1. Цель работы.

Целью данной работы является исследование преобразователя аналоговой величины в дискретную, основанного на методе поразрядного уравновешивания. В процессе выполнения работы изучается метод поразрядного уравновешивания, исследуется работа схемы преобразователя и измеряются его параметры, строится график передаточной характеристики.

2. Описание лабораторного стенда.

Лабораторный стенд состоит из основного блока размерами 230×210×80 мм., в котором находится плата преобразователя. На передней панели размещены светодиодный индикатор, потенциометр установки входных напряжений, входной и выходной коаксиальные разъемы, переключатель режима работы, многоконтактный разъем, соответствующие контакты которого электрически связаны с характерными точками платы преобразователя. Ответная часть разъема посредством гибкого кабеля подключается к 38 контактному pin-полю размерами 150×350 мм., расположение контактов которого соответствует расположению контактов разъема основного блока.

Питание преобразователя осуществляется от сети переменного тока 220В через стабилизированный блок питания, выходные напряжения которого (+5В, ±15В) также выведены на контакты pin-поля.

3. Измерительная аппаратура.

1. Универсальный осциллограф С1-55.

2. Генератор сигналов Г3-112.

3. Вольтметр универсальный В7-26.

4. Принцип работы лабораторного стенда.

Структурная схема лабораторного стенда представлена на рис.1

Стенд состоит из следующих функциональных узлов:

- БП – блок питания ТЕС1300К, имеющий следующие технические характеристики выходных напряжений: ±5В, 2А; ±12В, 1А; ±15В, 1А; регулируемое от 0 до 30В и ток 1А; коэффициент стабилизации К_ст ≥500, уровень пульсаций выходного напряжения U_п ≤ 1мВ. Для обеспечения работоспособности блока АЦП используются напряжения ±15В и +5В.

- ИОН – регулируемый источник образцового напряжения (используется

регулируемое напряжение блока питания ТЕС1300);

- В - универсальный вольтметр

- Г - генератор сигналов Г3-112

- ОС - осциллограф С1-55;

Структурная схема платы АЦП состоит из следующих функциональных узлов:

ГСИ – генератор синхоимпульсов длительностью 3мкс и периодом следования 30 мкс выполнен на микросхеме интегрального таймера

КР1006ВИ1. По заднему фронту импульса происходит начало преобразования входного сигнала ( пуск АЦП ), по переднему фронту – остановка преобразования ( сброс АЦП ) и т. д.

АЦП – 10-разрядный аналогово- цифровой преобразователь 1113ПВ1, преобразующий входной аналоговый сигнал в выходной параллельный двоичный код. На рис. 2 приведена временная диаграмма работы микросхемы.

Рис. 2

Микросхема представляет собой функционально законченный 10-разрядный АЦП, сопрягаемый с микропроцессором. Обеспечивает преобразование как однополярного напряжения (вывод 15 соединяется с выводом 16) в диапазоне 0...9,95 В, так и биполярного напряжения в диапазоне -4,975...+4,975 В в параллельный доичный код. В состав ИС входят ЦАП, компаратор напряжения регистр последовательного приближения (РПП), источник опорного напряжения (ИОН), генератор тактовых импульсов (ГТИ), выходной буферный регистр с тремя состояниями, схемы управления. Выходные каскады с тремя состояниями позволяют считывать

результат преобразования непосредственно на шину данных микропроцессора. По уровням входных и выходных логических сигналов сопрягаются с ТТЛ схемами. В ИС выходной ток ЦАП сравнивается с током входного резистора от источника сигнала и формируется логический сигнал РПП. Стабилизация разрядных токов ЦАП осуществляется встроенным ИОН. Тактирование РПП обеспечивается импульсами встроенного ГТИ с частотой следования 300...400 кГц. Установка РПП в исходное состояние и запуск его в режим преобразования производится по внешнему сигналу "гашение и преобразование". По окончанию преобразования АЦП вырабатывает сигнал "готовность данных" и информация из РПП поступает на цифровые входы через каскады с тремя состояниями.

Функциональная схема представлена на рис. 3

Рис.3

В качестве вспомогательного выбран 12-разрядный быстродействующий (время установления 80 нс) прецизионный ЦАП 1108ПА1, преобразующий входной параллельный двоичный код в аналоговый сигнал. Суммарная погрешность этого ЦАП на порядок меньше погрешности исследуемого АЦП и при проведении экспериментов учитывать ее не будем.

У – усилитель выходного сигнала ЦАП, выполнен на операционном усилителе КР574УД1. Этот ОУ рекомендован производителем ЦАП и включен по типовой схеме, взятой из спецификации на ЦАП.

Ф – фазовращатель выполняет задержку входного синусоидального сигнала относительно выходного преобразованного, что позволяет подавать входной и выходной исследуемый сигнал на сумматор «С» в противофазе и наблюдать на экране осциллографа результирующую сигнала. Для точной подстройки времени задержки в зависимости от частоты входного сигнала служит потенциометр R4 (см. схему). Фазовращатель выполнен на операционном усилителе КР574УД1.

ПУ – преобразователь уровня выходного сигнала АЦП. Усиливает сигнал с выхода АЦП по напряжению и току до уровня, необходимого для работы светодиодного индикатора. Выполнен на микросхемах интегральных К561ПУ4.

ИНВ – инвертирует выходной сигнал АЦП для более точного отображения информации. Выполнен на микросхемах К561ЛН2.

УИ1, УИ2 – устройство индикации выполнено на 20 светодиодах АЛ307БМ.

Электрическая принципиальная схема преобразователя показана на рис.4

Лабораторный стенд позволяет исследовать следующие характеристики преобразователя поразрядного уравновешивания:

Статические параметры:

- погрешность смещения нуля;

- погрешность полной шкалы;

- интегральную нелинейность;

- дифференциальную нелинейность;

Динамические параметры:

- апертурное время ;

- время преобразования;

- входную полосу пропускания при большом и малом сигналах;

рис. 4