Цифро-аналоговый преобразователь

Цифро-аналоговый преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

0% (10.

Заи) Н О3 К 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОММ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21.) 3371423/18-21 (22) 29.12.81 (46) 15.04.83. Бюл. И -14 (72) О.Я. Каретный, А.Л. Фрейман и А.И. Финкельман

{71) Всесоюзный научно-исследова.тельский и проектно-конструкторский институт. по автоматизированному .— электроприводу в промыеленности, сельском хозяйстве и на транспорте

ВНИИЭлектропривод (53) 681.325(Î88.8) (56), 1. Балакай В.Г, и др. Интеграль" ные:,схемы аналого-циФровых и цифро-аналоговых преобразователей. И., "Энергия", 1978, с. 18-20.

2. Там же, с. 14- 18,. р. 1-14 (прототип). (54)(57) ЦИФРО-АНАЛОГОВЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий генераторы тактовой и опорной частоты, счетчик импульсов, установочные входы которог< подключены к шине. преобразуемого кода, а счетный вход - к выходу генера" тора тактовой частоты, и RS-триггер, отличающийся тем, что,. с целью повышения точности преобразо" вания кодов, при их изменении в широких пределах, при одновременном со" хранении быстродеиствия, в него вве". дены переключатель диапазонов, переключатель опорной частоты и дискри- .. минатор, входы которого подключены к шине преобразуемого кода, а выход " к управляюшим входам переключателя диапазонов и переключателя опорной частоты, входы которого соединены с соответствующими выходами генератора опорной частоты, а выход - с

R-входом ВЯ-триггера и синхронизирующим входом счетчика,- выходы поде" кадного переполнения которого соединены с соответствующими входами переЪ ключателя диапазонов, выход которого соединен с Я-входом ЯБ-триггера, выход которого соединен с выходной шиHO@

1012436

35 ка $2).

40. ратора 2 опорной частоты, дискрими45

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в различных системах управления, в частности, в широкодиапазонных автоматических системах управ" ления электроприводами.

Известен цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) с прямым преобразователем, а именно преобразователь с весовыми резисторами,, состоящий из интегральных схем реэистивной сетки, ключей на р-канальных полевых транзисторах, ТТЛ-схем с разомкнутыми коллекторными цепями и операционного усилителя g 1 ).

Недостатком преобразователя является то, что его схема состоит в основном из аналоговых элементов, что обусловливает большую погрешность преобразования и малый диапазон ра-. бочих температур.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является цифроаналоговый преобразователь с промежуточным широтно-импульсным преобразованием, содержащий генераторы тактовой и опорной частоты, счетчик импульсов, установочные входы которого подключены к шине преобразуемого кода, RS-триггер, Я-вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, à R-вход - с выходом переполнения счетчика, схему совпадения, первый вход которой подключен к выходу генератора тактовой частоты, второй вход - к единичному выходу триггера, а выход схемы совпадения соединен со счетным входом счетчиНедостаток известного преобразователя состоит в том, что при широких пределах изменения входного кода малым его значениям соответствует широтно-модулированный сигнал на выходе с малой скважностью. Так, если

npv; изменении входного кода N от 0 до 1000 максимальному значению передаваемого кода N=1000 соответствует среднее напряжение на выходе U< =

=10 В, то значению N=1 соответств:ет

U >=0,01 В. Такой сигнал сравним с

С 11 ) уровнем помех в канале связи и неудобен для использования в системах автоматического управления электроприводами, Цель изобретения - повышение точности преобразования кодов, при изме5

ll0

30 нении их в широких пределах, при одновременном сохранении быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что цифро-аналоговый преобразователь, содержащий генераторы тактовой и опорной частоты, счетчик импульсов, установочные входы которого подключены к шине преобразуемого ко" да, а счетный вход. - к выходу генератора тактовой частоты, и ВБ-триггер, введены переключатель диапазонов, переключатель опорной частоты и дискриминатор, входы которого подключенй к шине преобразуемого кода, а выход - к управляющим входам переключателя диапазонов и переключателя опорной частоты, входы которого соединены с соответствующими выходами генератора опорной частоты а выход - с R-входом ВЯ-тригГера и синхрониэирующим входом счетчика, выходы подекадного переполнения которого соединены с соответствующими вхо" дами переключателя диапазонов, выход которого соединен с 8-входом RS-триггера, выход которого соединен с выходной шиной.

На фиг. 1 изображена функциональная схема преобразователя; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие его работу, причем эпюры обозначены теми we буквами, что и места наблюдения на функциональной схеме (фиг. 1); на фиг, 4 - выходные характеристики известного (прямая OPl() и предлагаемого преобразователя (ломанная ОИРК) для случая 2 диапазонов.

Устройство состоит из кварцевого генератора l тактовой частоты, гененатора 3, счетчика 4, переключателя

5 опорной частоты, переключателя 6 диапазонов, RS-триггера 7, шин индикации 8, выхода 9 и преобразуемого кода 10..

Нина преобразуемого кода 10 подключена к установочным входам счетчика 4, причем пять старших двоичных разрядов преобразуемого кода подключены также по входам дискриминатора

3, выход которого соединен с управляющими входами переключателя 6 диапазонов и переключателя 5 опорной частоты, первый и второй выходы генератора 2 опорной частоты соединены с входами переключателя 5 опорной частоты, выход которого соединен с R-входом триггера 7 с синхронизи3 10124 рующим входом счетчика 4, входы переключателя 6 диапазонов соединены с выходами подекадного переполнения счетчика 4, а выход его - с 8-входом триггера 7, выход генератора

1 тактовой частоты .соединен со счетным входом счетчика .4, выход тригге-. ра 7 является аналоговым выходом .

- ЦАП., a второй выход переключателя 6 диапазоиов...ийдицирует номер диапазона.

Устройство работает следующим об-. разом.

Нв установочнйе:. в»ходы счетчика 4 подается .код преобразуемом величины

N. Если К<2э, то. на;выходе дискри" . минатора сигнала нет, В- этом случае устройство работает. следующим образом (фиг.. 2)-. На .счетный вход счетчика 4 поступают импульсы с.генератора

1- тактовой частоты. Сигнал î пере" полней@и ..второй декады счетчика 4 поступает через переключатель 6, управляемый. выходом дискриминатора 3-, на В-вход триггера. 7, При этом на -- шине (вЫходе) индикации 8 - логический ноль, свидетельствующий о работе йа младшем диапазоне. Через переклю-. чатель 5 опорной частоты, управляе" мый дискриминатором,3, проходят им- пульсы с nepsoro вЫхода генератора 2 опорной частоты, частота которых в

2» раз меньее тактовой, импульсы с выхода переключателя опорной частоты поступают на синхро» ниэирующий вход счетчика 4 и на 8"вход триггера 7.

С приходом импульса с переключателя 5 происходит запись кода числа в счетчик и одновременно на выходе . триггера устанавливается ноль. С при- В ходом íà R-вход триггера сигнала о - первполнении второй. декады счетчика .

4 через переключатель диапазонов 6 на выходе триггера. устанавливается единица, которая сохраняется до кон-. э ца периода счета, равного периоду генератора опорной частоты. При этом среднее значение выходного напряжения определяется выражением

1 ЪЮи

Ц = — I u(t)a. (1)

<Р точ„ где Т " длительность периода на . первом выходе генератора опорной частоты; Я

U(t) " напряжение на выходе преооразователя в функции . от врейени.

36 4

Если учесть, что

T. = 28.т

--1 CA где Г - перйод следования импуль-: сов от генератора тактовой частоты; и что Q «сонэ «рр» Oc с1,1.т . 0(О= б 4ф НТ „с ст, to выражение (1) перепишется следующим образом Ътч вт,т„

Я,р= >(f „а . О.at):; или .. г " . науч ср 2в Т „2в 1. где.А = — = const.

ФИ I 2в

Следовательно, среднее значение выходного напряжения на пряном выходе 88-триггера пряьеэ пропорционально коду преобразуемой величины.

Если на вход преобразователя задается число 2 <Мс2, на выходе дискриминатора, выполненного на схе"

«мах совпадения, появляется логическая единица. В результате этого схема работает -следующим образом (фиг. 3), Переключатель 6 диапазонов пропус- кает на 8-вход триггера .7 только импульсы о; переполнении третьей (старшей) декады счетчика 4. С приходом каждого импульса на выходе триггера устанавливается единица, которая сохраняется до конца периода счета, величина которого определяется периодом следования импульсов со второго выхода генератора опорной частоты

1а гоц — 2 . гтрк

Среднее значение напряжения на выходе определяется формулой, аналогичной (3), т.е;

0)ер = А2 N, И и где А = —,д;- = еonst.

На шине индикации 8 при этом-логическая 1, свидетельствующая о рабо:те на старшем диапазоне. ! устройство осуществляет прямо про-, порциональное преобразование двоичного или двоично-десятичного кода числа в среднее значение напряжения на выходе в каждом диапазоне по формуле:

А1 1 э где А. = -------- - постоянныи для

Q âå

М

1 28 4О-a) каждого i-ro диа пазона коэффи" циент..

5 10124

В каждом из диапазонов преобразо- вание осуществляется строго пропор-, ционально задаваемому коду.

Погрешность преобразования постоянна при всех значениях входного з кода N и обусловлена в основном нестабильностью питающего напряжения .и температурным уходом частоты. кварцевого генератора. От погрешности, вызванной температурным уходом частоты кварцевого генератора, можно избавиться, если вместо генератора опорных частот использовать делитель, на вход которого будут поступать импульсы с выхода генератора тактовой частоты.

Иэ сравнения выходной характеристики прототипа (фиг. 4),. которая предствлена при условии И„„ г1000;

Ucp (1>ma%) = Unsay= 10 В и выходной 20 характеристики предлагаемого прео6" разователя йри тех же условиях для случая 2 диапазонов,. видно, что если у прототипа при N l выходное напря" жение Utp(N=3) =0,01 В, то у описывае". 25 мого преобразователя в десять раз больше U „ „>=0,1 В. Такой сигнал уже не сравним с уровнем помех в ка-, нале связи и удобен для использования в системах автоматического управ- ЗЭ ления электроприводами.

Зб 6

Преимущества предлагаемого цифроаналогового преобразователя с автоматическим переключением диапазонов по сравнению с прототипом тем нагляднее, чем шире преДелы изменения вы» ходного кода и чем больше диапазонов в устройстве. При применении.цифроаналогового преобразователя входной код изменяется вблизи границы переключения диапазонов и в дискриминатор легко вводится звено гистеризиса, реализуемое, например, на логических схемах совладения 155 серии.

По приведенной функциональной схеме (фиг..l) разработан и изготовлен Макет на микросхемах серии К 155. Ре.зультаты испытаний поКаэывают, что использование преобразователя Ь электроприводе с числовым программным управлением для маний термичес" кой резкй Металла по сравнениЮ с прототипоМ .позволяет за счет повышения точности работы электропривода и .уменьшения количества его сбоев повысить точность раскроя металла, что, в свою очередь, снижает коНМЧество брака при резке и позволяет уменьшить допуск на дополнительную обработку вырезаемых деталей, благо" даря чему экономия металла состав-. ляет 0,53 от раскраиваемого.

°

1012436

1012436

101243б

Составитель В; Солодова

Редактор К. Волощак Техреду М. Гергель, Корректор М, !лароши

Закаэ 2788/Ь9 Тираж 934 Подписное . ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Раушская наб. д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4