Преобразование двоичного кода в напряжение

Содержание

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ КОД – НАПРЯЖЕНИЕ
Как двоичный код преобразуется в электрические сигналы?
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ КОД – НАПРЯЖЕНИЕ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ КОД – НАПРЯЖЕНИЕ

Преобразователем код-напряжение (ПКН) называется электронное устройство, предназначенное для преобразования цифрового кода N_BX на входе в электрическое напряжение U_ВЫХ на выходе.

Преобразование код – напряжение является частным случаем цифро-аналогового преобразования. Поэтому в цифровой технике ПКН часто называют цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП).

В интегральном исполнении ЦАП выпускаются в виде микросхем, осуществляющих преобразование входного двоичного кода N_BX в выходное напряжение U_ВЫХ или ток I_ВЫХ. Основные параметры и характеристики интегральных ЦАП приведены в табл. 7.1.

По способу преобразования ПКН делятся на три группы:

1) ПКН на основе управляемого делителя напряжения:

2) ПКН с суммированием токов;

3) ПКН с суммированием напряжений.

Основные требования к ПКН:

3) высокая линейность преобразования;

4) высокое входное сопротивление R_ВХ по входу опорного напряжения (при выполнении R_ВХ ® ¥ существенно улучшается стабильность источника опорного напряжения (ИОН), даже при его сравнительно высоком выходном сопротивлении R_ВЫХион);

5) низкое выходное сопротивление R_ВЫХ ® 0 (это позволяет исключить влияние сопротивления нагрузки на результат преобразования);

6) высокая помехозащищенность.

В большинстве случаев практического применения ПКН выполнить все эти требования невозможно, поэтому выделяются наиболее значимые для данного применения требования и обеспечивается их выполнение.

ПКН на основе управляемого делителя напряжения

Последовательного типа

Функциональная схема такого ПКН представлена на рис. 7.1.

Величина ступени квантования определяется выражением

где R_Н – номинальное сопротивление резистора в делителе напряжения (ДН).

Рис. 7.1. Функциональная схема ПКН на основе управляемого делителя

напряжения последовательного типа

На рисунке обозначено: U₀ – опорное напряжение ПКН; q_R – ступень квантования ПКН по сопротивлению; N₂ – входной двоичный код; N₂_H – максимальное число ступеней квантования по сопротивлению.

Если R_H = R, то сопротивление 2-го резистора равно 2R; 3-го – 4R; 4-го – 8R и т.д. Т.е. сопротивления резисторов распределены по двоичному закону.

Сопротивление плеча ДН, управляемого кодом N₂:

Сопротивление плеча ДН, управляемого кодом (N₂_H – N₂):

Выходное напряжение такого делителя

Это и есть уравнение преобразования ПКН данного типа.

Если ступень квантования по напряжению , то уравнение преобразования ПКН

Как видно из последнего уравнения, функция преобразования ПКН линейная.

Входное сопротивление такого ПКН, как и для обычного делителя напряжения, определяется формулой

Вывод: входное сопротивление ПКН – величина постоянная и не зависит от количества замкнутых и разомкнутых ключей. Следовательно, таким ПКН может управлять ИОН с R_ВЫХион >> 0.

Выходное сопротивление ПКН при условии, что R_ВЫХион = 0 (т.е. получается параллельное соединение суммарных сопротивлений резисторов двух плеч), определяется по формуле

R_{ВЫХ .}

Вывод: выходное сопротивление будет равно 0 при N₂ = 0 и N₂ = N_2H. Максимальное значение R_ВЫХ при N₂ = N_2H /2:

т.е. R_ВЫХ такого ПКН зависит от значения входного кода.

Погрешности ПКН данного типаобусловлены следующими факторами.

1. Неточность и нестабильность напряжения U₀ ИОН.

2. Неточное выполнение двоичного закона изменения сопротивлений резисторов в обоих плечах делителя. Этот фактор приводит к возникновению трех погрешностей:

а) погрешности линейности – максимальное отклонение кривой, представляющей собой реальную характеристику преобразования, от прямой линии, соединяющей крайние точки этой кривой;

б) погрешности дифференциальной нелинейности – это максимальная по модулю разность кванта реальной характеристики преобразования (ступени квантования) и среднего значения этого кванта;

в) погрешности полной шкалы – разность выходных напряжений для идеальных и реальных характеристик преобразования при номинальном коде управления, т.е. при N₂ = N_2H.

3. Погрешность от сопротивлений R_КЗ каналов ключей в замкнутом состоянии (погрешность от ЭДС канала ключа, для ключей на полевых транзисторах, не учитывается, т.к. собственная ЭДС канала полевого транзистора e_K = 0). Погрешность от небесконечности сопротивлений R_КР ключей в разомкнутом состоянии не учитывается, т.к. легко обеспечить условие R_КР >> q_R 2 n -1 .

С учетом R_КЗ на выходе ПКН получаем напряжение

Отсюда приведенная погрешность от влияния R_КЗ

где m1 – количество замкнутых ключей в 1-м плече; m2 – количество замкнутых ключей во 2-м плече.

Влияние сопротивлений ключей будет больше, когда m1 = m2.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Источник

Как двоичный код преобразуется в электрические сигналы?

Я только начинаю в электронике и уже очарован. Поиграв с Arduino в последние несколько дней, я осознаю, что двоичное представление представляет собой различные напряжения — например, +5 В для представления 1 и GND-представления 0 .

Я пытался выяснить, как на физическом уровне микроконтроллер преобразует двоичный код в эти напряжения. Кажется, я нигде не могу найти описание. Может кто-нибудь поделиться своими знаниями или указать мне место / хорошую книгу, которая описывает, как это работает?

Я хочу перефразировать часть ответа KellenJB немного по-другому:

Преобразование двоичных 1 и 0 в напряжения, такие как 5 В и 0 В, не выполняется. Микроконтроллер или любая физическая схема работает только от напряжений.

Эти напряжения «преобразуются» в двоичные 1 и 0 в наших головах, когда мы формируем упрощенную модель в наших умах о том, как работает схема.

На самом деле не происходит «конверсии». Двоичные 1 и 0 — это просто виртуальное представление основных напряжений. Фактически, во многих системах высокое напряжение может означать 0, в то время как низкое напряжение означает 1. Есть несколько причин, почему это делается, но, вероятно, больше, чем вы хотите погрузиться в это рано.

Чтобы понять, что происходит в логике, лучше всего заглянуть в транзистор. Транзистор может использоваться для многих целей, но на простом уровне вы можете рассматривать его как переключатель. Концептуально вы можете думать об этом, как о выключателе на стене, но вместо того, чтобы физически перемещать его, он контролируется изменением тока. Вы можете рассматривать источник света как 1, а источник света как 0. Теперь вы можете начать комбинировать эти переключатели в различных наборах для создания различных логических элементов (таких как AND, OR, NOR и т. Д.).

Я знаю, что мой ответ не очень подробный, но я надеюсь, что он ответит на ваш вопрос. Если вам нужно больше объяснений, я буду готов добавить больше деталей, просто не хочу вас перегружать.

Краткий ответ: он не «конвертирует», напряжения — двоичные (или их представление). Также как если вы напишите число на какой-то бумаге, отметки представляют собой представление числа или рассчитывают на счет, а позиции камней представляют собой представление числа.

Двоичная система — это система счисления, такая же как десятичная (или восьмеричная, шестнадцатеричная и т. Д.)

В то время как десятичное число (основание-10) имеет 10 символов (0123456789), двоичное (основание-2) имеет только два (01)

Последовательность 10 в любой базе означает основание для первой степени, поэтому в десятичной 10 означает 10 ^ 1 = 10, а в двоичной — 2 ^ 1 = 2. Далее, 100 в десятичной системе означает 10 ^ 2 = 100, и в двоичном виде это означает 2 ^ 2 = 4. И так далее.

Представление десятичной дроби с использованием электроники было бы возможно, но сложно, поэтому они выбрали двоичный код, который может быть представлен простыми 0 и 1 (или вкл. / Выкл.).
Были вариации этого, например, троичные системы (3 состояния) и, конечно, аналоговые вычисления . До транзисторов были механические перфокарты (Google знает много, очень интересное чтение, если у вас есть время).
Первые двоичные цифровые компьютеры были сделаны с настоящими переключателями (электронными реле). Цузе Z3 (1941) является примером:

После этого вместо реле использовались вакуумные трубки (могли переключаться быстрее без движущихся механических частей), которые выполняли переключение вместо реле. Эниак является примером раннего компьютера сделан с вакуумными трубками.

Затем в 60-х годах появились транзисторы и вскоре после микросхем. Транзисторы выполняют ту же функцию, что и реле / клапаны в более ранних машинах, но они были намного меньше, быстрее и потребляли меньше энергии.

Фактическая теория, лежащая в основе принципа работы двоичных компьютерных схем, совершенно не изменилась, точно так же, как мы не изменили способ манипулирования числами в математике — алгоритмы улучшаются, но основные правила остаются прежними.

Читайте также: Какое напряжение в танке

Итак, если вы знаете, как работает двоичный файл, и у вас есть простая схема, способная хранить 1 или 0 как два разных уровня напряжения (например, 5 В и 0 В), и другие простые схемы, которые могут выполнять простые логические функции, такие как И и ИЛИ, тогда Вы можете объединить их все, чтобы сделать более сложные вещи.
Поскольку все эти двоичные схемы являются просто коммутаторами в самом основном, вы можете достичь того же с любым, что может чередоваться между двумя состояниями, такими как механическое / реле / клапан / транзистор / ?.

Чтобы привести пример сохранения числа в двоичном виде, допустим, у нас есть 8 переключателей (какого типа они не важны)
. 1 представлен 5 В, а 0 представлен 0 В.
Мы хотим хранить номер 123.

В десятичном виде это 123 = (1 X 10 ^ 2) + (2 * 10 ^ 1) + (3 x 10 ^ 0)
В двоичном виде это 01111011 = (0 x 2 ^ 7) + (1 x 2 ^ 6) + (1 x 2 ^ 5) + (1 x 2 ^ 4) + (1 x 2 ^ 3) + (0 x 2 ^ 2) + (1 x 2 ^ 1) + (1 x 2 ^ 0)
Так что все мы устанавливаем переключатели от 0,1,3,4,5,6 до 5В и переключатели 7 и 2 до 0В. Это «хранит» число 123 в двоичном виде. Эта настройка будет известна как «регистрация».

Если вы хотите узнать больше о том, как переключатели объединяются в более сложные схемы, приобретите хорошую книгу по цифровой логике или спросите Google.

Этот сайт не выглядит слишком плохим для начала.

Источник