЦАП, який перетворює вхідну цифрову інформацію в аналоговий сигнал на основі зміни коефіцієнта підсилення ОП. Входи такого ЦАП відповідають чотирирозрядному числу 2⁰, 2¹, 2², 2³ і для кожного входу отримуємо коефіцієнти передачі:

На вхід ОП подається опорна напруга Uоп через ключі S₀ ÷S₃ і залежно від їх положення (замкнені чи розімкнені) визначається напруга на виході підсилювача:

Безперечно, для зменшення похибки перетворення необхідно збільшувати розрядність входу ЦАП.

Величину Uоп = R1/R називають напругою, що відповідає «вазі» наймолодшого розряду.

В загальному випадку при поданні вхідного слова вихідна напруга ЦАП визначається за виразом  сигналу на відповідному розряді S = 0 за його відсутності.

В даний час ЦАП випускаються як мікросхеми серії 301НРЗ-301НР6 з коефіцієнтом поділу 1/2048 (рис. 83).