11522

Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 Тема: цифроаналоговые и аналогоцифровые преобразователи Цель работы: Разобраться в работе цифроаналоговых и аналогоцифровых преобразователей. Научиться строить простые схемы п...

Русский

2013-04-08

180 KB

14 чел.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

Тема: цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи

Цель работы: Разобраться в работе цифро-аналоговых и аналого-цифровых   

                        преобразователей. Научиться строить простые схемы

                        преобразования аналогового сигнала в цифровой и обратно.

Теоретические сведения.

Обычно датчики температуры, давления и других физических величин создают напряжение в аналоговой форме, пропорциональное физической величине или отклонениям физической величины от некоторого установленного уровня.

Для работы ЭВМ, а также при некоторых видах передачи информации требуется преобразование величины из аналоговой формы в цифровую, записываемую числом в двоичной форме.

В свою очередь для работы многих исполнительных устройств, таких как регуляторы, стрелочные приборы, громкоговорители и другие, требуется обратное преобразование сигнала из цифровой формы в аналоговую.

 Цифро-аналоговый преобразователь. Существует много способов цифро-аналогового преобразования. На рис. 2.1 показана схема цифро-аналогового преобразователя, использующий лестничный делитель типа R-2R и операционный усилитель. Ключи DCBA подключают левые концы резисторов 2R к источнику эталонного напряжения, когда соответствующий разряд двоичного числа равен 1, или к земле, когда он равен 0. Положение ключей на схеме соответствует числу 1101.

Если ключ D замкнут на источник напряжения, а остальные замкнуты на землю, то напряжение, создаваемое на неинвертирующем входе, равно /3. Замыкание на источник ключа С создает вдвое меньшее напряжение, а замыкание ключей В и А - в 4 и 8 раз меньше.

Аналого-цифровые преобразователи. Существует также много способов аналого-цифрового преобразования. На рис. 2.2 показана схема аналого-цифрового преобразования (АЦП) параллельного кодирования, осуществляющего преобразование аналогового напряжения в n-разрядное двоичное число. С помощью цепочки из резисторов эталонное напряжение делится на градаций и подается на инвертирующие входы -1 операционных усилителей. На все неинвертирующие входы, соединенные вместе, подается преобразуемое аналоговое напряжение. Эталонное напряжение выбирается равным максимально возможному аналоговому напряжению.

Рис. 2.1                                                          Рис. 2.2

На инвертирующем входе верхнего усилителя напряжение равно . Например, при n=7, =128, число операционных усилителей равно 127 и на вход верхнего усилителя подается напряжение, равное (127/128) . Операционные усилители выполняют роль компараторов. Они сравнивают аналоговое напряжение с частью эталонного напряжения, подаваемого на инвертирующий вход усилителя. Если аналоговое напряжение превышает напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя, то на его выходе появляется положительное напряжение, соответствующее логическому 0. Например, при >(127/128)  на выходе всех операционных усилителей появляется логическая 1. На выходе шифратора в этом случае появляется семь единиц. Если меньше (127/128) , но больше (127/128), то выход верхнего компаратора соответствует логическому 0, а выходы всех остальных компараторов соответствуют логической 1. В этом случае все выходы шифратора, за исключением , равны 1, а =0.

Приоритетный шифратор является комбинационной схемой, вырабатывающей двоичное число на выходе по старшему входу, имеющему 1. В данном случае самым старшим является верхний вход шифратора, затем второй сверху и т.д.

Недостатком описанной схемы является ее сложность. При n=7 схема содержит 127 операционных усилителей. Однако большим преимуществом схемы является быстрота преобразования, так как аналоговый сигнал появляется одновременно на входах всех операционных усилителей. Время преобразования определяется переходными процессами в усилителях и шифраторе и может составлять 10-20 нс. Такая быстрота преобразования важна при передаче быстроизменяющихся сигналов, например при импульсно-кодовой модуляции, так как при этом число отсчетов сигнала может быть большим. Например, можно взять до отсчет/с, если время преобразования 10 нс.

Когда не требуется быстрое преобразование, например в цифровых вольтметрах, применяется аналого-цифровой преобразователь с двухтактным интегрированием, преобразующий напряжение в интервал времени (рис. 2.3).

Рис.2.3

Преобразование осуществляется следующим образом. Вначале ключ  разомкнут, а ключ  замкнут. Ключи управляются схемой управления. Затем в момент времени ключ подключает к схеме преобразуемое выражение, а ключ размыкает зажимы конденсатора С. С этого момента начинается процесс интегрирования входного напряжения, которое предполагается положительным постоянным напряжением. Пилообразное отрицательное напряжение на выходе первого операционного усилителя, являющегося интегратором, показано на рис. 2.4.

Рис. 2.4

В момент ключ подключают к интегратору эталонное напряжение . Так как последнее по абсолютной величине больше и имеет отрицательную полярность, то напряжение на выходе интегратора имеет положительный наклон в интервале времени =-с крутизной, большей, чем в интервале времени .

В момент , когда напряжение на выходе первого операционного усилителя достигает нуля, изменяется полярность выходного напряжения второго ОУ, являющегося компаратором. Это напряжение подается на схему управления, которая возвращает ключи и в первоначальное состояние ( разомкнут, замкнут).

В момент описанный выше процесс повторяется. Из описания работы схемы следует, что

;

.

Так как и  - величины постоянные, то интегрирование дает следующее равенство:

,

отсюда

.

Последнее равенство позволяет, зная ,  и , определять . Сделав  и  постоянными, можно судить о величине по значению .

Именно значение  пропорциональное , и показывает цифровой индикатор, подключенный через дешифратор к счетчику. С этой целью схема управления не только переключает ключи  и , но и управляет тактовым генератором и счетчиком таким образом, что последний за время  завершает полный цикл счета тактовых импульсов , например =100. Таким образом, счетчик из первоначального нулевого состояния в момент . На выходе счетчика в момент  имеется число , пропорциональное временному интервалу . Для уменьшения ошибки преобразования можно взять  равным не 100, а 1000.

Если в процессе интегрирования входное напряжение не постоянно, а немного изменяется, то в результате интегрирования его АЦП даст среднее значение входного напряжения. Это позволяет уменьшить влияние быстро изменяющихся переменных напряжений, попадающих на вход схемы вместе с постоянным преобразуемым напряжением. Переменные напряжения в виде наводок и пульсаций переменного тока можно полностью устранить, сделав временной интервал  кратным целому числу периодов мешающего напряжения, при условии, что пульсации в эталонном напряжении отсутствуют.

Ход работы

  1.  Изучить принцип преобразования аналогового сигнала в цифровой и обратно.
  2.  На примере DAC-CAD.ace, DAC-CAD1.ace. изучить работу МС АЦП И ЦАП: характеристики, особенности подключения.
  3.  В соответствии с вариантом произвести необходимые расчеты, собрать схему и провести преобразования сигнала с заданной погрешностью.

Результат работы: построить действующую схему АЦП и ЦАП с параметрами в соответствии с вариантом.

Таблица 1

Варианты лабораторных заданий

Max

Мах

1

2

3

Примечание: значения величин выдаются преподавателем на лабораторных работах.

Контрольные вопросы

  1.  Способы  цифро-аналогового преобразования: характеристика, схемы.
  2.  Способы аналого-цифрового преобразования: характеристика, схемы.
  3.  Микросхемы  ЦАП и АЦП.
  4.  Применение ЦАП и АЦП.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

6788. Шляхи економії матеріальних ресурсів проекту (підвищення якості об’єктів проектування, зменшення ваги, багаторазове використання деяких матеріалів тощо) 37.17 KB
  Шляхи економії матеріальних ресурсів проекту (підвищення якості об’єктів проектування, зменшення ваги, багаторазове використання деяких матеріалів тощо). 2.Поняття маркетингу як дослідження ринку певного регіону. 3.Дослідження потреб ринку. 1.Ш...
6789. Проектування професійного успіху 44.46 KB
  Проектування професійного успіху Основні функції професійної діяльності. Професійна діяльність та професійне самовизначення. Основні поняття: культура праці, професійне становлення особистості, професійна кар’єра. Основні функції профес...
6790. Суть та призначення портфоліо в професійній та в освітній діяльності людини 27.29 KB
  Суть та призначення портфоліо в професійній та в освітній діяльності людини. 2.Основні частини портфоліо в залежності від майбутньої професії. 1.Суть та призначення портфоліо в професійній та в освітній діяльності людини. Портфо...
6791. Компонування портфоліо. Фактори, що впливають на професійну кар’єру (особистісні, службові, виробничі, соціально-економічні тощо) 42.89 KB
  Компонування портфоліо. Фактори, що впливають на професійну кар’єру (особистісні, службові, виробничі, соціально-економічні тощо). 1.Компонування портфоліо. За характером і структурою репрезентованих у портфо...
6792. Изучение методов вывода иллюстраций, создания битовых образов, создания движущихся и изменяющихся рисунков 70 KB
  Цель работы: Изучение методов вывода иллюстраций, создания битовых образов, создания движущихся и изменяющихся рисунков. Приобретение навыков создания программ  мультипликации. Постановка задачи:Изобразить на экране прямоугольник, враща...
6793. ВЫПРЯМИТЕЛЬ СО СГЛАЖИВАЮЩИМИ ФИЛЬТРАМИ 160.5 KB
  ВЫПРЯМИТЕЛЬ СО СГЛАЖИВАЮЩИМИ ФИЛЬТРАМИ Цель работы - изучение принципа действия и экспериментальные исследования однофазного маломощного выпрямителя с простейшими сглаживающими фильтрами. 1.1 Основные положения Для питания постоянным током разл...
6794. УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ 139 KB
  УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ Цель работы - ознакомление с принципом работы и экспериментальное исследование характеристик однофазного управляемого выпрямителя на тиристорах при различных видах нагрузки. 2.1 Основные положения Для регулирования выпря...
6795. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ 126 KB
  ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ Цель работы - исследование рабочего участка вольт-амперной характеристики полупроводникового стабилитрона, изучение основных характеристик параметрического и компенсационного стабилизаторов напряжения и определен...
6796. Усилители постоянного тока 121.5 KB
  Усилители постоянного тока Цель работы - изучение принципа работы простейшей схемы дифференциального усилителя и экспериментальное определение его параметров ознакомление с работой операционного усилителя (ОУ) и экспериментальное определение е...