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

15 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

22422. Исследование функции с помощью производной 216 KB
  Исследование функции с помощью производной. Возрастание и убывание функции на промежутке. Точки экстремума функции. Нахождение наибольшего и наименьшего значения функции на отрезке.
22423. Неопределенный интеграл 126.5 KB
  Функция Fx называется первообразной функцией или просто первообразной для функции fx на интервале a b если функция Fx дифференцируема в любой точке x  a b и имеет производную F ' x равную fx т. Если F1x и F2x две первообразные функции fx на интервале a b то всюду на интервале a b F2x = F1x С где С некоторая постоянная. Пусть F1x и F2x две первообразные функции fx на a b. Если F1x первообразные функции fx на интервале a b то любая ее первообразная F2x имеет вид F2x =...
22424. Многочлены и рациональные дроби 259 KB
  Многочлены и рациональные дроби План Комплексные числа. Комплексносопряженные числа. Модуль и аргумент комплексного числа. Тригонометрические формы комплексного числа.
22425. Методы интегрирования 115.5 KB
  Он упрощается в следующих трех случаях: Функция Rx y нечетная относительно x Rx y = Rx y Rsin xcos x = Rsin xcos x sin x входит в нечетной степени в Rsin xcos x = R1sin2 xcos x sin x. Делаем подстановку t = cos x и получим . Функция Rx y нечетная относительно y Rx y = Rx y Rsin xcos x = Rsin xcos x cos x входит в нечетной степени в Rsin xcos x = R1sin xcos2 x cos x. Функция Rx y четная относительно x и y Rx y = Rx y Rsin xcos x = Rsin x cos x.
22426. Определители. Элементы векторной алгебры. Системы координат 700 KB
  Операция сложения векторов и ее свойства. Вычитание векторов. Пространство геометрических векторов. Базис векторного геометрического пространства Базис векторов прямой.
22427. Матрицы, системы линейных уравнений 659 KB
  Матрицы системы линейных уравнений План 1. Сложение матриц и умножение матрицы на число. Элементарные преобразования матрицы. Приведение матрицы к ступенчатому виду.
22428. Матрицы. Системы линейных уравнений. Прямые. Плоскости. Кривые и поверхности второго порядка 1.91 MB
  Прямые на плоскости Уравнение линии на плоскости. Каноническое уравнение эллипса. Каноническое уравнение гиперболы. Каноническое уравнение параболы.
22429. СТРУКТУРА АПК И ЕЕ ХАРАКТЕРИСТИКА 47.5 KB
  СТРУКТУРА АПК И ЕЕ ХАРАКТЕРИСТИКА Структура АПК и соотношение отраслей. Территориальная и продуктовая структура АПК и ее характеристика Производственная и социальная инфраструктура АПК Организационноэкономический механизм хозяйствования в АПК 1. Структура АПК и соотношение отраслей. АПК характеризуется особой сложностью.
22430. ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ ФОРМЫ КООПЕРАЦИИ ПО ПРОИЗВОДСТВУ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ 163 KB
  Межхозяйственные предприятия основы их создания и функционирования. Сельскохозяйственные предприятия выполняющие функцию МХП 4. К частным признакам относятся: глубина и устойчивость производственноэкономических связей между предприятиями организациями участвующими в кооперации; направление деятельности производство продукции переработка торговля производственное и бытовое обслуживание; специализация в рамках отдельной отрасли или территории; границы правовой и хозяйственной самостоятельности участников кооперации полное...