.значения. Счетчик продолжает наращивать выход до тех пор, пока разница напряжений между выходом АЦП и входным аналоговым значением не станет меньше разрешающей способности АЦП (рис. 5Л2 6). Преобразование на основе пошагового приближения требует определенного времени, которое зависит от времени ЦА-прс-образования и от входного значения. Вообще говоря, время ЦА-нреобразования находится в наносекундном диапазоне, а АЦ-преобразования - в микросекундном; для типового АЦП это время составляет от 0.5 до 400 мкс. Разрешение преобразования обычно составляет 10-12 бит, т. е. 1023 либо 4095 интервалов по напряжению; следовательно, входной сигнал квантуется в соответствующих долях от полной входной величины. Часть характеристик АЦП определены так же, как для ЦАП, - разрешение, нулевое смещение, линейность и время преобразования.

преобразователь

логическая

цепь/код

цифровой выход

компараторы

Рис. 5.11. АЦП с параллельными схемами сравнения

При работе АЦП важно, чтобы его разрешающая способность {conversion resolution) использовалась полностью. На практике редко бьшает так, что преобразуемый входной сигнал (выход датчика) изменяется от О до 100 % всегосвоего диапазона: обычно нормальным является изменение в пределах 10-20%. Если, например, сигнал и:!меняется в пределах 5 % от его теоретического диапазона и поступает на 10-битный АЦП, тогда действительный входной диапазон сигна7Ш будет составлять 5 % от 1023 или около 50 интервалов напряжения. Таким образом, цифровое разрешение будет определяться только 1/50 частью всего диапазона, т. е. 2 % (рис. 5.13 а). Если в.честоэтого АЦП можно настроить на О при 20 % и иа 1023 при 25 % входного сигнала, то разрешение становится намного выше - 1/1023 или 0.1 % диапазона датчика.

Для того чтобы использовать весь диапазон АЦП, нужно подстраивать как коэс})-Фидиент усиления, так и смещение напряжения входного аналогового сигнала. Это С1жно сделать с помонило операционного усилителя (рис. 5.13 6). Смещение напря-*ения настраивается переменным резистором так, чтобы выход усилителя постоянного тока соответствовал минимуму входного сигнала АЦП, который в свою оче-

U) соответствует минимальному значению измерительного сигнала. Переменньш

резистор /?2 используется для настройки усиления так, чтобы выходной уровеньу, лителя для максимума входного измерительного сигнала соответствовал максима.1 ному входному значению АЦП.

цифровой счетчик

цифровой выш

Vref

1010

1001

максимальное значение входного сигнала (диапазон преобразования)

1000

0111

0110

0101

0100

счет прекращается при достижении значения входного сигнала

-*- результат =0111

0010

0001

0000

Рис. 5.12. АЦП, работающий по прИ1ПИ1пу пошагового приближе1И1я: а - г.хеМ б - принцип работы

Если для передачи сигналов используется диапазон 4-20 мА, то ра.зрыв можно обнаружить как сигнал О мЛ (ра.здел 4.5.5). АЦП можно использовать! для индикации нерабочего состояния датчика. Если АЦП откалиброван так, чт( сималын.1Й входной сигнал (напри.мер, 20 мЛ) соответствует значению 4О00в. 4095 в 12-битовом АЦП, то большие значения выходного слова можно исполь. для индикации исключительных и ошибочных ситуаций. Это, однако, требует ввы1йлапол«ительных электронных схе.м и средств обработки.

Vi о

Рис. 5.13. Использование всего диапазона АЦП - 0-100 % (в); настройка cMenieiniH нуля резистором и коэффициента усиления резистором /?2 (б)

Простой способ выявить отсоединенный датчик основан на схеме с переключателем и источником постоянного напряжения. Напряжение должно быть немного выше, чем максимальное выходное напряжение датчика, или, в случае замкнутой токовой петли, выше, чем уровень напряжения, соответствующий значению тока в 20 мА. Переключатель помещается перед мультиплексором (рис. 5.14).

переключатель

датчика 1

датчика 2

канал датчика п

0-1 В

внешний источник напряжения 1.1 В

Рис. 5.14. Индикация отключенного датчика

Переключатель канала 1 в положении "включен" - датчик подключен; переключатель канала п в положении "выключен" - датчик отключен

При включенном положении переключателя вход мультиплексора соединяется <• Датчиком и оконечным резистором, следовательно, входной сигнал соответствует чачеиию из.меряемой величигп.г При отключенном положении переключателя "чл мультиплексора соединяется с внешним источником напряжения. Когда дат-