Этап 3. Применение цифроаналоговых преобразователей

Цифроаналоговый преобразователь — это устройство для преобразования цифровой информации в аналоговую форму. Принцип работы ЦАП состоит в суммировании аналоговых сигналов, пропорциональных весам разрядов входного цифрового кода, с коэффициентами, равными нулю или единице в зависимости от значения разряда кода. Применяют ЦАП для связи цифровых управляющих систем с устройствами, которые управляются аналоговым сигналом. Значение напряжения, соответствующее единице цифрового кода, называют шагом квантования ΔUкв. На рис. 1.2.1 показана диаграмма изменения выходного напряжения Uвых при подаче на вход ЦАП цифрового кода, изменяющегося последовательно от нуля до N.

Рис. 1.2.1. Диаграмма выходного напряжения ЦАП ( — погрешность дискретизации)

Рассмотрим основные параметры ЦАП, определяющие точность преобразования и качество его работы.

1. Разрядность (число разрядов) — количество разрядов входного кода n, которое характеризует число степеней квантования N = 2n – 1.
2. Абсолютная разрешающая способность da — минимальное значение изменения сигнала на выходе при изменении входного кода на единицу (цена младшего разряда). Ее определяют как da =Uп.ш /(2n – 1), где Uп.ш — напряжение полной шкалы, соответствующее внешнему опорному напряжению ЦАП. Численно абсолютная разрешающая способность равна шагу квантования ΔUкв.
3. Время установления (преобразования) — интервал времени от момента изменения кода на входе ЦАП до момента установления выходного сигнала в заданных пределах.
4. Максимальная частота преобразования — наибольшая частота смены кода, при которой заданные параметры соответствуют установленным нормам.
5. Абсолютная погрешность преобразования в конечной точке шкалы — отклонение значения выходного напряжения от номинального, соответствующего конечной точке шкалы функции преобразования. Измеряется в единицах младшего разряда преобразования или в процентах.
6. Нелинейность преобразования — максимальное отклонение реальной функции преобразования от идеальной (прямая линия).

Существуют и другие параметры, характеризующие исполнение ЦАП и особенности его функционирования, в их числе входное напряжение, ток потребления, диапазоны выходного напряжения и силы тока. Основные принципы работы и влияние параметров ЦАП на качество преобразования рассмотрим на примере двухканального 12-битного ЦАП, размещенного во внешнем модуле ввода-вывода Е14-440. Основные параметры ЦАП этого модуля представлены в приложении 1. Управление работой модуля E14-440 осуществляется с помощью программного пакета PowerGraph.