Часть 2

Рис. 6.5 Принципиальная схема установки для изучения ЦАП и АЦП

50

–Запишите значения Uвх max, соответствующее коду 111 (горят все три светодиода VD8¼VD10 на выходе АЦП).

–Вычислите величину напряжения, соответствующего младшему разря-

ду

Uмp = Uвх max

7

Определите Uрасч для каждого значения кодовой комбинации внесите в таблицу 6.1.

Рассчитайте для каждого из этих значений погрешности по формулам:

DU = Uрасч -Uвх

DU % = DU ×100%

Uрасч

и сведите в таблицу 6.1.

По данным таблицы 6.1 постройте характеристику преобразования АЦП

– зависимость выходного кода от входного напряжения Uвх.

Код

111

110

101

100

011

010

001

000 Uвх, (В)

Рис. 6.6. Характеристика преобразования АЦП

6.3.2.Исследование цифроаналогового преобразователя

– Поставьте переключатель "код-АЦП" в положение "код" (рис. 6.5). При этом к входу ЦАП подключаются переключатели набора кода SA1–SA3.

К выходу ЦАП подключите вольтметр для измерения постоянного напряжения c пределом измерений не менее 5 В.

Устанавливая переключатели кодаSA1–SA3 в соответствии с таблицей 6.2, фиксируйте значения напряжения на выходе ЦАП– Uвых. Результаты сведите в таблицу.

51

									Таблица 6.2
Код		Переключатели				Uвых	Uрасч	DU		DU %
	SA1		SA2		SA3
0	0		0		0		0
1	0		0		1		1 мр
2	0		1		0		2 мр
3	0		1		1		3 мр
4	1		0		0		4 мр
5	1		0		1		5 мр
6	1		1		0		6 мр
7	1		1		1		7 мр

Отметьте значение Uвых max, когда все три переключателя "код" находятся в положении "1".

Определите значение напряжения, соответствующего младшему разряду.

U мр = U вых max

7

Рассчитайте погрешность по формулам:

DU = Uрасч -Uвх

DU % = DU ×100%

Uрасч

Сведите данные расчетов в таблицу 6.2. Определите значение максимальной погрешности.

Постройте график зависимости Uвых от входного кода.

6.3.3.Исследование совместной работы АЦП и ЦАП

Переключатель "АЦП-код" поставьте в положение"АЦП". Подключите вольтметры к входу АЦП и выходу ЦАП (рис. 6.5).

Изменяя уровень входного напряженияUвх АЦП, фиксируйте моменты переключения светодиодов VD8, VD9, VD10 кодовых комбинаций и соответствующие им значения выходного напряжения ЦАП. Результаты сведите в таблицу 6.3.

52

			Таблица 6.3
Код	Uвх АЦП	Uвых ЦАП	DU
000
001
010
011
100
101
110
111

Рассчитайте погрешность по формуле

DU = Uвх -Uвых .

6.3.4. Исследование совместной работы АЦП и ЦАП при переменном входном напряжении

Выключить тумблер "Сеть" базового блока.

Квходу АЦП подключите ГС и осциллограф (луч 1).

Квыходу ЦАП подключите осциллограф (луч 2). Установите частоту ГС 1000 Гц, амплитуду 3 В. Включите тумблер "Сеть" базового блока.

Зарисуйте осциллограмму входного и выходного напряжений.

Проследите изменение Uвых при изменении частоты и амплитуды входного сигнала.

Выключить тумблер "Сеть" базового блока.

6.4. Выполнение лабораторной работы с использованием программы моделирования электронных схем “Electronics Workbench”

6.4.1. Ознакомьтесь с условным обозначением и назначением выводов АЦП (ADC), приведенными на рис. 6.7.

53

VIN	–	аналоговый вход;
VREF+ –		положительный полюс источника опор-
ного напряжения;
VREF- –		отрицательный полюс источника опор-
ного напряжения;
SOC	–	сигнал запуска(тактовый импульс);
OE	–	сигнал разрешения преобразования;
D0-D7	–	цифровые выходы;
EOC	–	сигнал конца преобразования.

Рис. 6.7. Условное обозначение и назначение выводов АЦП (ADC)

6.4.2.Для изучения АЦП соберите схему, приведенную на рис. 6.8.

Рис. 6.8. Принципиальная схема для изучения АЦП

Примечание. Обратите внимание, что для работы восьмиразрядного АЦП в режиме четырехразрядного используются только четыре старшие бита выходного кода D7–D4, ообразующие соответственно выходы Y3 – Y0.

Переменный резистор R (приращение 1 %) служит для изменения входного напряжения, генератор прямоугольных импульсов RU вырабатывает импульсы запуска АЦП (тактовые импульсы), источник +5В задает на входе ОЕ постоянное напряжение единичного уровня для разрешения преобразования. Вольтметр V1 измеряет входное напряжение АЦП, индикаторы Y0-Y3 показывают логические уровни в соответствующих разрядах на выходе АЦП.

6.4.3. Для исследования АЦП установите входное напряжениеUвх=0 (R=0). Плавно увеличивая сопротивление резистораR, зафиксируйте значение Uвх в момент загорания индикатораY0, соответствующее кодовой комбинации 0001. Результаты измерения Uвх занесите в таблицу 6.1.

54

				Таблица 6.4
Код на выходе	Uвх	Uрасч	DU	DU %
0001		0.5h
0010		1.5h
- - -	- - -	- - -	- - -	- - -
1111		14.5h

6.4.4.Действуя аналогично, занесите в таблицу значения входных напряжений для остальных кодовых комбинаций вплоть до 1111.

6.4.5.Вычислите величину входного напряженияh, соответствующую единице младшего разряда по формуле

h = Uвх max ,

15

где Uвх max - входное напряжение, соответствующее кодовой комбинации 1111. Определите Uрасч для каждой кодовой комбинации и занесите в таблицу.

Рассчитайте для каждого значения Uрасч абсолютную и относительную погрешности по формулам

DU = Uрасч - Uвх ; DU % = ½DU½/ Uрасч * 100 % .

Результаты занесите в таблицу. По данным таблицы постройте в виде графика характеристику преобразования АЦП - зависимость выходного кода от Uвх (см.

рис. 6.6).

6.4.6. Ознакомьтесь с условными обозначением и назначением выводов ЦАП (DAC), приведенными на рис. 6.9.

+ положительный полюс источника опорного напряжения; - отрицательный полюс источника опорного напряжения;

0-7 цифровые входы; >- аналоговый выход.

Рис. 6.9. Условное обозначение и назначение выводов ЦАП (DAC)

6.4.7.Соберите схему для изучения ЦАП, приведенную на рис. 6.10.

55

Рис. 6.10. Принципиальная схема для изучения ЦАП

Переключатели (0) -(3) используются для задания кодовых комбинаций на входе ЦАП (верхнее положение - 1, нижнее - 0), генератор Е1 служит для создания опорного напряжения, вольтметр V1 показывает величину выходного напряжения.

6.4.8.Для исследования ЦАП установите переключатели в положение, соответствующее кодовой комбинации 0000 и запишите в таблицу 6.5 соответствующее значение выходного напряжения Uвых .

6.4.9.Действуя аналогично, занесите в таблицу значения выходных напряжений, соответствующие остальным кодовым комбинациям на входах ЦАП вплоть до 1111.

				Таблица 6.5
Код на входе	Uвых	Uрасч	DU	DU %
0000		0
0001		1h
- - -	- - -	- - -	- - -	- - -
1111		15h

Определите величину выходного напряжения, соответствующую единице младшего разряда по формуле

h = Uвых max ,

15

56

где Uвых max - выходное напряжение, соответствующее кодовой комбинации

1111.

Определите Uрасч для каждой кодовой комбинации и занесите в таблицу. Рассчитайте для каждого значения Uрасч абсолютную и относительную погрешности по формулам

DU = Uрасч - Uвых ; DU % = ½DU½/ Uрасч * 100 % .

Результаты занесите в таблицу. По данным таблицы постройте в виде графика характеристику преобразования ЦАПзависимость выходного напряжения Uвых от входного кода.

6.4.10. Для изучения совместной работы АЦП и ЦАП соберите схему, изображенную на рис. 6.11.

Рис. 6.11. Принципиальная схема для изучения совместной работы АЦП и ЦАП

Изменяя уровень входного напряжения АЦП от0 до 1 В при помощи переменного резистора (см. п. 6.3.3), фиксируйте моменты переключения светодиодов кодовых комбинаций и соответствующие им значения входного напряжения АЦП и выходного напряжения ЦАП. Результаты сведите в таблицу 6.6.

					Таблица 6.6
Код		Uвх АЦП		Uвых ЦАП	DU
0000
0001
- - -		- - -		- - -	- - -
1111
Рассчитайте	погрешность DU по			формуле DU = Uвх -Uвых . Сделайте

выводы.

57

6.4.11. Для изучения совместной работы АЦП и ЦАП при входном -си нусоидальном сигнале соберите схему, приведенную на рис. 6.12.

Рис. 6.12. Принципиальная схема для изучения совместной работы АЦП и ЦАП при входном синусоидальном сигнале

Установите форму выходного напряжения функционального генератора - синусоида, амплитуду - 1В, скважность 50 %. Включение двух источников опорного напряжения Е1 и Е2, присоединенных к схеме подобным образом, дает возможность произвести сдвиг уровня входного двухполярного напряжения

и выполнить аналого-цифровое преобразование полученного однополярного сигнала.

6.4.12. Активизируйте схему. Зарисуйте осциллограммы напряжений входного и выходного сигналов для следующих значений тактовой частоты (генератор ru): 5 кГц, 20 кГц, 50 кГц. Сделайте выводы.

6.5.Содержание отчета

–Цель работы.

–Схема установки.

–Результаты исследований.

–Выводы.

6.6.Контрольные вопросы

– Назначение АЦП и его место в схеме системы передачи цифровой информации.

58

–Назначение ЦАП и место его в схеме цифровой передачи непрерывного сообщения.

–Методы схемной реализации АЦП. Структурная схема параллельного

АЦП.

–Изобразите характеристику преобразования АЦП.

–Как оцените погрешность АЦП?

–Методы схемной реализации ЦАП. Структурная схема ЦАП с суммированием весовых токов.

–Структурная схема ЦАП с матрицей R-2R.

–Как оцените погрешность ЦАП.

59