Исследование аналого-цифровых преобразователей с последовательным преобразованием.
Схема исследования АЦП с последовательным преобразованием представлена на рис. 1.
Рис. 1. Схема исследования АЦП с последовательным преобразованием.
АЦП содержит 8-ми разрядный двоичный счетчик, выходы двоичных разрядов которого подключены к цифровым входам 8-ми разрядного ЦАП (DAC). К ЦАП подключены источники опорного напряжения + 10 В и – 10 В. К аналоговому выходу ЦАП подключен инверсный вход операционного усилителя (ОУ), работающего в режиме компаратора напряжения. На второй вход ОУ подается входной аналоговый сигнал АЦП. Компаратор изменяет свое выходное состояние при переходе входного напряжения через заданное пороговое напряжение. В компараторе ОУ работает в режиме ограничения, при котором его выходное напряжение достигает максимально возможного значения. Пороговое напряжение на прямом входе ОУ задается при помощи переменного резистора, величина сопротивления которого регулируется с помощью кнопок R и Shift – R. Это напряжение измеряется вольтметром.
Работает АЦП следующим образом. Перед началом преобразования счетчик сбрасывается в ноль. Аналоговый сигнал подается на аналоговый вход Uo и включается счетчик. Для этого тактовые импульсы подаются через ячейку "И" на вход счетчика, счетчик подсчитывает единицы, в результате код числа на выходах двоичных разрядов счетчика и на цифровых входах ЦАП увеличивается. На выходе ЦАП появляется возрастающее пилообразное напряжение, которое в какой то момент превышает напряжение Uo, поданное на аналоговый вход. В этот момент напряжение на выходе ОУ компаратора меняет знак, ячейка "И" закрывается, поступление импульсов на вход счетчика прекращается. Цифровой код на выходах счетчика сопоставляется уровню аналогового сигнала.
Последовательный АЦП является простым по аппаратным затратам, но обладает низким быстродействием. Так, максимальное время преобразования для 8-ми разрядного АЦП составляет 28 = 256 импульсов и резко возрастает по мере роста разрядности.
1. Запустите при помощи ярлыка на рабочем столе Windows программу Electronics Workbench. Выберете в меню Files команду Open. В появившемся диалоговом окне откройте папку 0646/ПТ_646_22, а в ней файл Z22_01.ewb, в котором представлена схема экспериментального исследования АЦП с последовательным преобразованием.
Напряжение на вход АЦП подается с переменного резистора, его сопротивление регулируется клавишами R –уменьшениеи Shift– R – увеличение величины сопротивления. Положение движка потенциометра в процентах показывается рядом с его изображением. Напряжение на входе АЦП показывает правый вольтметр. Второй вольтметр показывает напряжение на выходе ЦАП, которое определяет уровни квантования входного сигнала. Логические пробники вверху схемы подключены к выходам двоичных разрядов счетчика и показывают двоичный код, сопоставляемый уровню аналогового сигнала. Пуск процесса преобразования и сброс счетчика в ноль производится ключом, управляемым клавишей Space(пробел).
2. Запустите процесс моделирования при помощи выключателя в правом верхнем углу экрана.
а) Определение минимального шага изменения входного напряжения.
3.Установите ключ Space в замкнутое положение (сброс).
4. Установите переменный резистор в положение 100% (при помощи сочетания клавиш Shift – R). Коротким нажатием на клавишу R переведите резистор в положение 99% (на один шаг). Вернуться на один шаг, если это необходимо, можно при помощи клавиш Shift – R. Дальше необходимо сбросить счетчик в ноль клавишей Space.
5. Разомкните ключ Space и после окончания процесса преобразования прочитайте и запишите в первую строку Таблицы 1 Отчета показания обоих вольтметров и двоичный код, сопоставленный входному аналоговому сигналу.
6. Замкните ключ Space и сбросьте счетчик в ноль. Коротким нажатием на клавишу R переведите резистор в положение 98% (на один шаг).
7. Разомкните ключ Space и после окончания процесса преобразования прочитайте и запишите во вторую строку Таблицы 1Отчета показания обоих вольтметров и двоичный код, сопоставленный входному аналоговому сигналу. Замкните ключ Space и сбросьте счетчик в ноль.
8. Сравните двоичные коды, они в этих двух случаях должны отличаться на единицу младшего разряда. Найдите разность показаний левого вольтметра, подключенного к выходу ЦАП. Это будет напряжение, соответствующее шагу квантования в АЦП, или минимальный шаг изменения входного напряжения. Запишите результат в Отчет.
б) Построение начального участка характеристики вход – выход для АЦП.
9. Коротким нажатием на клавишу R переведите резистор в положение 97% (на один шаг).
Разомкните ключ Spaceи после окончания процесса преобразования прочитайте и запишите в третью строку Таблицы 1 Отчета показания обоих вольтметров и двоичный код, сопоставленный входному аналоговому сигналу. Замкните ключ Space и сбросьте счетчик в ноль. Продолжайте этот процесс до полного заполнения Таблицы 1. Сравнивайте двоичные коды в соседних строках таблицы, они должны отличатся на единицу младшего разряда, а уровни входного аналогового сигнала (показания правого вольтметра) должны лежать в промежутках между двумя соседними уровнями квантования (показания левого вольтметра). В результате в таблице будут занесены точки характеристики вход – выход АЦП.
Обратите внимание на рост времени преобразования по мере увеличения уровня аналогового сигнала на входе АЦП.
Таблица 1
Характеристика вход – выход АЦП.
| N п/п | Показания Вольтметра на выходе ЦАП | Показания Вольтметра на входе АЦП | Двоичный код | |||||||
| Х0 | Х1 | Х2 | Х3 | Х4 | Х5 | Х6 | Х7 | |||
Дата добавления: 2015-09-25; просмотров: 1250;