- •Автоматизация измерений, контроля и испытаний
- •Введение. Основные определения и термины
- •1. Принципы построения измерительных систем
- •1.1. Ввод аналоговых сигналов в измерительных системах
- •1.1.1. Датчики измерительных систем и устройства согласования
- •1.1.2. Измерительные коммутаторы
- •1.1.3. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи
- •1.2. Оценка системных параметров многоканальных измерительных систем
- •1.3. Каналы передачи данных (интерфейс)
- •1.4. Устройства и системы ввода/вывода фирмы National Instruments
- •1.4.1. Системы согласования сигналов scxi и scc
- •1.4.2. Многофункциональные платы и устройства для сбора данных
- •1.4.3. Модульные измерительные системы стандарта pxi
- •1.4.4. Система распределенного ввода/вывода и промышленного управления FieldPoint
- •1.4.5. Реконфигурируемая контрольно-измерительная система CompactRio
- •1.5. Система дистанционного измерения и сбора измерительно-диагностической информации
- •1.5.1. Общая структура системы
- •1.5.2. Измерительная часть автоматизированной системы дистанционных измерений
- •1.5.3. Алгоритмы работы автоматизированной системы дистанционных измерений
- •1.5.4. Разработка схем подключения средств измерения
- •2. Сигналы и методы их исследования
- •2.1. Общие характеристики электрических сигналов
- •2.2. Методы исследования прохождения сигналов
- •2.3. Динамические модели преобразователей сигналов
- •2.4. Механические, тепловые и электрические аналогии
- •2.4.1. Механические элементы
- •2.4.2. Тепловые элементы
- •2.4.3. Электрические элементы
- •2.5. Фильтры
- •2.5.1. Фильтры нижних частот
- •2.5.2. Фильтры верхних частот
- •2.5.3. Полосовые фильтры
- •2.5.4. Полосно-подавляющие фильтры
- •3. Аналоговая обработка сигналов
- •3.1. Операционные усилители. Основные свойства
- •3.2. Параметры и характеристики оу
- •3.3. Обратная связь в усилителях
- •3.4. Влияние ос на параметры усилителей
- •3.5. Применение операционных усилителей
- •3.5.1. Инвертирующий усилитель
- •3.5.2. Неинвертирующий усилитель
- •3.5.3. Суммирующий усилитель
- •3.5.4. Дифференциальный усилитель
- •3.5.5. Измерительный усилитель
- •3.5.6. Интеграторы
- •3.5.7. Дифференциаторы
- •3.5.8. Нелинейные преобразователи на оу
- •3.6. Активные фильтры
- •4. Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи
- •4.1. Электронные ключи и коммутаторы
- •4.2. Цифро-аналоговые преобразователи
- •4.2.1. Общие положения
- •4.2.2. Цап с суммированием токов
- •4.2.3. Цап с внутренними источниками тока
- •4.2.4. Сегментированные цап
- •4.4.5. Цифровые потенциометры
- •4.2.6. Цап прямого цифрового синтеза
- •4.2.7. Параметры цап
- •4.3. Аналого-цифровые преобразователи
- •4.3.1. Общие положения
- •4.3.3. Ацп последовательного приближения
- •4.3.4. Последовательно-параллельные ацп конвейерного типа
- •4.3.5. Сигма-дельта ацп
- •5. Цифровая обработка сигналов
- •5.1. Общая характеристика цифровых сигналов и цифровых микросхем
- •5.2. Основы алгебры логики
- •5.3. Логические элементы
- •5.3.1. Типы логических элементов
- •5.3.2. Параметры логических элементов
- •5.4. Построение комбинационной логической схемы по заданной функции. Минимизация логических функций
- •5.5. Типы выходных каскадов цифровых элементов
- •5.6. Сложные логические элементы
- •6. Функциональные устройства на цифровых микросхемах
- •6.1. Системы счисления
- •6.2. Дешифраторы и шифраторы
- •6.3. Мультиплексоры и демультиплексоры
- •6.4. Компараторы кодов
- •6.5. Сумматоры
- •6.6. Триггеры
- •6.7. Регистры
- •6.8. Счетчики импульсов
- •6.9. Автоматизированные измерительные системы
- •Заключение
- •Библиографический список
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
4.4.5. Цифровые потенциометры
Рис.
4.21.
Структурная
(а)
и упрощенная схема (б)
цифрового потенциометра
Основу цифровых потенциометров составляет резистивная матрица, как правило, из 256 резисторов равного сопротивления, соединенных последовательно (рис. 4.21). Вывод C через ключи S0—S255 может подключаться к любой точке резистивной цепи в зависимости от входного кода. Входной двоичный код преобразуется дешифратором 8×256 в позиционный код, управляемый ключами.
Достоинством данной схемы является высокая линейность (рис. 4.22) и монотонность переходной характеристики, недостатком — необходимость изготовления большого количества резисторов с одинаковым сопротивлением.
Рис.
4.22. Зависимость сопротивлений RСА
и
RСВ
от
входного кода
4.2.6. Цап прямого цифрового синтеза
ЦАП часто используются для синтеза сигналов специальной формы — синусоидальной, пилообразной, прямоугольной. Кроме этого, в коммуникационных схемах необходимо синтезировать сигналы множества частот с высокой стабильностью и точностью на одном или большем количестве опорных частот. Ранее для этого применялось переключение и смешивание частотных сигналов от группы кварцевых генераторов. Другие методы предусматривали использование цепей фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).
В связи с широким распространением цифровых методов в настоящее время получил метод прямого цифрового синтеза (ПЦС). Метод ПЦС можно рассмотреть на примере системы прямого цифрового синтеза (рис. 4.23).
Рис.
4.23. Функциональная схема системы прямого
цифрового синтеза
В связи с дискретной природой ПЦС методу присущи погрешности, характерные для АЦП: шум квантования, наложение спектра, для такого ЦАП на выходе необходим фильтр низких частот. Основная проблема этой простой ПЦС-системы состоит в том, что выходная частота может быть изменена только путем изменения частоты задающего генератора или посредством перепрограммирования ППЗУ, что делает систему недостаточно гибкой.
На практике ПЦС-системы осуществляют эту функцию более гибким и эффективным способом, используя цифровую схему, называемую генератором с цифровым управлением. Функциональная схема такой системы представлена на рис. 4.24.
Рис.
4.24. ПЦС ЦАП, использующий генератор с
цифровым управлением
Усеченное значение выходного сигнала сумматора фазы служит адресом таблицы задания синуса (или косинуса). Таблица поиска содержит информацию, соответствующую амплитуде для одного полного цикла синусоидального сигнала.
Для n-разрядного сумматора фазы (в большинстве ПЦС-систем значение n лежит в диапазоне от 24 до 32) существует 2n значений фазы. Число М в регистре приращения фазы представляет собой величину, на которую текущее значение фазы увеличивается в каждом тактовом цикле. Если fc — частота синхронизации, то выходная частота синусоидального сигнала равна
f0=Мfc/2n. (4.4)
Разрешающая способность системы по частоте равна fc/2n. При n=32 разрешающая способность больше, чем один к четырем миллиардам. В реальной ПЦС-системе не все разряды от сумматора фазы используются для выбора значений из таблицы, оставляются только первые 12—16 старших разрядов, тогда как младшие разряды игнорируются. Это уменьшает размер таблицы и не ухудшает разрешающую способность по частоте.
Описанная ПЦС-система представляет собой гибкое решение с высокой разрешающей способностью. Частота может быть мгновенно изменена без искажения фазы простым изменением содержимого М-регистра.