WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный ...»

-- [ Страница 2 ] --

Рисунок 6.9 – Схема измерения волнового сопротивления длинной ли нии, согласованной в начале и конце линии 5) измерьте осциллографом параметры входных и выходных импульсов на линии, разомкнутой на конце, отключив резистор R2 в схеме рисунка 6.9.

6) измерьте осциллографом параметры входных и выходных импульсов на короткозамкнутой линии, закоротив перемычкой резистор R2 в схеме рисун ка 6.9.

7) занесите результаты измерений по п.п. 1, 3, 4, 5, 6 в таблицу. Сравните параметры входных и выходных импульсов, измеренных по п.п. 3, 4, 5, 6 с па раметрами импульсов с генератора, измеренных по п. 1, а также сравните ко эффициенты передачи линии для всех схем включения. Объясните причины ис кажений формы импульсов и затухания амплитуды импульсов в линии.

8) измерьте осциллографом параметры входных и выходных импульсов и коэффициенты передачи линий, собирая последовательно схемы рисунков 6.5, 6.6, 6.7 и подавая на входы каждой из схем импульсы с генератора "f". За несите результаты измерений в таблицу. Сравните параметры входных и вы ходных импульсов, измеренных в схемах рисунков 6.5, 6.6, 6.7 с параметрами импульсов с генератора, измеренных по п.1, а также сравните коэффициенты передачи линий для всех схем включения. Объясните причины искажений формы импульсов и затухания амплитуды импульсов в линии;

9) оформите отчет.

6.2.3 Контрольные вопросы 1 Чем обусловлен "дребезг"?

2 Раскройте понятие "электрическая помеха". Как влияет помеха на досто верность ввода информации?

3 Поясните работу RS- триггера и составьте таблицу истинности триггера?

4 Объясните работу антидребезговых схем: с RS- триггером, с RC-цепочкой, с пороговым устройством.

5 Дайте понятие “длинной линии” и определение волнового сопротивления линии, коэффициента передачи.

6 Назовите причины искажений сигналов в длинной линии.

7 Какие существуют способы согласования линий передачи данных?

8 Объясните работу схем передачи данных рисунков 6.5, 6.6, 6.7.

7 Практикум "Аналого-цифровые преобразователи и цифро аналоговые преобразователи" Практикум предназначен для изучения основных схемотехнических ре шений АЦП и ЦАП в микроэлектронном варианте исполнения и получения практических навыков работы с этими устройствами. В настоящее время АЦП и ЦАП широко используются в системах обработки данных и автоматизиро ванных системах управления для преобразования аналоговых сигналов в циф ровую форму и наоборот из цифровой формы в аналоговую.

В разделе приведены методики выполнения практикумов:

- "Цифро-аналоговые преобразователи";

- "Аналого-цифровые преобразователи".

7.1 Практикум "Цифро-аналоговые преобразователи" 7.1.1 Структура и алгоритм работы ЦАП Целью практикума является:

- изучение состава и алгоритмов работы нескольких разновидностей ЦАП;

- детальное изучение и работа с ЦАП типа 572 ПА1;

- сборка электрической схемы;

- получение временных диаграмм, поясняющих алгоритм работы ЦАП;

- получение передаточной характеристики ЦАП в координатах двоичный цифровой код- аналог.

ЦАП представляет собой устройство, преобразующее информацию, вы водимую с цифровых систем из цифрового вида в аналоговые уровни или дру гие параметры аналоговых сигналов. ЦАП сопрягает цифровую систему с дат чиками, измерительными приборами, управляющими или исполнительными устройствами сложных многопараметровых объектов управления или систем сбора и обработки информации.

К настоящему времени разработаны и широко применяются несколько разновидностей ЦАП, но в основе работы каждого из них заложен принцип суммирования токов с разрядных генераторов тока с весовыми коэффициента ми, пропорциональными цифровому коду, поступающему на вход ЦАП. Рас смотрим один из базовых вариантов структурной схемы ЦАП, приведенный на рисунке 7.1 и поясняющй принцип суммирования токов.

Для построения схемы предусмотрены источник опорного напряжения (ИОН), электронные ключи Кл1-Kлn, управляемые по сигналам цифрового кода А1-Аn, цепочка резисторов с двоично - взвешенными номиналами (R, 2R, 4R,..,2N-1R) и суммирующий усилитель на основе операционного усили теля (ОУ). Допустим, что пришел цифровой двоичный код, в котором в стар шем разряде "1", а в остальных разрядах "0", т.е. код 100....000. Тогда ключ Клn будет в замкнутом состоянии и на вход усилителя будет поступать ток:

IN=(Uоп /R), где: Uоп - опорное напряжение ИОНа.

На выходе суммирующего усилителя появится напряжение:

UN = IN(R/2) = (Uоп /R) (R/2) = Uоп / Представим теперь, что появился код, в котором все разряды кода равны "0", кроме сигнала А1. В этом случае коду 000...001 будет соответствовать ток и напряжение:

I 1= Uоп /2N-1R, U1= I1 (R/2) = (Uоп /2N-1R) (R/2) = Uоп / 2N, т.е. напряжение на выходе усилителя будет равно весу младшего значащего разряда (МЗР) ЦАП.

Рисунок 7.1 – Схема, поясняющая принцип работы ЦАП с цепочкой ре зисторов с двоично - взвешанными номиналами Следовательно, в зависимости от кодовой комбинации на входе ЦАП за мыкаются соответствующие ключи и на вход суммирующего усилителя посту пают соответствующие разрядные токи, вызывающие формирование на выходе усилителя (выходе ЦАП) напряжения, пропорционального входному коду.

Существенным недостатком ЦАП с двоично - взвешенными номиналами резисторов является необходимость получения широкого диапазона тщательно согласованных номиналов резисторов от R до 2N-1R, что усложняет технологию производства таких ЦАП в микроэлектронном исполнении.

Значительное распространение получили ЦАП, построенные с последо вательно-параллельной цепочкой резисторов R-2R (рисунок 7.2).

Рисунок 7.2 – Схема, поясняющая принцип работы ЦАП с цепочкой ре зисторов R-2R Замечательным свойством цепочки R-2R является то, что в любом из уз лов цепочки выходное сопротивление равно R. Например, в узле (1) выходное сопротивление определяется параллельным сопротивлением 2х резисторов с номиналами 2R, т.е. равно R. В узле (2) выходное сопротивление также будет равно значению R, т.к.

[ (2R||2R) + R] ||2R = R Это свойство цепочки R-2R позволяет задавать разрядные токи на входе суммирующего усилителя в масштабе, пропорциональном значению R и значе нию цифрового кода. Действительно, если использовать электронные ключи КлN на два положения, которые позволяют подключать резисторы 2R каждого узла (разряда) или к общей шине или к опорному напряжению Uоп, то в случае кода 100...000, когда включен ключ КлN старшего разряда, а остальные ключи находятся в положении "общая шина", ток на входе будет равен:

IN= U оп/2R, UN = (Uоп /2R) R = Uоп / 2.

Для кода 010...000 будет работать только ключ Кл(N-1) и задавать ток:

IN-1= Uоп / 4R, UN--1 = (Uоп / 4R) R = Uоп /4.

Младший значащий разряд определяется кодом 000...001, который задает соответствующие ток и напряжение:

I 1= Uоп / 2N-1R, U1= Uоп / 2N.

Таким образом, для любой из 2N кодовых комбинаций можно найти вход ной ток суммирующего усилителя и выходное напряжение по формуле:

IВХ= А Uоп /2N R, UВЫХ= А Uоп /2N, где: А - входной код ЦАП.

Преимуществом применения в ЦАП цепочки R-2R можно отметить легко поддающуюся точную подгонку номиналов резисторов, т.к. номиналы отлича ются только в 2 раза. Однако, в ЦАП, построенных с применением цепочки R 2R, требуется в два раза больше резисторов и необходимы ключи на два поло жения, что также усложняет технологию производства этих ЦАП.

К основным параметрам ЦАП относятся:

1) разрешающая способность - число уровней квантования выходного сиг нала (число двоичных разрядов входного кода).

2) интегральная нелинейность - отражает степень отклонения характеристи ки преобразования от идеальной характеристики (в частности от прямой линии).

3) время установления - время, требуемое для установления выходного сиг нала ЦАП в пределах ± 1/2 МЗР для заданного изменения входного кода, например, при его изменении от нуля до полного значения шкалы.

В качестве примера рассмотрим структурную схему промышленного ЦАП типа К572ПА1, приведенного на рисунке 7.3.

Десятиразрядный ЦАП К572ПА1 содержит внешний источник опорного напряжения ИОН, ряд R-2R резисторов, двунаправленные ключи на МОП транзисторах n-типа VT1-VT2, усилители - инверторы УИ для приема кодовых сигналов и выработки управляющих напряжений на ключи Кл1-Кл10, внешний суммирующий операционный усилитель ОУ. Принцип действия описываемого ЦАП аналогичен принципу действия ЦАП, приведенного на рисунке 7.2.

Рисунок 7.3 – Функциональная электрическая схема ЦАП типа К572ПА (А-Г) Условное – графическое обозначение ЦАП в принципиальных электриче ских схемах представлено на рисунке 7.4.

Рисунок 7.4 – Условно – графическое обозначение ЦАП Назначение выводов в обозначении:

- D0-D9 - входы для подачи цифрового кода;

- UП - напряжение питания;

- UОП - опорное напряжение;

- ОV - корпус (общая шина);

- Rос - вход подключения сигнала обратной связи;

- IВЫХ - выходной ток ЦАП;

- IВЫХ - общая шина выходного тока.

Основные параметры ЦАП 572ПА1 следующие:

- цена (вес) МЗР - 10,24 В/ 210=10 мВ;

- интегральная нелинейность характеристики - ±0,1% от полной шкалы;

- время установления выходного тока - не более 5 мкс.

7.1.2 Порядок выполнения практикума 1) Оборудование: лабораторный стенд, осциллограф, цифровой вольт метр.

2) Включите в сеть вилку лабораторного стенда в сеть, заземлите измерительные приборы и подключите их также к сети.

3) Установите тумблер "АЦП-ЦАП" в положение "ЦАП", тумблер "ПРЕ ОБРАЗОВАНИЕ" в положение "РУЧНОЕ", тумблер ИОНа "ЦЕНА МЛАДШЕ ГО РАЗРЯДА" в положение "10 мВ" или "5мВ".

4) Подключите цифровой вольтметр к гнезду "UВЫХ ЦАП".

5) Включите сетевые тумблеры измерительных приборов и стенда в по ложение "Вкл". На стенде должен загореться индикатор "СЕТЬ".

6) Нажмите кнопку стенда "СБРОС" и запишите показания цифрового вольтметра, измеряющего выходное напряжение на выходе ЦАП. Последова тельно записывайте кодовые комбинации в регистр последовательных прибли жений РПП в соответствии с табл.1 посредством кнопок "РУЧНОЕ" и "1/0".

Для записи "1" достаточно нажать на кнопку "РУЧНОЕ "при отжатой кнопке "1/0", для записи "0" необходимо сначала нажать на кнопку "1/0" и, не отпуская ее, нажать на кнопку "РУЧНОЕ". Запись продолжайте до момента загорания светодиода "КОНЕЦ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ- ЗАПИСИ". Для каждой кодовой комбинации считывайте показания цифрового вольтметра согласно таблице 1.

Таблица 7.1 – Передаточная характеристика ЦАП Обозначения ко- Кодовые Показания цифрового вольт довой комбинации комбинации, АВХ метра, UВЫХ, В А1= А MIN 0000000000 UВЫХ1 = UВЫХ MIN А2 0000000001 UВЫХ А3 0000000010 UВЫХ А4 0000000100 UВЫХ А5 0000001000 UВЫХ А6 0000010000 UВЫХ А7 0000100000 UВЫХ А8 0001000000 UВЫХ А9 0010000000 UВЫХ А10 0100000000 UВЫХ А11 1000000000 UВЫХ А12=A MAX 1111111111 UВЫХ 12= UВЫХ MAX 7) Постройте передаточную характеристику ЦАП в двойном логарифми ческом масштабе в виде графика функции:

lg (UВЫХ/UВЫХ MIN) = f (lg AВХ/= АMIN) Рисунок 7.5 – Зависимость выходного напряжения ЦАП от входного кода в двойном логарифмическом масштабе 8) Определите для ЦАП цену младшего значащего разряда (МЗР) по формуле:

МЗР = (UВЫХ MAX - UВЫХ MIN)/ (210 - 20).

9) Определите интегральную нелинейность ЦАП по формуле:

Li= |U MAX| / UВЫХ MAX, где: |U MAX| - максимальное отклонение реальной передаточной характе ристики от идеальной.

7.1.3 Контрольные вопросы к практикуму 1 На каком принципе основано построение ЦАП?

2 Поясните принцип действия ЦАП рисунке 7.1.

3 Каким отличительным свойством обладает цепочка резисторов R - 2R?

4 Почему в ЦАП используются высокостабильные источники питания?

5 Поясните принцип действия ЦАП на рисунке 7.2.

6 Перечислите основные параметры ЦАП и дайте их определение. Какие параметры имеет промышленный ЦАП типа 572 ПА1?

7.2 Практикум "Аналого-цифровые преобразователи" Целью практикума является:

-изучение состава и алгоритмов работы нескольких разновидностей АЦП;

- детальное изучение и работа с АЦП поразрядного уравновешивания;

- получение временных диаграмм, поясняющих алгоритм работы АЦП;

- получение статистических распределений (спектров) случайных и де терминированных сигналов;

- вычисление статистических параметров спектров амплитуд случайных сигналов.

7.2.1 Структурные схемы и принципы действия АЦП 7.2.1.1 АЦП представляют собой устройства, преобразующие амплитуду (уровни) или другие параметры аналоговых сигналов различной природы в цифровой вид. "Аналого-цифровые преобразователи" позволяют вводить ин формацию, содержащуюся в массиве аналоговых сигналов, поступающих от датчиков, измерительных приборов и других устройств, в цифровые вычисли тельные или управляющие устройства, блоки и системы, в которых произво дится обработка цифровой информации.

К настоящему времени разработаны и широко применяются несколько основных разновидностей АЦП:

- АЦП двойного интегрирования;

- АЦП последовательного счета;

- АЦП поразрядного уравновешивания (последовательного приближе ния);

-АЦП параллельного действия.

Основными параметрами преобразователей являются: динамический диапазон входных сигналов, передаточная характеристика преобразования, число уровней квантования, цена младшего значащего разряда (МЗР) преобра зования (ширина канала), быстродействие, погрешности преобразования (диф ференциальная и интегральная нелинейности преобразования).

7.2.1.2 Из всех видов АЦП наиболее простыми по принципу действия, но и наиболее сложными по конструктивной и технологической выполнимости являются АЦП параллельного действия.

На рисунке 7.6 представлена структурная схема АЦП параллельного действия, который содержит: источник опорного напряжения (Uоп), делитель опорного напряжения (R1-Rn), n компараторов (K1-Kn) равное числу уровней квантования, шифратор унитарного кода в двоичный код (D1). Каждый компа ратор имеет входной дифференциальный каскад с двумя входами: инверти рующим и неинвертирующим. АЦП параллельного действия работает следую щим образом. Делитель напряжений задает ряд опорных напряжений на всех, например, инвертирующих входах компараторов. Опорное напряжение на лю бом из компараторов определяется из выражения:

Un= (Uоп/ N ) n, где: N - число уровней квантования АЦП;

n - номер компаратора (номер канала квантования);

Uоп/ N - ширина канала (цена младшего разряда АЦП).

Rn – резисторы прецизионного делителя;

Kn – компараторы уровня сигналов;

D1 – шифратор унитарного кода в двоичный Рисунок 7.6 – Структурная схема АЦП параллельного действия Входное преобразуемое напряжение Uвх поступает на все неинверти рующие входы компараторы. По сигналу "Строб", поступающего с устройства управления, входное напряжение сравнивается каждым компаратором с опор ным напряжением. Компараторы выдают на выходе результат сравнения в виде "0" или "1" в зависимости от знака разности между опорным и входным напря жениями на их двух входах. После окончания сравнения кодовая комбинация с компараторов в виде унитарного кода поступает на шифратор, который на вы ходе выдает двоичный код уровня входного сигнала. Если для преобразователя известна цена младшего разряда (ЦМР), то величина уровня входного сигнала определяется произведением ЦМР и десятичного выходного кода преобразова теля.

АЦП параллельного действия обладают самым высоким быстродействи ем из всех видов преобразователей. Время преобразования у современных уст ройств такого вида составляет величину 5-10 нс. Эти АЦП отличаются сравни тельно небольшим числом уровней квантования (6-8 и редко 9-10 двоичных разрядов) и средней величиной погрешности преобразования (интегральная не линейность не менее (1-i) МЗР). Следует отметить также технологическую сложность производства АЦП этого вида из-за большого числа элементов каж дого вида, примерно равному числу уровней квантования.

7.2.1.3 Принцип действия АЦП с двукратным интегрированием (АЦП ДИ) основан на последовательном интегрировании сначала входного преобра зуемого напряжения, затем опорного напряжения интегратором. В АЦП ДИ входят следующие устройства: двухпозиционный электронный ключ Кл (рису нок 7.7), интегратор И, схема управления СУ, генератор тактовых импульсов ГИ, компаратор К и счетчик СТ.

Рисунок 7.7 – Структурная схема АЦП (ДИ) При интегрировании входного сигнала в течении некоторого фиксиро ванного времени Т напряжение на выходе интегратора изменится на величину:

(1) dU = dUC = TU / RC, т.к.

ВЫХ ВХ 1 dQc 1 1 U ВХ dUC = = iС dt = dt = U dt, ВХ С dt С C R RC где: RC - постоянная времени интегрирования интегратора.

Если затем интегрировать опорное напряжение UОП противоположного знака, то напряжение на выходе интегратора примет исходное значение за не которое время t, пропорциональное изменениям dUC, т. е. величине UВХ.. В этом случае можно записать:

dUС=tUОП/RC (2) Из выражений (1) и (2) находим:

t = (UВХ./ UОП) Т (3) Таким образом, задача преобразования сводится к измерению фиксиро ванного времени Т и переменного времени t, зависящего от UВХ. Время Т можно измерить, если заполнить полностью счетчик с фиксированной емкостью 2N импульсами с тактовой частотой f. Тогда:

(4) Т= 2N/ f Следующим шагом (после заполнения счетчика) будет продолжение сче та тем же счетчиком в течение времени t. При этом счетчиком за время t будет подсчитано число импульсов:

n= f t, откуда находим:

t = n / f (5) Подставляя в (3) выражения (4) и (5) получим:

n= 2N (UВХ / UОП) (6) Следовательно, в счетчике запишется цифровой двоичный код, пропор циональный UВХ.

Алгоритм работы схемы, приведенный на рисунке 7.7, будет следую щим:

- схема управления СУ выдает команду на двухпозиционный ключ Кл и подключает UВХ к интегратору, одновременно сбрасывается счетчик СТ в "0" состояние и начинается процесс интегрирования поданного напряжения. Вы ходное напряжение интегратора изменяется и при достижении порога срабаты вания компаратора вызывает появление на его выходе изменение логического уровня;

- логический сигнал с выхода компаратора поступает на схему управле ния СУ, которая сигналом "Счет" открывает через элемент "И" счет импульсов в счетчике от тактового генератора;

- после заполнения счетчика и его самообнуления импульсом с номером счетчик с его старшего разряда поступает сигнал "Повтор" на СУ, по которому СУ переключает ключ Кл в положение UОП и процесс интегрирования повторя ется для UОП. Одновременно продолжается счет импульсов с генератора в счет чике;

- в некоторый момент времени t компаратор возвращается в исходное со стояние, счет в счетчике останавливается с числом подсчитанных импульсов n= 2N(UВХ./UОП), преобразование входного напряжения в цифровой код закан чивается;

- цифровой код со счетчика переписывается в регистр хранения по ко манде "Запись" с СУ. Следующий цикл преобразования происходит после пе реноса информации в регистр хранения с поступлением очередного импульса "Запуск".

К недостаткам АЦП (ДИ) можно отнести невысокое быстродействие. Од нако, у них практически отсутствует зависимость погрешности преобразования от изменения параметров элементов схемы. Эти преобразователи обладают вы сокой точностью преобразования. Дифференциальная нелинейность может быть в пределах 0,01 – 0,1 цены МЗР, интегральная нелинейность – (0,001-0,01) МЗР.

7.2.1.4 АЦП с поразрядным уравновешивание АЦП (ПУ) нашли самое широкое распространение. АЦП (ПУ) характерны такие свойства, как большое число уровней квантования (до 12 -14 двоичных разрядов), среднее быстродей ствие (10 5- 10 6 преобразований в с). Существенным недостатком АЦП (ПУ) яв ляются большие значения дифференциальной и интегральной нелинейностей (1/ 2 - 1 цены МЗР).

На рисунке 7.8 приведена структурная схема АЦП (ПУ), которая включа ет: регистр последовательных приближений (РПП), цифро - аналоговый преоб разователь (ЦАП), компаратор (К), генератор тактовых импульсов (ГИ), ре гистр хранения (RG), схему управления (СУ), источник опорного напряжения (ИОН). В момент поступления сигнала "Пуск" со схемы управления СУ на ре гистр последовательных приближений начинается цикл преобразований в АЦП в следующей последовательности:

- сигналом "Пуск" в старший разряд РПП заносится лог. "1", а в осталь ные разряды лог. "0";

Рисунок 7.8 – Структурная схема АЦП (ПУ) и временная диаграмма, по ясняющая принцип преобразования - на выходе ЦАП появляется напряжение, равное половине опорного на пряжения с ИОНа. Если UВХ > 1/2 UОП, то на выходе компаратора появляется лог. "1", поступающая на РПП и в старшем разряде РПП сохраняется "1", запи санная при пуске преобразователя. В противном случае компаратор выдает “0” и в старшем разряде РПП стирается "1" и записывается "0";

- с поступлением второго импульса с ГИ на РПП происходит запись "1" в следующий старший разряд и на выходе ЦАП формируется напряжение, соот ветствующее коду двух старших разрядов РПП, которое также может быть меньше или больше входного напряжения и во второй разряд РПП запишется "0" или "1" в зависимости от выходного состояния компаратора;

- далее происходит последовательное опробирование каждого следую щего разряда РПП и последовательное сравнение входного напряжения и на пряжения с ЦАП. После опроса младшего (последнего) разряда с РПП появля ется сигнал "Конец преобразования" (КП), а в РПП будет записан код, соответ ствующий входному напряжению с погрешностью, равной + - 1/2 цены млад шего значащего разряда;

- по сигналу "КП" схема управления вырабатывает сигнал "Запись" на регистр хранения и данные переносятся в RG. После этого цикл измерений по вторяется по сигналу "Пуск" со схемы управления.

Российская электронная промышленность выпускает сейчас несколько типов АЦП (ПУ), например: 1113 ПВ1, 1108 ПВ2. АЦП ПУ 1113 ПВ 1 имеют выходные шинные формирователи с тремя состояниями и могут подключаться непосредственно к микропроцессорной системе и управляться от нее.

7.2.2 Порядок выполнения практикума Для проведения практикума необходимо: осциллограф, генератор сигна лов, лабораторный стенд "Схемотехника АЦП и ЦАП", цифровой вольтметр.

Выполните работу в следующей последовательности:

1) измерьте временные и амплитудные параметры сигналов, формируемых генератором сигналов. Для этого включите сетевую вилку стенда в сеть, вклю чите тумблер "Питание" в положение "Вкл", при этом должен светиться инди катор "Питание";

2) подключите осциллограф к гнездам "Выход" генератора сигналов (ГС).

Последовательно в соответствии с таблицей 7.2 установите ручки управления ГС в необходимое положение, а кнопками задайте "Код канала". Для каждой позиции таблицы 7.2 измерьте перечисленные параметры сигналов и зарисуйте осциллограммы;

Таблица 7.2 – Алгоритм управления генератором сигналов № Код Генератор по Наблю- Генератор пря- Генера ка- пилообраз- Измеряемые зи даемый моугольных им- тор на- ных им- параметры ци сигнал пульсов шума ла пульсов и 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Амплитуда, частота, спад 1 Импульс 00 00 + + * * * * * фронт и срез импульса Амплитуда, частота, спад 2 Импульс 00 11 + + * * * * * фронт и срез импульса Постоян- Постоянный 3 ный уро- 11 01 * * + * * * * уровень на вень пряжения Пилооб- Амплитуда, разный частота, фронт 4 01 * * * * + + * импульс и срез Шумо- Max и min ам 5 вой сиг- 10 01 * * + * * * + плитуда нал Импульс Max, среднюю случай- и min ампли 6 ной ам- 10 00 + + * * * * + туда плитуды Обозначения в таблице:

* - положение ручки управления может быть произвольной;

+ - ручкой управления можно регулировать наблюдаемый параметр сигнала.

3) установите ручки управления ГС в соответствии с позицией 3 таблицы 7.2 и лабораторного стенда (ЛС) с позицией 1 таблицы 7.3;

ка уровня Регулиров Амплитуда Код канала Амплитуда Частота Амплитуда Частота Регулиров ка уровня Таблица 7.3 – Алгоритм управления лабораторным стендом Положение ручек управления ЛС ИОН, цена № по Частота преобра- "АЦП Преобразование младшего раз зиции зований, кГц ЦАП" ряда, мВ Ручное Автомат 5 10 15 АЦП ЦАП 5 1 + + + + 2 + + + + Обозначения в таблице:

+ - положение ручки управления.

4) соберите схему рабочего места в соответствии с рисунком 7.8;

Рисунок 7.9 – Схема эксперимента 5) включите стенды тумблерами "Сеть" и "Питание";

6) устанавливайте ручкой "Регулировка уровня" по цифровому вольтмет ру ряд напряжений 10, 20, 30, 40, 100мВ и 0,5;

1;

2;

3, 5, 7, 9 В. Для каждого зна чения напряжения несколько раз (не менее 5) нажимайте кнопку "Сброс", затем кнопку "Ручное" и записывайте цифровой код с индикаторов схемы индикации ЛС. Вычисляйте среднее значение кода и записывайте в столбцы "Входное напряжение" и "Среднее значение кода" таблицы измерений. Вычислите цену МЗР (младшего значащего разряда) АЦП, т.е. ширину канала из выражения:

МЗР = ( 3,00 – 0,01) / (YК - YН), где: YК, YН - цифровые коды, соответствующие максимальному и мини мальному уровням входного напряжения.

Постройте передаточную характеристику АЦП и определите интеграль ную нелинейность преобразований;

7) отключите цифровой вольтметр. Установите ручки управления ГС и ЛС в соответствии с позицией 1 таблицы 2 и с позицией 2 таблицы 3. Посмот рите осциллограммы осциллографом 1 и измерьте параметры входных прямо угольных импульсов в гнезде "UВХ АЦП " и сигналов в гнездах "f такт", "Сброс и начало преобразования", "Конец преобразования - записи". Осциллографом наблюдайте за процессом последовательных приближений уровней осцилло граммы "UВЫХ ЦАП" к уровню сигнала "UВХ АЦП", зарисуйте осциллограмму "UВЫХ ЦАП". Запишите показания цифрового кода и по его значению определите амплитуду входного сигнала;

8) установите ручки управления ГС в позицию 4 (таблицу 7.2), а ЛС в по зицию 2 (таблицу 7.3). Ручками "Амплитуда", "Частота грубо", "Частота плав но" генератора пилы установите по осциллографу 1 амплитуду импульсов 7,5 В с частотой 1 кГц;

9) запишите не менее 100 показаний цифрового кода с индикатора ЛС, переведите каждое показание в десятичный код и постройте гистограмму рас пределения уровней пилообразного напряжения в координатах, показанных на рисунке 7.10;

Рисунок 7.10 - Гистограмма распределения амплитуды пилообразного сигнала В каждый из интервалов, содержащих 50 последовательных цифровых кодов, необходимо вносить по оси ординат число отсчетов, попавших в этот интервал;

10) установите ручки управления ГС в соответствии со строкой 5 (табли цу 7.2), а ЛС - со строкой 2 (таблицу 7.3).

Ручкой "Амплитуда" генератора шума ГС установите по осциллографу максимальную амплитуду шумов в пределах 4 -5 В. Повторите регистрацию данных в соответствии с п.9 настоящей методики и постройте гистограмму распределения уровней шумового сигнала.

11) установите ручки управления ГС согласно строки 6 таблицы 7.2, а ЛС - строки 2 таблицы 7.3. Ручками "Амплитуда" генератора прямоугольных им пульсов и генератора шума ЛС отрегулируйте максимальную амплитуду пря моугольных импульсов с наложенными шумами в пределах 6 - 7 В. Повторите запись данных и постройте гистограмму распределения случайной амплитуды сигнала (амплитудного спектра) по методике п.9;

12) найдите математическое ожидание A (среднестатистическое значе ние), среднеквадратическое отклонение гистограммы распределения случай ной амплитуды импульсов из выражений:

A = Ai ni / ni, m = d = - A)2ni /, (Ai ni i= где: Ai - номер канала (Аi = 1, 2, 3,..,10,.., 20 рисунок 7.10);

ni - число отсчетов в i- канале.

При суммировании число каналов i необходимо выбирать в пределах гис тограммы амплитудного спектра.

7.2.3 Контрольные вопросы к практикуму 1 Какие виды АЦП используются в технических системах? Перечислите преимущества и недостатки каждого вида АЦП.

2 Объясните алгоритм работы АЦП двойного интегрирования.

3 Каким образом происходит преобразование амплитуды сигналов в циф ровой вид в АЦП параллельного действия?

4 Как работает АЦП последовательных приближений? Назовите предель ные параметры этого вида АЦП.

5 Дайте определение дифференциальной и интегральной нелинейностей.

Список использованных источников 1 Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая элек троника. /Полный курс/: Учебник для вузов /Под ред. Глудкина О.П. – М.:

Горячая линия – Телеком, 2002. – 768 с.

2 Степаненко И.П. Основы микроэлектроники, - М.: Лаборатория базовых знаний, 2002. – 3 Лачин В.И., Савелов И.С. Электроника: Учеб.пособие. –Ростов-на-Дону:

Изд-во Феникс, 2001. – 4 Нефедов В.И. Основы радиоэлектроники и связи: Учебник для вузов/ В.И.Нефедов – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2002. – 5 Шило В.Л. Линейные интегральные схемы. М.:- Советское радио. 1989. – 6 Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. т.1- т3. - М.: МИР, 1994. – 7 Букреев И.Н., Мансуров Г.М., Горячев В.И. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. М.: Сов.радио, 1975. – 8 Потемкин И.С. Функциональные узлы цифровой автоматики. - М.: Энер гоатомиздат, 1988. –

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.