ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ D/A & A/D

Transcript

1 ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5ο ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ D/A & A/D

2 Μετατροπή αναλογικών σημάτων σε ψηφιακά & αντιστρόφως ADC (Analog to Digital Converter) Μετατρέπει τα αναλογικά σήματα σε ψηφιακά για να μπορούμε να τα επεξεργαστούμε ψηφιακά, π.χ. μετατρέπει το αναλογικό σήμα μιας ηλεκτρικής κιθάρας σε ψηφιακό για να το επεξεργαστούμε ψηφιακά και να του δώσουμε echo. DAC (Digital to Analog Converter) Μετατρέπει τα ψηφιακά σήματα σε αναλογικά, π.χ. μετατρέπει τον ψηφιακά επεξεργασμένο ήχο σε αναλογικό για να πάει στον ενισχυτή και στα ηχεία.

3 Σύστημα λήψης & επεξεργασίας δεδομένων Διαμετατροπέας: φωτοκύτταρα, φωτοδίοδοι, θερμίστορ, θερμοζεύγη, μικρόφωνα, κτλ.

4 Σύστημα επεξεργασίας & διανομής δεδομένων

5 Σύστημα ελέγχου κλειστού βρόχου (Closed Loop Control Systems)

6 DAC (Digital to Analog Converter) Δέχεται στην είσοδό του μια ψηφιακή λέξη και παράγει μια ανάλογη τάση ή ρεύμα στην έξοδό του.

7 Παραγωγή αναλογικού σήματος με μετατροπέα DAC Με τα κατάλληλα δεδομένα στην είσοδο του μετατροπέα, μπορεί να παραχθεί ημιτονικό σήμα.

8 Παραγωγή κλιμακωτής τάσης με μετατροπέα D/A Ο απαριθμητής 4-bit μετράει τους παλμούς ρολογιού (από 0000 έως 1111) και ο μετατροπέας D/A 4-bit δημιουργεί 16 επίπεδα αναλογικών τάσεων.

9 Εσωτερικό κύκλωμα μετατροπέα D/A Ανάλογα με τις τάσεις στις εισόδους D0 και D1 θα δημιουργηθεί και η αντίστοιχη αναλογική έξοδος στην έξοδο του τελεστικού ενισχυτή.

10 Μετατροπέας D/A σε ολοκληρωμένο κύκλωμα O DAC0808 έχει διακριτική ικανότητα 8 bit. Επομένως μπορεί να παράγει στην έξοδό του 512 στάθμες τάσης (σκαλοπάτια) με διαφορά 9,76mV.

11 Κύρια χαρακτηριστικά ενός μετατροπέα D/A - Διακριτική ικανότητα: είναι ο αριθμός των bit της λέξης εισόδου. Όσο μεγαλύτερη είναι, τόσο μικρότερο είναι το βήμα της τάσης που παράγει. - Ακρίβεια (%): το ποσοστό της διαφοράς μεταξύ της τάσης που παράγει από την ιδανική τάση εξόδου - Χρόνος αποκατάστασης (nsec): ο χρόνος που χρειάζεται ο D/A για να μετατρέψει τη λέξη εισόδου σε αναλογική τάση στην έξοδό του - Μέγιστη τάση εξόδου (V): καθορίζει την περιοχή λειτουργίας του μετατροπέα

12 ADC (Analog to Digital Converter) Δέχεται στην αναλογική του είσοδο μια αναλογική τάση και παράγει στις ψηφιακές του εξόδους ένα δυαδικό αριθμό ανάλογο της τάσης εισόδου.

13 Διαδικασία μετατροπής αναλογικού σήματος σε ψηφιακό 1. Φιλτράρισμα (χαμηλοπερατό φίλτρο) 2. Δειγματοληψία (λήψη δείγματος τάσης ανά τακτά χρονικά διαστήματα) 3. Κβάντιση (αντιστοίχιση των δειγμάτων τάσης σε συγκεκριμένες στάθμες κβάντισης) 4. Κωδικοποίηση (αντιστοίχιση κάθε στάθμης σε ένα δυαδικό αριθμό)

14 Παράδειγμα μετατροπής αναλογικού σήματος σε ψηφιακό Έστω ότι έχουμε ένα μετατροπέα A/D με διακριτική ικανότητα 3 bit και βήμα κβάντισης 1V.

15 Συχνότητα δειγματοληψίας - Είναι ο αριθμός των δειγμάτων που λαμβάνουμε κάθε δευτερόλεπτο. - Πρέπει να είναι τουλάχιστον διπλάσια από τη μέγιστη συχνότητα του σήματος: fδ>2*fmax Παράδειγμα: Η μέγιστη συχνότητα σε ένα τραγούδι είναι 20KHz. Επομένως η ελάχιστη συχνότητα δειγματοληψίας είναι fδmin=2*20κηz=40khz. Γι'αυτό οι εταιρείες επέλεξαν για τα CD (compact discs) τη συχνότητα fδ=44100hz. Κάθε δείγμα αντιστοιχίζεται σε μια στάθμη κβάντισης, έπειτα κωδικοποιείται ως ψηφιακός αριθμός και τελικά αποθηκεύεται στο ψηφιακό μέσο.

16 Μετατροπέας A/D σε ολοκληρωμένο κύκλωμα Το σήμα (από 0V έως 5V) μπαίνει στους ακροδέκτες Vin (6) και γείωση (7). Όταν WR=0, τότε γίνεται η μετατροπή της αναλογικής τάσης εισόδου σε ψηφιακή. Όταν WR=1 και RD=0, τότε στις εξόδους D0 έως D7 εμφανίζεται η ψηφιακή λέξη.

17 Κύρια χαρακτηριστικά ενός μετατροπέα A/D - Διακριτική ικανότητα: είναι ο αριθμός των bit της λέξης εξόδου. Όσο μεγαλύτερη είναι, τόσο μικρότερο είναι το βήμα κβάντισης. - Ακρίβεια (%): το ποσοστό της διαφοράς μεταξύ της εξόδου του από την ιδανική - Χρόνος μετατροπής (nsec): ο χρόνος που χρειάζεται ο A/D για να μετατρέψει την τάση εισόδου σε ψηφιακή λέξη στην έξοδό του - Μέγιστη τάση εισόδου (V): καθορίζει την περιοχή λειτουργίας του μετατροπέα

18 Εφαρμογές μετατροπέων D/A και A/D - Συστήματα ελέγχου (πίεσης, θερμοκρασίας, στροφών, φρένων ΑBS) - Συστήματα συλλογής δεδομένων (σεισμών, ηλιακής ακτινοβολίας, ταχύτητας ανέμου, υγρασίας) - Συστήματα μετρήσεων (ψηφιακά πολύμετρα, τομογράφοι, παλμογράφοι, μαγνητική τομογραφία, υπερηχογραφήματα, αυτόματη ανάλυση αίματος, μέτρηση σακχάρου) - Συστήματα επικοινωνίας (τηλεφωνία, ίντερνετ, κινητά, ψηφιακή τηλεόραση) - Συσκευές πολυμέσων (CD, DVD, βιντεοκάμερες, ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές,, κάρτες ήχου Η/Υ)