Автоматизация технологических процессов в производстве (стр. 28 из 32)

ЭВМ вырабатывается цифровой код и поступает на цифроаналоговый преобразователь, где преобразуются значения U или перемещение угла поворота и т. д. Аналоговая величина поступает на исполнительный элемент и он управляет реальным объектом. Аналоговая величина с выходного объекта поступает на датчик где преобразователь напряжения и поступает в аналог в цифровой преобразователь. Полученное напряжение формируется в двоичный код и отправляется на ЭВМ. Принцип преобразования U в двоичный код:

Рис. 10-2

Датчиком вырабатываются определённые значения Uд весь диапазон возможных значений напряжения делится на уровни. Растущих между уровнями берётся одинаковым и называется шагом квантования каждому уровню соответствующему двоичному коду, т. е. составляем таблицу истинности.

Число уровней берётся как 2п, где п- разрядность кода. В определённый момент времени называются опросами фиксирует мгновенно значение напряжения и определяет соответствующий этому напряжению двоичный код. Таким образом, преобразователь формирует и передаёт коды технических уравнений или наиболее близкие к нему Uд в моменты опроса, чем больше уровней тем меньше шаг квантования и тем точнее преобразование сигнала снимаемого с датчика.

Цифро-аналоговый преобразователь

Это дешифратор преобразующий цифровую информацию в аналоговый выходной сигнал

Аналоговый выходной сигнал м.б. напряжение, непрерывно изменяющимся внутри интервала 0:3 В.

который состоит из двух блоков: - группы резисторов, образующих мгновенную резисторную схему лестничного типа, и операционного усилителя(ОУ), используемого в качестве суммирующего усилителя.

8 4 2 1

Д С В А

Рис. 10-3 - Схема ЦАП 0-3 В

Назначение резистивной схемы – учет весового коэффициента для цифровых сигналов На входах ЦАП:

Вес 1 на входе В в 2 раза больше вес 1 на входе А

Вес 1 на входе С в 4 раза больше вес 1 на входе А и т. д.

Для этой цели можно использовать несколько различных способов Соединения резисторов.

Такие резистивные схемы называются многозвенными резистивными схемами Лестничного типа (резистивными матрицами)

Суммирующий усилитель в схеме усиливает поступающее на его вход сигналы(с выхода резистивной схемы) до уровня соответствующего значениями выходного напряжения согласно таблице истинности +

В качестве суммарного усилителя обычно используется аналоговая ИС, наз-вая операционным усилителем (масштабируемым )

Выходным сигналом является напряжение считываемое с вольтметра.

ОУ- усилители специального типа характеризуются сопротивление низким выходным сопротивлением изменяющимся в широких пределах коэффициентом усиления по напряжению, величину которую можно установить внешними резисторами, Условное Графическое изображение:

Выходным сигналом является напряжение считываемое с вольтметра.

ОУ- усилители специального типа характеризуются сопротивление низким выходным сопротивлением изменяющимся в широких пределах коэффициентом усиления по напряжению,

Величину которую можно установить внешними резисторами .

Условное Графическое изображение:

+ Неинв. вх

Uвых

Ku понапр =	ОУ сам по себе не испол-ся к нему
Rвх	добавляются 2 резисторы Так ОУ используют в качестве
Uвых	Суммирующего усилителя

Roc

Ku по напр =

Uвх

К усилителю ОУ очень просто задать ,выбрав соответствующие отношениясопротивлений вход резистора и R о.c

Принципиальная схема ЦАП (простой)

Дв.вход 8 4 2 1

• • • •

3В +

Uвх • 1 • 1 • 1 • 1 Сум.усил.

0 0 0 0 1кОм

_ D C B A

Ry 18,7 R3 R2 R1 Roc КОм 37,5 75 150 +10В КОм кОм кОм +

· º º • •

A Аналог.

Рис. 10-5 - Резисторная схема 10B вход

•

Состоит из 2 блоков:

Резисторная схема собрана на резисторах

R1, R2, R3, R4;Cуммир.усилитель вел-ет в себя ОУ и Rо. с (резистор) Uвх = 3В , приложено к переклю- лям D,C,B,A

Вых. напр-ие Uвых – измеряется Вольтметром. ОУ требует необычный источник питания с выходом средней точки, обеспечивающий питающее напряжение +10В и –10В (двух знаков)

1)Если все переключатели замкнуть на общий проводов (ОВ), то вх. напряжение в (.А) = OB и Uвых = 0

Такое состояние соответствует строке 1 таблицы истинности. 2) Предложим теперь, что мы установили переключатель А в положение, соответствующее 1

Тогда к ОУ будет приложено Uвх = 3 В ;

Рассчитаем коэффициент усиления по напряжению получившегося усилителя.

Ки зависит от сохранения Roc =10кОм и сохранения Rвх = в данном случаи R1 =150 кОм. Ки = Roc / Rвх = 1000/150.000 = 0,066

Чтобы получить Uвых = Ки * Uвх = 0,066 * 3 = 0,2. В 3)Подадим на выходы ЦАП двоичную комбинацию 0010;

тогда установим переключатели В в положение 1 , тем самым предложим к ОУ Uвх = 3В

Ки = Roc/ Rвх = 10000/75000 =0,133

Интегрирующее ЦАП

АЦП интегрирующий имеет дополнительный блок - ГЛИН.

Принцип действия рассмотрим на примере U_вх , которое поступает на вход А компаратора. На вход В поступает напряжение, которое имеет форму треугольной волны и линейно изменяется от 0 до 7В.

Компаратор сравнивает напряжение на входе А и В и пока напряжение на входе А больше чем напряжение на входе В коммутатор формирует «1» за этот промежуток времени, пока открыт элемент «И» он пропускает три тактовых импульса на второй по десятый счетчик, где импульсы считаются и полученное число импульсов преобразуется в двоичный код. Этот код индуцируется на индикаторе.

Недостатки: При больших значениях напряжения необходим промежуток времени большой величины (быстродействие невысокое). При восьмиразрядном кодировании в некоторых случаях необходимо сосчитать количество импульсов 255.

АЦП с регистром постоянного приближения

Применяется при больших значениях напряжения.

Данный ЦАП вместо счётчика имеет регистр постоянного приближения.

Принцип действия рассмотрим на примере Uвх=7в. Действия, описанные блок схемой. Первый шаг описанный блок схемой формирует запрос – цифровой эквивалент возможной величины напряжения. Для этого регистр постоянного приближения засылает «1» в самый старший разряд. Результат 1000. Данный цифровой код поступает на ЦАП, где преобразуется в величину U=8в. 8в поступает на вход В компаратора. Компаратор сравнивает U7в<8в, соответственно логический «0» закрывает элемент & и регистр постоянного приближения сбрасывает 8 разряд в «0», а устанавливает в разряд четвёрок 1 и формирует двоичный код 0100. На выходе ЦАП мы имеем 4в, компаратор сравнивает 7в>4в, формирует сигнал «1» открывает элемент & и регистр постоянного приближения оставляет в разрядке четвёрок «1» и дополнительно в разряде двоек устанавливает «1» соответственно формируется двоичный код 0110. Компаратор сравнивает 7в>6в, элемент & открыт и регистр постоянного приближения оставляет в разряде двоек «1» и добавляет в разряд единиц «1», соответственно формируется двоичный код 0111 → 7в.

Прямоугольники регистра приближения ромбы – действия компаратора.

Так как в технике чаще встречаются напряжения больших величин, то данные АЦП получили широкое распространение.

Рис. 10-6

АЦП времяимпульсного типа. Принцип преобразования такого типа заключается в том, что входному напряжению £/вх ставится в соответствие временной интервал, длительность которого пропорциональна (7ВХ . Этот интервал заполняется импульсами стабильной частоты.

Число их и представляет цифровой эквивалент преобразуемого напряжения.

Схема, реализующая указанный принцип, изображена на рис. (а). Импульс с выхода генератора тактовых импульсов (ГТИ) обнуляет счетчик, запускает генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) и переключает триггер в состояние Q=l. Сигналом Q=l генератор счетных импульсов (ГСИ) через ко-нъюнктор подключается к счетчику. Когда нарастающее напряжение ГЛИН станет равным преобразуемому напряжению UttK, на выходе компаратора появится логическая 1, которая переключит триггер в состояние Q = Qn прервет связь

ГСИ со счетчиком. Код, устанавливающийся на выходе счетчика, — цифровой эквивалент аналоговой величины (входного напряжения). С изменением UBX изменяется и код на выходе счетчика.

Временные диаграммы на рис. (б) иллюстрируют описанные процессы. На выходе триггера формируются «временные ворота». Начало их соответствует тактовому импульсу, а конец — появлению 1 на выходе компаратора, когда наступает равенство «глин = UBX. Таким образом, длительность «временных ворот» пропорциональна значению входного напряжения. «Временные ворота» заполняются счетными импульсами стабильной частоты, поэтому их число пропорционально значению UK