ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Цифро-аналоговые, аналого-цифровые преобразователи и микропроцессоры из "Основы современного электрохимического анализа" Устройства, называемые потенциостатом и гальваностатом и предназначенные для обеспечения заданного закона изменения потенциала индикаторного электрода E t) относительно электрода сравнения или заданного закона изменения тока i t), широко применяются в электрохимических измерениях вообще и в приборах для электрохимического анализа в частности. Качество этих устройств во многом определяет точностные характеристики и возможности используемой аппаратуры. [c.43] В зависимости от диапазона контролируемых и измеряемых напряжений, токов, от их частотного диапазона и от требуемой точности измерений конкретные схемы потенциостатов и гальваностатов имеют различные особенности. Общим для всех этих схем является использование отрицательной обратной связи по напряжению (в потенциостатах) или по току (в гальваностатах), а также широкое использование операционных усилителей. В качестве примера рассмотрим принципы функционирования двух типичных схем на операционных усилителях, осуществляющих кроме потенциостатирования (гальваностатирования) и некоторые другие функции. [c.43] В отличие от рассмотренных выше аналоговых электронных устройств указанные в названии данного раздела устройства относятся к цифровой технике. [c.47] Из правого равенства видно, что с возрастанием разрядности ЦАП быстро уменьшается шаг квантования выходного напряжения. Например, при = 8 напряжение i/ в пределах от О до (С/А)тах может принимать 64 дискретных значения, а в 12-ти разрядном ЦАП - 4096 значений. [c.47] Как известно, цифры О и 1 двоичного числа в электрическом коде отображаются двумя разными уровнями напряжения, причем цифре 1 обычно соответствует больший уровень. [c.47] Из полученного выражения следует, что рассмотренная схема ЦАП реализует преобразование входных двоичных чисел в пропорциональные напряжения С/ с шагом квантования е = UoRJR в пределах от О до (С/л)тах = иЯо(2 - 1)7 1. [c.48] Параллельным называется код, все разряды которого воспроизводятся одновременно. [c.48] Регистр - цифровое устройство для хранения п-разрядного двоичного числа и выполнения логических операций над ним. Регистр содержит упорядоченную последовательность триггеров в количестве, равном разряду двоичного числа. Триггер, являющийся одним из основных базовых элементов цифровых устройств, может хранить один разряд двоичного числа (О или 1). Его выходное напряжение (как и у компаратора) может иметь лишь два соответствующих уровня, поэтому под воздействием скачкообразного изменения входного напряжения он будет переходить из одного устойчивого состояния в другое. Таким образом, в регистре каждая цифра разряда двоичного числа а,) оказывается записанной в соответствующий триггер. [c.49] Цикл преобразования С/вх в соответствующий цифровой код подобен процедуре взвешивания груза на весах с помощью гирь, отличающихся друг от друга в 2 раза. Количество гирь соответствует числу п разрядов в АЦП. Правильное взвешивание, очевидно, должно начинаться с установки самой тяжелой гири (старшего разряда). Если она превышает массу груза, ее убирают, если не превышает, то оставляют. Затем устанавливается гиря следующего разряда (в 2 раза легче) и снова проверяется масса гирь по сравнению с измеряемой массой и т.д. Очевидно, что точность взвешивания будет определяться массой самой легкой гири (младшего разряда). Чем больше число разрядов, тем выше точность. При этом масса всех гирь должна быть точно или с небольшим избытком равна максимально возможной измеряемой массе. [c.50] В АЦП функцию гирь выполняют дискретные значения напряжения С/а, а функцию весов (сравнивающего устройства) -компаратор. В регистр заносится численное значение массы всех гирь , оставшихся на весах по окончании взвешивания. [c.50] Начало цикла преобразования определяется поступлением на регистр запускающего внешнего импульса, устанавливающего О во всех разрядах регистра. При этом СЛ = О и напряжение на выходе компаратора соответствует единице. В момент прихода первого тактового импульса СЛ в старшем ( -ом) разряде регистра появится единица, поступившая с выхода компаратора. В остальных разрядах регистра остаются 0. На вход ЦАП поступает двоичное число 1000. Если соответствующее ему напряжение СЛ С/вх (как на рис. 1.11, б), то на выходе компаратора единица сменится на О, и в момент окончания первого тактового импульса О запишется в старший разряд регистра (вместо 1). Следовательно, на входе ЦАП вновь установится нулевое число. В результате на выходе компаратора будет единица. Если бы оказалось, что соответствующее числу 1000... напряжение С/а С/вх, то на выходе компаратора и в старшем разряде регистра после окончания первого тактового импульса осталась бы единица. [c.50] Чтобы выходной двоичный код АЦП достаточно точно воспроизводил изменения необходимо, чтобы время / р одного цикла преобразования было существенно меньше периода верхней граничной частоты в спектре аналогового сигнала Поскольку АЦП такого типа при обычном числе разрядов и = 10 или 12 имеет / р порядка 1 мкс, то 0,5 МГц. В то же время существуют АЦП параллельного действия, имеющие (при п = в или 8) время преобразования порядка 10 не. В настоящее время АЦП выпускаются в виде интегральных микросхем. [c.51] Микропроцессоры. С развитием технологии цифровых интегральных схем появилась возможность создания достаточно сложных и в то же время недорогих устройств обработки цифровой информации в виде весьма компактных микросхем. Однако увеличение сложности реализуемых в них алгоритмов обработки сужает область их применения и приводит к необходимости выпуска большой номенклатуры микросхем. Устранить противоречие между сложностью больших интегральных схем (БИС) и их универсальностью удалось за счет создания программируемых БИС, позволяющих изменять режим работы путем подачи определенных командных сигналов. Основным типом таких БИС являются микропроцессоры - программно-управляемые устройства обработки информации, выполненные в виде одной или нескольких микросхем. [c.51] ЦП содержит арифметическо-логическое устройство (АЛУ), устройство управления (УУ) и регистры (Р), выполняющие следующие функции. Два регистра операндов (О) хранят 2 числа, над которыми АЛУ выполняет арифметическую или логическую операцию. Регистр команд (К) хранит во время операции несколько разрядов командного слова, являющихся кодом этой операции. Адресная часть командного слова содержится в регистре адреса (А). Флаговый регистр (Ф) выдает сигнал о переполнении, когда разрядность результата операции оказывается больше разрядов каждого из операндов. Регистр состояний (С) следит за состоянием процессора после выполнения каждой команды и посылает в УУ сигнал условного перехода по команде, адрес которой содержится в регистре счетчика команд (СК). Регистры общего назначения (ОН) в количестве обычно 10... 16 используются в качестве сверхоперативного ЗУ. Стековые регистры используются для создания стека, хранящего поступающую информацию по принципу бильярдных шаров очередное слово, поступающее в стек, выталкивает из него слово, поступившее раньше других в этом стеке (крайнее со стороны выхода). [c.52] Устройство управления обеспечивает порядок функционирования всех внутренних узлов ЦП, выдает и воспринимает командные сигналы по шине управления, а также частично по шине данных. Ритм работы УУ и всей системы определяется (синхронизируется) таймером Т. [c.52] Основные функциональные блоки микропроцессорной системы могут состоять из одной или нескольких БИС. Существуют также однокристальные микро-ЭВМ в виде одной микросхемы, содержащей в том или ином виде все необходимые блоки микропроцессорной системы. Совокупности БИС, имеющих единые принципы организации и позволяющие строить на их основе функционально законченные микропроцессорные системы, называются микропроцессорными наборами. Совместимые друг с другом наборы носят название микропроцессорных семейств (серий). При необходимости микросхемы одной серии можно использовать с микросхемами другой серии, однако для такого совмещения требуется применение специальных электронных устройств. [c.53] Вернуться к основной статье