Dijital analog. Yeni başlayanlar için analogdan dijitale dönüştürme

D / A dönüştürücüler statik ve dinamik özelliklere sahiptir.

DAC statik özellikleri

Ana statik özellikler DAC'ler şunlardır:

· çözüm;

· Doğrusal olmama;

· Diferansiyel doğrusal olmama;

· Monotonluk;

· Dönüşüm faktörü;

· Tam ölçeğin mutlak hataları;

· Tam ölçeğin göreli hataları;

· Sıfır ofset;

Mutlak hata

Çözünürlük D j'nin bitişik değerlerini dönüştürürken U OUT artışı, yani. en az anlamlı basamak (EMP) ile farklılık gösterir. Bu artış bir niceleme adımıdır. İkili dönüşüm kodları için nicemleme adımının nominal değeri

h = U PSh / (2 N - 1),

burada U Ш, DAC'nin maksimum nominal çıkış voltajıdır (tam ölçek voltajı), N, DAC'nin bit kapasitesidir. Dönüştürücünün rakam kapasitesi ne kadar büyük olursa, çözünürlüğü de o kadar yüksek olur.

Tam Ölçek Doğruluğu - sıfır ofset yokluğunda dönüşüm ölçeği sınırının gerçek ve ideal değerleri arasındaki nispi fark, yani.

Toplam hatanın çarpımsal bileşenidir. Bazen ilgili EMP numarası ile gösterilir.

Sıfır ofset hatası - DAC'nin giriş kodu sıfıra eşit olduğunda U OUT değeri. Toplam hatanın ek bileşenidir. Genellikle milivolt veya tam ölçeğin yüzdesi olarak belirtilir:

doğrusal olmama - gerçek dönüşüm özelliklerinin U OUT (D) optimal olandan maksimum sapması (Şekil 5.2, satır 2). Optimal karakteristik, doğrusal olmama hatasının değerini en aza indirmek için ampirik olarak bulunur. Doğrusal olmama genellikle göreceli birimlerle tanımlanır, ancak referans verilerde EMP'de de verilir. Şekilde gösterilen karakteristik için. 5.2,

diferansiyel doğrusal olmama - giriş kodunun bir değerinden başka bir bitişik değere geçerken gerçek dönüşüm karakteristiğinin U OUT (D) sapmasının maksimum değişikliği (işareti dikkate alarak). Genellikle bağıl birimler veya EMP olarak tanımlanır. Şekilde gösterilen karakteristik için. 5.2,

Monoton dönüşüm özellikleri - giriş kodunda bir artış (düşüş) ile DAC'nin (U OUT) çıkış voltajında ​​​​bir artış (düşüş) NS... Diferansiyel doğrusal olmama, bağıl niceleme adımı h / U PN'den büyükse, dönüştürücü özelliği monoton değildir.

DAC'nin sıcaklık kararsızlığı ile karakterize edilir sıcaklık katsayıları tam ölçek hataları ve sıfır ofset hataları.

Kalibrasyon (trim) ile tam ölçek ve sıfır ofset hataları ortadan kaldırılabilir. Doğrusal olmayan hatalar basit yöntemlerle ortadan kaldırılamaz.

DAC dinamik özellikleri

İLE dinamik özellikler NS DAC'ler, yerleşme süresini ve dönüştürme süresini içerir.

D (t) giriş dijital sinyalinin değerlerinde 0'dan (2 N - 1)'ye en az anlamlı bitin birimi aracılığıyla sıralı bir artışla, çıkış sinyali U OUT (t) kademeli bir eğri oluşturur. Bu bağımlılığa genellikle DAC'nin dönüşüm özelliği denir. Donanım hatalarının olmaması durumunda, adımların orta noktaları ideal dönüşüm karakteristiğine karşılık gelen ideal düz çizgi 1 (bkz. Şekil 5.2) üzerinde bulunur. Gerçek dönüşüm karakteristiği, adımların boyutu ve şekli ile koordinat düzlemindeki konum açısından idealden önemli ölçüde farklı olabilir. Bu farklılıkları ölçmek için bir dizi parametre vardır.

DAC'nin dinamik parametreleri, giriş kodunda, genellikle "tümü sıfırlar" değerinden "tümü birler" değerine atlama değişikliği ile çıkış sinyalindeki değişiklik ile belirlenir (Şekil 5.3).

yerleşme zamanı - değişim anından itibaren zaman aralığı
giriş kodu (Fig.5.3, t = 0) eşitliğin en son yürütüldüğü zamana kadar:

|U DIŞARI - U PSH | = d / 2,

burada d / 2 genellikle EMP'ye karşılık gelir.

Dönüş oranı - geçici süreç sırasında U OUT (t)'nin maksimum değişim oranı. Artış oranı olarak tanımlanır NS U OUT, bu artışın meydana geldiği Dt süresine kadar. Tipik olarak voltaj çıkışı olan bir DAC için veri sayfasında belirtilir. Akım çıkışlı dijital-analog dönüştürücüler için bu parametre, çıkış op-amp tipine büyük ölçüde bağlıdır.

DAC'leri voltaj çıkışı ile çarpmak için, çoğunlukla çıkış yükselticisinin özellikleri tarafından belirlenen birlik kazanç frekansı ve güç bant genişliği belirtilir.

Şekil 5.4, iki doğrusallaştırma yöntemini göstermektedir; bundan, Şekil l'de gösterilen minimum D l değerini elde etmek için doğrusallaştırma yönteminin takip ettiği görülmektedir. 5.4, ​​​​b, sınır noktalarına göre doğrusallaştırma yöntemine kıyasla D l hatasını yarı yarıya azaltmaya izin verir (Şekil 5.4, a).

n ikili basamaklı dijital-analog dönüştürücüler için ideal durumda (dönüştürme hatalarının olmaması durumunda), analog çıkış U OUT, giriş ikili numarasıyla aşağıdaki gibi ilişkilidir:

U OUT = U OP (a 1 2 -1 + bir 2 2 -2 + ... + bir n 2 -n),

burada U OP, DAC'nin referans voltajıdır (yerleşik veya harici bir kaynaktan).

∑ 2 -i = 1 - 2 -n olduğundan, tüm bitler açıkken DAC'nin çıkış voltajı:

U OUT (a 1 ... bir n) = U OP (1 - 2 -n) = (U OP / 2 n) (2 n - 1) = D (2 n - 1) = U PS,

burada U PSh tam ölçekli voltajdır.

Bu nedenle, tüm bitler açıldığında, bu durumda U PN oluşturan dijital-analog dönüştürücünün çıkış voltajı, en az anlamlı bitin değeri kadar referans voltajının (U OP) değerinden farklıdır. olarak tanımlanan dönüştürücünün (D)

D = U OP / 2 n.

Herhangi bir i-inci bit açıldığında, DAC'nin çıkış voltajı şu orandan belirlenir:

U ÇIKIŞ / bir ben = U OP 2 -i.

Dijitalden analoğa dönüştürücü, Q 4 Q 3 Q 2 Q 1 dijital ikili kodunu analog bir değere, genellikle U OUT voltajına dönüştürür. veya mevcut I OUT. İkili kodun her biti, (i-1) -th'in ağırlığının iki katı kadar i-th bitinin belirli bir ağırlığına sahiptir. DAC işlemi aşağıdaki formülle açıklanabilir:

U OUT = e (Q 1 1 + Q 2 2 + Q 3 4 + Q 4 8 + ...),

e, en az anlamlı bitin ağırlığına karşılık gelen voltaj olduğunda, Qi, ikili kodun (0 veya 1) i -inci bitinin değeridir.

Örneğin, 1001 sayısı şuna karşılık gelir:

U ÇIKIŞ = e (1· 1 + 0 · 2 + 0 · 4 + 1 · = 9 · e,

1100 numarada karşılık gelir

U ÇIKIŞ = e (0· 1 + 0 · 2 + 1 · 4 + 1 · = 12 · e.

Analog sinyaller, birçok teknik parametre ile karakterize edilir; bunlardan biri, örneğin, insan kulağı 1 ila 22 kHz aralığında bir frekansa sahip sinyalleri duyar ve görünür ışık, milyarlarca hertz olarak ölçülen frekansları içerir. Analog bir sinyali kaydetmeye bir örnek, bir gramofon kaydıdır. Önce siyah beyaz, sonra renkli fotoğraflar da analog sinyal kaydetmenin bir örneğidir.

Hemen hemen her zaman bundan sonra birkaç kelime söylemekte fayda var, böylece düşündüğümüz cihazların çözmekte olduğu problem daha net ortaya çıkıyor.

ADC dijitale çevirir. Genellikle, ölçüm anındaki sinyalin büyüklüğüne karşılık gelen sayı, ikili kod ile temsil edilir. Her ölçüm, örnekleme hızı adı verilen belirli bir frekansta gerçekleştirilir.

Bozulmamış sinyal rekonstrüksiyonu sağlayan minimum örnekleme frekansı teorik olarak doğrulanmıştır. Bu sinyal distorsiyonsuzdur ve dijital-analog dönüştürücünün çıkışında geri yüklenmelidir. Örnekleme frekansı, dönüştürülen sinyalin en az iki maksimum frekansı olmalıdır. Örneğin, bir ses sinyalinin bozulmamış dönüşümü için 44 kHz'lik bir örnekleme frekansı yeterlidir.

Şimdi, girişte karşılık gelen analog sinyale dönüştürmesi gereken bir dizi ikili koda sahip olduğu açıktır.

Çalışmada güvenilirlik ve hizmet ömrü de göstergelere dahildir, ancak bu parametreler DAC'nin çalışma prensibine değil, eleman bazına ve yapı kalitesine bağlıdır. Dönüştürme ilkesinden bağımsız olarak, dijitalden analoğa dönüştürücüler, dinamik aralık, dönüştürme doğruluğu ve zamanlama gibi özelliklerle ayırt edilir.

DAC girişi ve çıkışı için dinamik aralık, maksimum giriş (çıkış) değerinin minimum giriş (çıkış) değerine oranı olarak tanımlanır.

Zaman parametrelerinden biri, niceleme periyodu olarak adlandırılan nicemleme frekansının tersidir. DAC için bu değerin, sinyalin dönüştürüldüğü ADC tarafından ayarlandığı açıktır.

DAC'nin hızını karakterize eden ana miktar, dönüşüm süresidir. Burada seçmelisiniz: daha uzun bir dönüştürme süresi - daha doğru bir DAC, ancak hızı daha düşüktür ve bunun tersi de geçerlidir.

Formüller ve diyagramlar vermeden bazı "dijital-analog" dönüştürme ilkelerini ele alalım. Dönüşümün iki ilkesi vardır - seri ve paralel.

Dijitalden analoğa dönüştürücü, girişteki dijital kod dizisini çıkışta bir dizi dikdörtgen darbeye dönüştürür. Darbenin genişliği ve bir sonraki darbeye kadar olan aralık, gelen ikili kodun değerine bağlı olarak belirlenir. Sonuç olarak, girişe değişken bir periyotla gelen darbelere dayalı olarak, alçak geçiren filtrenin çıkışında bir analog sinyal elde edilir.

Paralel dönüştürme, örneğin, kararlı bir güç kaynağına paralel bağlanan dirençlerle gerçekleştirilir. Direnç sayısı, girişe giren kodun bit genişliğine eşittir. En anlamlı bitteki direnç değeri, önceki en az anlamlı bittekinden 2 kat daha azdır. Her direncin devresinde bir anahtar vardır. Giriş kodu tuşları kontrol eder - burada 1, akım akar. Sonuç olarak, devrelerdeki akım, deşarjın ağırlığına göre belirlenecektir ve çıkıştaki dijital-analog dönüştürücü, yazılı ikili koda karşılık gelecek bir toplam akıma sahiptir.

PWM DAC'ı

Anahtarlamalı Kapasitör Seri DAC

Paralel DAC'ler

• Ağırlık akımlarının toplamı ile DAC

  Mevcut kaynaklarda DAC

  Çıkış sinyalinin voltaj şeklinde oluşumu

  Paralel Anahtarlamalı Kapasitör DAC

  Gerilim Toplama DAC

Dijitalden analoğa dönüştürücü arayüzler

• Seri giriş verileriyle DAC

  Paralel giriş veri arayüzüne sahip DAC

DAC uygulaması

• İmzalı numaraların işlenmesi

  Fonksiyonların Çarpanları ve Bölücüleri

  DAC Zayıflatıcılar ve Entegratörler

  Doğrudan dijital sinyal sentez sistemleri

DAC parametreleri

Dijitalden analoğa dönüştürücüler

Bir dijital-analog dönüştürücü (DAC), genellikle ikili kod biçiminde tanımlanan bir sayıyı, dijital kodun değeriyle orantılı bir voltaj veya akıma dönüştürmek için tasarlanmıştır. Dijitalden analoğa dönüştürücülerin devreleri çok çeşitlidir. İncirde. 1, devre özelliklerine göre DAC sınıflandırma şemasını gösterir. Ek olarak, dijitalden analoğa dönüştürücülerin IC'leri aşağıdaki kriterlere göre sınıflandırılır:

• Çıkış sinyali tipine göre: akım çıkışı ve voltaj çıkışı ile

  Dijital arabirim tipine göre: seri girişli ve giriş kodunun paralel girişli

  Bir çipteki DAC sayısına göre: tek kanallı ve çok kanallı

  Hıza göre: orta ve yüksek hız

Pirinç. 1. DAC sınıflandırması

Ağırlık akımlarının toplamı ile DAC

Paralel DAC'lerin çoğu, her birinin gücü dijital bitin ağırlığıyla orantılı olan akımların toplamına dayanır ve yalnızca 1'e eşit değerlere sahip bit akımları toplanmalıdır. bir ikili dört bitlik kodu bir analog akım sinyaline dönüştürün. Dördüncü, en anlamlı basamak (SZR) için ağırlık 2 3 = 8, üçüncü basamak için - 2 2 = 4, ikinci için - 2 1 = 2 ve en az anlamlı (LSD) için - 2 0 = 1. MZR'nin ağırlığı ise benМЗР = 1 mA, o zaman benСЗР = 8 mA ve dönüştürücünün maksimum çıkış akımı bençıkış maks = 15 mA ve 1111 2 koduna karşılık gelir. Örneğin, 1001 2 kodunun şuna karşılık geleceği açıktır. bençıkış = 9 mA, vb. Bu nedenle, kesin ağırlık akımlarının verilen yasalarına göre üretim ve anahtarlama sağlayan bir devre kurmak gerekir. Bu prensibi uygulayan en basit devre Şek. 3.

İLE BİRLİKTE Dirençlerin dirençleri, anahtarlar kapatıldığında, deşarjın ağırlığına karşılık gelen bir akım akacak şekilde seçilir. Giriş kelimesinin karşılık gelen biti bire eşit olduğunda anahtar kapatılmalıdır. Çıkış akımı oran tarafından belirlenir

DAC'nin yüksek rakam kapasitesi ile mevcut ayar dirençleri yüksek doğrulukla eşleştirilmelidir. En katı doğruluk gereksinimleri, yüksek dereceli dirençlere uygulanır, çünkü içlerindeki akımların yayılması düşük dereceli deşarj akımını geçmemelidir. Bu nedenle direnişin yaygınlaşması k-inci basamak şundan küçük olmalıdır

r/r=2 – k

Bu koşuldan, örneğin dördüncü basamaktaki direncin direncindeki yayılmanın% 3'ü ve 10. basamakta -% 0.05'i vb.

Dikkate alınan şema, tüm sadeliği için bir sürü dezavantaja sahiptir. İlk olarak, farklı giriş kodları ile referans voltaj kaynağından (RV) tüketilen akım farklı olacaktır ve bu, RV çıkış voltajının değerini etkileyecektir. İkincisi, ağırlık dirençlerinin direnç değerleri binlerce kez farklılık gösterebilir ve bu da bu dirençlerin yarı iletken IC'lerde uygulanmasını oldukça zorlaştırır. Ek olarak, çok bitli DAC'lerdeki yüksek dereceli dirençlerin direnci, kapalı bir anahtarın direnciyle orantılı olabilir ve bu, dönüştürme hatalarına yol açacaktır. Üçüncüsü, bu devrede, açık anahtarlara, yapılarını zorlaştıran önemli bir voltaj uygulanır.

Bu dezavantajlar, 1973 yılında Analog Devices tarafından geliştirilen ve şu anda esasen bir endüstriyel standart olan AD7520 DAC devresinde (572PA1'in yerli analogu) ortadan kaldırılmıştır (birçok seri DAC modeli buna dayanmaktadır). Belirtilen şema, Şek. 4. MOS transistörleri anahtar olarak kullanılır.

Pirinç. 4. Anahtarlı ve sabit empedans matrisli DAC devresi

Bu şemada, dönüştürücü adımlarının ağırlık katsayılarının ayarı, sabit bir empedans dirençli matris kullanılarak referans voltajın sıralı olarak bölünmesiyle gerçekleştirilir. Böyle bir matrisin ana elemanı, aşağıdaki koşulu karşılaması gereken bir voltaj bölücüdür (Şekil 5): dirence yüklenmişse r n, sonra giriş empedansı r inx de değeri almalıdır r n. Zincir zayıflama katsayısı  = sen 2 /sen 1 bu yükte belirli bir değere sahip olmalıdır. Bu koşullar sağlandığında, dirençler için aşağıdaki ifadeleri elde ederiz:

Şekil 4'e göre.

Anahtarların herhangi bir konumunda olduğundan S k dirençlerin alt terminallerini devrenin ortak barasına bağlarlar, referans voltaj kaynağı sabit bir giriş direnci ile yüklenir r içinde = r... Bu, herhangi bir DAC giriş kodu için referans voltajının sabit kalmasını sağlar.

Şek. 4, devrenin çıkış akımları oranlarla belirlenir

ve giriş akımı

Dirençlerin alt terminalleri 2 olduğundan r herhangi bir anahtar durumu için matrisler S k devrenin ortak barasına düşük bir kapalı anahtar direnci ile bağlıyken, anahtarlardaki voltajlar her zaman birkaç milivolt içinde küçüktür. Bu, anahtarların ve kontrol devrelerinin yapısını basitleştirir ve farklı polariteye sahip olanlar da dahil olmak üzere geniş bir aralıktan bir referans voltajının kullanılmasına izin verir. DAC çıkış akımı şunlara bağlı olduğundan sen op lineer olarak (bkz. (8)), bu tip dönüştürücüler bir analog sinyali (referans voltaj girişini besleyerek) bir dijital kodla çoğaltmak için kullanılabilir. Bu tür DAC'lere denir çarpma(MDAC).

Bu devrenin doğruluğu, yüksek bit kapasiteli DAC'ler için direnci eşleştirmek gerektiği gerçeğiyle azalır. r Deşarj akımlı 0 tuş. Bu, özellikle yüksek dereceli anahtarlar için önemlidir. Örneğin, 10-bit AD7520 DAC'de, en önemli altı bitin anahtar MOSFET'leri alan ve dirençleri bakımından farklı yapılmıştır. r 0, ikili koda (20, 40, 80, ..., 640 ohm) göre hızlanır. Bu şekilde, ilk altı hanenin tuşlarındaki voltaj düşüşleri eşitlenir (10 mV'a kadar), bu da DAC geçici tepkisinin monotonluğunu ve doğrusallığını sağlar. 12-bit DAC 572PA2, %0,025'e (1 LSB) kadar diferansiyel doğrusal olmayanlığa sahiptir.

Bir dijital-analog dönüştürücü (DAC), sayısal kodlarla temsil edilen giriş değerlerinin, zaman içinde sürekli değişen (yani analog) değerlere karşılık gelen değerlere otomatik olarak dönüştürülmesi (kodunun çözülmesi) için tasarlanmıştır. Başka bir deyişle, DAC, ADC'nin ters dönüşümünü gerçekleştirir. ADC'nin çıkış fiziksel değerleri çoğunlukla elektrik voltajları ve akımlarıdır, ancak zaman aralıkları, açısal yer değiştirmeler vb. olabilir. Sayısal kodların değerlerine karşılık gelen analog sinyalleri algılar. ADC yardımı ile bilgisayara bilgi girilir ve DAC yardımı ile bilgisayardan çıktı alınarak kontrol edilen nesne ve insan algısına etki edilir.

DAC devreleri genellikle 2'nin kuvvetlerinin toplamı olarak birkaç bitten oluşan bir ikili sayının temsilini kullanır. rakamın bir azaltılmış hali.

İncirde. 4.38, dirençli bir matrise dayanan basit bir DAC devresini gösterir - bir ikili sayının karşılık gelen bitleri tarafından kontrol edilen tuşlarla işlemsel bir amplifikatörün girişine bağlanan bir dizi direnç. Triodlar (örneğin, MOS transistörleri) anahtar olarak kullanılabilir. Bu bitte 1 yazıyorsa, anahtar kapalı, 0 ise - açık.

İşlemsel yükselteç kullanma ihtiyacı, DAC'deki çıkış sinyalinin analog olması gerçeğinden kaynaklanmaktadır. Op-amp'in hem giriş hem de çıkış sinyalleri, DC voltajlardır (sabit polarite anlamında) akımıdır.

Op-amp kazancı, direncin direncinin oranına eşittir. r o.c geri besleme devresinde, Şekil 2'den görülebileceği gibi, amplifikatörün girişindeki direncin direncine. 4.38, her kategori için kendi anlamı vardır. Aktarım Oranları K =-U dışarı / sen op dönüştürülen ikili sayının her biti için (bu bitte 1 yazıyorsa) sırasıyla eşittir: K 0 =r o.c / r 0 ;K 1 = 2r o.c / r 0 ;K 2 = 4r o.c / r 0 ;
K 3 = 8r o.c / r 0. DAC çıkış voltajı

sen dışarı = - sen op ( K 3 + K 2 + K 1 + K 0) =

= - sen op ( r o.c / r 0)(8x 3 + 4x 2 + 2x 1 + x 0),

nerede NS ikili sayının bu bitinde ne yazdığına bağlı olarak 1 veya 0 değerini alır.

Pirinç. 4.38. Dijitalden analoğa devre
direnç matrisine dayalı dönüştürücü

Böylece, dört bitlik bir ikili sayı gerilime dönüştürülür. sen 0'dan 15D'ye kadar 16 olası değer alabilen çıkış sen sq, nerede D sen kv - niceleme adımı.

Kuantizasyon hatasını azaltmak için DAC bitlerinin sayısını artırmak gerekir. Bu şemaya göre DAC entegre devrelerinin imalatında, dirençleri birbirinden onlarca veya yüzlerce kez farklılık gösteren yüksek hassasiyetli dirençler yapmak çok zordur. Ek olarak, voltaj referansının yükü sen op, tuşların durumuna bağlı olarak değişir, bu nedenle düşük iç dirence sahip bir kaynak kullanmak gerekir.

Şekilde gösterilen DAC devresi. 4.39, bu eksikliklerden muaftır. İçinde, her bitin ağırlık katsayıları, tipte dirençli bir matris kullanılarak referans voltajın sıralı olarak bölünmesiyle ayarlanır. R- 2r, çok katmanlı bir voltaj bölücüdür.

Bu DAC devresi, dirençleri 2 bağlayan iki konumlu anahtarları kullanır. r ya işlemsel yükselticinin girişine (bu bitte 1'de) ya da ortak sıfır kablosuna. Bu durumda, dirençli matrisin giriş direnci, tuşların konumuna bağlı değildir. Bitişik matris düğümleri arasındaki iletim katsayısı 0,5'tir. çıkış voltajı

sen dışarı = - sen op ( r/16r)(x 1 + 2x 2 + 4x 3 + 8x 4).

Pirinç. 4.39. Dijital-analog dönüştürücü devresi
dirençli matris R-2R

DAC hatası üzerindeki en büyük etki, dirençlerin nominal değerlerinden sapmalarının yanı sıra gerçek bir anahtarın direncinin kapalı durumda ve açık durumda sonsuza eşit olmaması gerçeğinden kaynaklanır. sıfıra eşit değildir. Üretilen dirençli matrisler, yaklaşık yüzde yüzde birlik bir göreli hataya sahiptir, yani. çok doğru.

4.5.2. Paralel kodlama analogdan dijitale dönüştürücüler

Bir analogdan dijitale dönüştürücü (ADC), zaman içinde sürekli değişen (yani analog) değerlerin karşılık gelen sayısal kodların değerlerine otomatik olarak dönüştürülmesi (ölçüm ve kodlama) için tasarlanmıştır. Bu durumda, "rakam" kelimesi ikili kod anlamına gelir. Dijital ses kayıt ve çoğaltma ekipmanı veya dijital telefondan bahsederken, sürekli değişen bir ses sinyalinin dijital olarak kaydedilmesi veya iletilmesi kastedilmektedir, yani. ikili (ikili) kodlar şeklinde.

Dönüştürme yöntemine bağlı olarak, ADC'ler seri, paralel ve seri-paralel olarak alt bölümlere ayrılır.

En hızlıları paralel ADC'lerdir. Bir analog sinyali içlerindeki koda dönüştürmek tek adımda gerçekleştirilir, ancak bu tür ADC'ler birkaç karşılaştırıcı gerektirir. Giriş voltajı, birden fazla referans voltajına sahip tüm karşılaştırıcılarda aynı anda karşılaştırılır. Paralel ADC'ler, seri ADC'lerden daha fazla öğeye sahiptir.

Paralel üç bitlik bir işlemi düşünün
ADC (şek.4.40).

Pirinç. 4.40. Paralel 3-bit ADC devresi

Üç ikili basamak, 0'dan 7'ye kadar sekiz sayıyı temsil edebilir. Bu nedenle, giriş voltajını bir direnç bölücü kullanılarak elde edilen referans voltajlarla karşılaştırmak için yedi karşılaştırıcı kullanılır. Her karşılaştırıcıdan, giriş voltajı referans voltajdan düşükse 0, aksi takdirde 1 sinyali alınır.

Karşılaştırıcıların durumları ve bunlara karşılık gelen ikili kodları tabloda sunulmaktadır. 4.12. Kod dönüştürücü, üç basamaklı bir ikili sayı üretir. Paralel ADC'lerin dönüşüm süresi, seri ADC'lerden yüzlerce kat daha hızlı olan birkaç on nanosaniye olabilir.

Tablo 4.12

Dijital kodun giriş voltajına bağımlılığı

Giriş voltajının bağıl değeri sen=sen içinde / U operasyon	Karşılaştırıcı durumu	İkili kod numarası
sen< 0,5
0,5 £ sen< 1,5
1,5 £ sen< 2 ,5
2,5 £ sen < 3,5
3.5 £ sen< 4,5
4,5 £ sen< 5 ,5
£ 5.5 sen<6 ,5
6,5 £ sen

4.5.3. Seri kodlama için analogdan dijitale dönüştürücüler

İncirde. 4.41, seri tip ADC'nin bir diyagramını gösterir.

Pirinç. 4.41. Analog-dijital devre
seri dönüştürücü

"Başlat" komutunda, dijital makine CA voltaj üreten bir dijital-analog dönüştürücü DAC'nin girişine beslenen bir ikili sayılar dizisi oluşturur sen her giriş ikili sinyaline karşılık gelen bir DAC. Bu voltaj (çalışırken sürekli büyüyor) CA) karşılaştırıcının girişlerinden birine beslenir K, diğer girişi giriş voltajını alan sen Karşılaştırıcı bu iki voltajı karşılaştırır ve eşit olduklarında bir sinyal verir. bu sinyalde CA durur ve çıktısında karşılık gelen bir ikili kod sen Böylece, seri ADC'deki dönüşüm, kademeli bir modda gerçekleşir. Çıktı değeri ayrı adımlardadır (keneler), yani. sürekli olarak ölçülen değere yaklaşır. Bu nedenle, seri ADC'ler her bir analog dönüştürme için zaman alıcıdır. Performanslarını artırmak için bit düzeyinde dengeleme yöntemi kullanılır. Bu yöntemi gösteren bir diyagram Şekil 2'de gösterilmektedir. 4.42.

Pirinç. 4.42. Analogdan dijitale dönüştürücü devre
bit dengeli

Dijital otomatın rolü kayıt tarafından gerçekleştirilir. Rg saat darbesi ile DTI... Çıkış kodu, veri hazırlık devresinin sinyali ile okunur SRS karşılaştırıcıdan gelen sinyal geldiğinde sağlanan K giriş voltajının eşitliği üzerine sen giriş ve voltaj sen dac. Karşılaştırıcı işlemi darbelerle senkronize edilir DTI.Aynı darbeler, yazmacın bitlerini sırayla aktarır. Rg durum 1'e Aktarım en anlamlı bit ile başlar ve en önemsiz olanlar 0 durumunda kalır. Bu durumda, DAC karşılaştırıcıda karşılaştırılan karşılık gelen voltajı üretir. K girişi ile. Eğer sen dac> sen içinde, ardından karşılaştırıcının komutunda en önemli bit, 0 durumuna sıfırlanır; Eğer sen dac< um, sonra 1 en anlamlı bitte kalır ve bir sonraki en yüksek sıra durum 1'e aktarılır Rg ve voltajları tekrar karşılaştırma sen dac ve sen En az anlamlı bitlerden biri durum 1'e aktarıldığında belirtilen voltajların eşitliği sabitlenene kadar döngü tekrarlanır. Daha sonra SRSçıkış kodunun verildiğini bildirir. Böyle bir ADC'deki karşılaştırma döngülerinin sayısı, çıkış kodunun bitlerinin sayısına eşit olacaktır.

4.6. Programlanabilir Mantık Dizileri ve Entegre Devreler

ROM ve programlanabilir mantık dizilerinin (PLM) organizasyonunun birçok ortak noktası vardır. Bir örnek kullanarak bu şemaların inşasına genel yaklaşımı ortaya koyalım.

Çıkışta bir sinyal sağlayan bir cihaz oluşturmanın gerekli olduğunu varsayalım. Y1 000, 001 kodlarını girerken; çıkışta Y2 010, 100, 110 kodları ile; çıkışta Y3 011, 101, 110, 111 kodlarıyla. Cihaz girişine sağlanan kodlar, tek bitlik ROM hücrelerinin adres kodları olarak kabul edilebilir, bunların okuma birimleri VEYA öğesi aracılığıyla çıkışlardan birine beslenir. ben... Adresler ve veriler arasındaki ilişkiyi düşünün - işlevler
(Tablo 4.13).

İncirde. 4.43, a mantıksal elemanlar üzerinde bir adres kod çözücüden ve devrede jumper'ların dahil olduğu diyot dirençli devreler şeklinde bellek elemanlarından oluşan bir ROM devresi sunulmaktadır. Değişkenler X3, X2, X1çeşitli bellek hücrelerinin adres kodları olarak kabul edilir. Tablodan. 4.13 Kod çözücüde, belirli adreslerde, devrenin çıkışlarından birinde birleştirilmesi gereken ilgili çıkış veri yollarının uyarıldığı görülebilir: Y1, Y2, Y3... VEYA elemanları, yardımıyla hangi sinyallerin üretildiği ben, tamamlanmamış bir kodlayıcıyı temsil eder.

Tablo 4.13

Kod çözücü doğruluk tablosu

Adres	Girişler	çıktılar
	X3	X2	XI	Y1	Y2	Y3
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7

İncirde. 4.43, B aynı ROM devresi iki matris şeklinde sunulur. Matris A1 sekiz çıkışlı eksiksiz bir hat kod çözücüdür. Her dikey çizgi A1 her biri giriş değişkenlerinin kombinasyonlarından birini uygulayan üç girişli bir AND öğesine karşılık gelir X3, X2, X1... Matris A2 eksik bir kodlayıcıdır.

Pirinç. 4.43. PLM'nin temeli olarak ROM matrisi

Her yatay çizgi A2 sekiz girişli VEYA öğesine karşılık gelir. Girişlerinin her birinde gerekli sinyallerin oluşumu, matrisin dikey çizgisinin kesiştiği nokta ile gösterilir. A1 ve matrisin yatay çizgisi A2.

Şekil 2'de gösterilen diyagramlar. 4.43, PLM üzerinde bir kombinasyonel devre şeklinde uygulanabilir (Şekil 4.44).

Pirinç. 4.44. PLM'de kombinasyon devresi

Aynı işlevi gören iki devrenin karşılaştırılması (bkz. şekil 4.43, B ve 4.44)), PLM şeklinde uygulanan şemanın daha basit olduğunu görüyoruz. Matris A1 ROM'da eksiksiz, sabit kodlanmış bir kod çözücüdür; PLM matrisinde bunlar işlevler için programlanmış mintermlerdir. Ekipman maliyeti genellikle devre tarafından işgal edilen yarı iletken kristal alanı tarafından belirlenir. Böylece, PLM üzerinde yapılan devreler daha yüksek derecede entegrasyon sağlar ve böylece mikro devrenin işlevselliğini genişletir.

BÖLÜM 5.
OTOMASYON SİSTEMLERİNDE BİLGİ İŞLEME BİLGİSAYARLARI

5.1. Tekstil otomasyon sistemlerinde mikroişlemciler

Şimdiye kadar, dijital mikro devreler, kabul edilebilir bir akım tüketiminde yüksek performans elde etti. En hızlı dijital mikro devreler, 3-5 ns düzeyinde anahtarlama hızlarına sahiptir. Bu mikro devrelerde akım tüketimi, mikro devredeki mantık kapılarının anahtarlama hızı ile doğru orantılıdır.

Mikroişlemcilerin yaygın olarak kullanılmasının bir başka nedeni de, mikroişlemcinin hemen hemen her işlevi yerine getirebilen evrensel bir mikro devre olmasıdır. Çok yönlülük, seri üretim anlamına gelen bu mikro devreler için geniş bir talep sağlar. Mikro devrelerin maliyeti, üretimlerinin kitle ölçeğiyle ters orantılıdır, yani mikroişlemciler ucuz mikro devreler haline gelir ve böylece talebi daha da artırır.

Büyük ölçüde, yukarıdaki özelliklerin tümü, tek çipli mikrobilgisayarlarda veya genellikle uygulama alanları tarafından çağrıldıkları gibi: mikrodenetleyicilerde kendini gösterir. Mikrodenetleyicilerde, bir bilgisayarın tüm bileşenleri tek bir yonga üzerinde birleştirilir: bir mikroişlemci (genellikle mikrodenetleyici çekirdeği olarak adlandırılır), RAM, ROM, zamanlayıcılar ve G / Ç bağlantı noktaları.

Tekstil üretim teknolojilerinin entegre otomasyonuna geçiş ve özel mikroişlemci kontrol alt sistemleri (MPSS) biçiminde uygulanması için araçların ortaya çıkmasıyla birlikte, bir dizi parametrenin çok bağlantılı düzenlenmesi ile ilgili soru ortaya çıktı. Bu, teknolojik süreçlerin tanımlanması, bunların birbirine bağlanması ve kontrol edilebilirliği sorunlarının, düzenlenmiş olarak teknoloji uzmanları tarafından önerilen parametrelere göre çözülmesini gerektiriyordu. MPSS yardımıyla, tekstil üretiminin entegre otomasyonu ile aşağıdaki ana görevler çözülebilir.

1. Bilgi ve ölçüm, kapsamlı bilgi toplamayı sağlar; gürültü bağışıklığı; istatistiksel verilerin gerekli işlenmesi, ölçüm hatalarının yazılım düzeltmesi, otomatik teşhis ve ölçüm sisteminin kendi kendine kalibrasyonu. Aynı zamanda, MPSU çalışmasının programlanabilir mantığı, yeniden yapılandırma esnekliği sağlar ve modernizasyon sırasında önemli devre değişiklikleri olmadan sistemin işlevlerini artırmanıza olanak tanır.

2. Teknolojik parametrelerin ve ekipmanın çalışma modlarının düzenlenmesi, teknologlar tarafından düzenlenen parametrelerin belirli bir değerde tutulmasına veya çoklu bağlantılı kontrol sistemlerinde optimizasyon koşullarını yerine getirmek için değiştirilmesine, zaman, enerji ve kalite göstergelerinde yanıt hızının sağlanması . Her durumda, düzenlemenin kalitesi, alınan ölçümlerin ve bilgilerin güvenilirliği ile belirlenir.

3. Temel olarak otomatik operatörler veya otomatik manipülatörler şeklinde uygulanan teknolojik ekipmanın ve robotik araçların çalışma modlarının kontrolü, örneğin elyaf balyalarının yüklenmesi ve boşaltılması, çözgü silindirleri ve dokuma kirişleri, bobinlerin cağlıklara çıkarılması ve takılması ve eğirme makineleri, eğirme yerlerini kartuşlarla doldurma, şerit ekleme ve düğümleme vb.

Zaman ve uzayda sinyal akışlarının düzenlenmesi, işlenmesi de dahil olmak üzere teknolojik ekipmanın tüm kontrol araçlarının çalışmalarının koordinasyonu, merkezi kontrol ünitesi tarafından gerçekleştirilir. Modern merkezi kontrol cihazları elektroniktir ve mikrobilgisayarlar kullanan evrensel cihazlara ve mikrodenetleyiciler, mikroişlemciler ve mantık devreleri kullanan özel cihazlara bölünmüştür.

Otomatik kontrol sistemlerinde programlı kontrol ilkesinin uygulanması ve mikroişlemcilerle birlikte sistemlerin durumu hakkında veri toplanması, işlevlerini önemli ölçüde artırdı, daha fazla esneklik sağladı, daha düşük maliyet ve boyutlar sağladı, artan güvenilirlik, olumsuz çevresel koşullara direnç ve diğer operasyonel özellikler.

Bunlara dayalı mikroişlemciler ve mikro denetleyiciler, veri giriş ve çıkışını, uyarı sinyallerini veya komutları ekrana ve ayrıca bu parametrelerin otomatik ölçeklenmesini basitleştiren dijital ölçüm aletleri ve sistemlerinde geniş uygulama alanı bulmuştur. Mikroişlemciler, kendi kendine kontroller ve kendi kendine kalibrasyon, veri tutarlılık kontrolleri, mikrobilgisayarlar veya bilgisayar kontrollü cihazlarla iletişim ve okumaların otomatik ortalamasını sağlayabilir. Bununla birlikte, mikroişlemciler ve bunlara dayalı mikro denetleyiciler, mikro bilgisayarlardan daha az miktarda standart yazılıma, çevresel aygıt yelpazesine ve arayüz yeteneklerine sahiptir.

Mikroişlemciler ayrıca terminallerde, mikrobilgisayar ağlarında, mesaj anahtarlama modüllerinde, tekrarlayıcılarda, veri depolama sistemlerinde, kodlama ve kod çözme cihazlarında, taşınabilir iletişim sistemlerinde, güvenlik ve modemlerde uygulama bulmuştur.

Mikroişlemciler, mikro bilgisayar sistem birimlerinde, giriş-çıkış denetleyicilerinde ve diğer çevresel aygıtlarda kullanılır. Çevresel aygıtlardaki mikrodenetleyiciler, diğer görevler için CPU'yu boşaltarak çevrebirim üzerinde birçok görevin gerçekleştirilmesine izin verir.

Tekstil ekipmanlarında mikroişlemciler, mikrodenetleyiciler ve mikrobilgisayarlar kullanılır: veri kontrol sistemlerinde, kalite kontrol kurulumlarında, otomatik tartım ve dozaj sistemlerinde, ünitelerin/makinelerin kontrolünde, kıvrılma derecesinin belirlenmesinde, bireysel işlemleri kontrol eden kontrolörlerde, örneğin ipliklerin gerginliğinde. , kayışlar, kumaşlar vb. ayırma cihazları, yükleme ve boşaltma cihazları, terminaller ve otomatik teşhis cihazları.

Tekstil endüstrisindeki teknolojik işlemcileri kontrol ederken, nispeten çok sayıda ayarlanabilir parametrenin ve kontrol algoritmalarının karmaşıklığının, güçlü mikro bilgisayarların kullanılmasını gerektirdiği unutulmamalıdır. Mikroişlemciler, sahadaki nesneleri yönetmek için algoritmaların uygulandığı ve mikrobilgisayarlar için verilerin hazırlandığı dağıtık sistemlerde kullanılır, bu da endüstriyel girişim koşullarında sistemlerin güvenilirliğini artırır.

En son mikroişlemci modellerinde, işletim sistemi, endüstriyel tesislerin yönetim sürecini optimize eden flash tabanlı donanım tarafından tamamen veya kısmen uygulanmaktadır.