АЦП-ЦАП

Адрес

http://90.189.213.191:4422/temp/nkpsis/tema_wt_tc23/lek15/lek15.doc инд: 2-124-3-15 Примеры_ПЗ

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) — это устройства, предназначенные для преобразования аналоговых сигналов в цифровые. Для такого преобразования необходимо осуществить квантование аналогового сигнала, т. е. мгновенные значения аналогового сигнала ограничить определенными уровнями, называемыми уровнями квантования.

Характеристика идеального квантования имеет вид, приведенный на рис выше.

· Квантование представляет собой округление аналоговой величины до ближайшего уровня квантования, т. е. максимальная погрешность квантования равна ±0,5h (h — шаг квантования).

· К основным характеристикам АЦП относят число разрядов, время преобразования, нелинейность и др.

· Число разрядов — количество разрядов кода, связанного с аналоговой величиной, которое может вырабатывать АЦП. Часто говорят о разрешающей способности АЦП, которую определяют величиной, обратной максимальному числу кодовых комбинаций на выходе АЦП. Так, 10-разрядный АЦП имеет разрешающую способность (210 = 1024)−1, т. е. при шкале АЦП, соответствующей 10В, абсолютное значение шага квантования не превышает 10мВ.

· Время преобразования tпp — интервал времени от момента заданного изменения сигнала на входе АЦП до появления на его выходе соответствующего устойчивого кода.

АЦП с параллельным преобразованием входного аналогового сигнала

· По параллельному методу входное напряжение одновременно сравниваются с n опорными напряжениями и определяют, между какими двумя опорными напряжениями оно лежит. При этом результат получают быстро, но схема оказывается достаточно сложной.

АЦП с последовательным преобразованием входного сигнала

Это АЦП последовательного счета, который называют АЦП со следящей связью. Рисунок далее.

В АЦП рассматриваемого типа используется ЦАП и реверсивный счетчик, сигнал с которого обеспечивает изменение напряжения на выходе ЦАП.

Настройка схемы такова, что обеспечивается примерное равенство напряжений на входе Uвх и на выходе ЦАП −U. Если входное напряжение Uвх больше напряжения U на выходе ЦАП, то счетчик переводится в режим прямого счета и код на его выходе увеличивается, обеспечивая увеличение напряжения на выходе ЦАП. В момент равенства Uвх и U счет прекращается и с выхода реверсивного счетчика снимается код, соответствующий входному напряжению.

Метод последовательного преобразования реализуется и в АЦП время — импульсного преобразования (АЦП с генератором линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН)).

Принцип действия рассматриваемого АЦП основан на подсчете числа импульсов в отрезке времени, в течение которого линейно изменяющееся напряжение (ЛИН), увеличиваясь от нулевого значения, достигает уровня входного напряжения Uвх. Использованы следующие обозначения: СС — схема сравнения, ГИ — генератор импульсов, Кл — электронный ключ, Сч — счетчик импульсов.

Отмеченный во временной диаграмме момент времени t1 соответствует началу измерения входного напряжения, а момент времени t2 соответствует равенству входного напряжения и напряжения ГЛИН. Погрешность измерения определяется шагом квантования времени. Ключ Кл подключает к счетчику генератор импульсов от момента начала измерения до момента равенства Uвх и Uглин. Через UСч обозначено напряжение на входе счетчика.

Рассмотрим схему ЦАП

ЦАП представляют собой устройства для создания аналогового выходного значения напряжения (или тока), соответствующего числовому эквиваленту двоичного цифрового кода на его входе. Зависимость выходного параметра ЦАП, например, напряжения на его выходе, от кодового эквивалента входного сигнала называют характеристикой преобразования.

Пример работы ЦАП-АЦП модель на протеус-7 4511_v21.DSN

Схема выполняет следующие виды отображения

· Вручную от переключателей SW1(2) устанавливается уровень выходного напряжения, который отображается на вольтметре.

· Напряжение на светодиоде D1 меняет яркость свечения.

· «Вес» напряжения установки от старшего разряда 5вольт (Q3-u2B-A1). Для А2 - напряжение в два раза меньше 2.5 вольта и т.д.

· На gif-рисунке приведена установка напряжения 6.125 вольт ( A1 + A3)

· Для перевода в автоматический режим, необходимо все переключатели SW1(2) установить в положение OFF т.е. разорвать цепь с землей.

· Включить соответствующие выключатели от выхода счетчика U2A-B на вход DAC8080

· Выходные сигналы счетчика перебирают все коды от 0 до 1111-1111 и таким образом формируют на выходе операционого усилителя сигнал «ПИЛЫ»

· Осциллограф по входу А B- отображает 2а разряда цифрового сигнала , по входу C D - индикация аналогового сигнала, который получается из цифрового.

· Звуковой датчик LS1 формирует звук, только при значении генератора задающей частоты U2-clk звукового диапазона. При меньших частотах формируются щелчки.

Практическое задание ПЗ=13 тема в заголовке отчета «АЦП-ЦАП»

Используя пример схемы 4511_v21.DSN установить входной уровень сигнала на вольтметре в соответствии с заданными условиями:

Уровень напряжения определяется по формуле = (0.33 в * N ) Например N= 20 (0,33*30)= 6.6в

Отчет в формате WORD документа должен содержать титульный лист, скан схемы АЦП-ЦАП с включенным отображением индикации уровня, численное значение отображаемого напряжение по номеру варианта.
Название файла DSN должно содержать номер группы и номер отображения, например ts23_pz13-n1.dsn. Итого 2а файла.

Оценка на 3= повторение схемы примера для своего номера по списку и снятие скриншота своего напряжения :

Оценка на 4= дополнительно, изменить схему подключения установив элементы 8И-НЕ 2И-НЕ так что бы линейное напряжение не превышало заданный уровень напряжения по варианту. Например для варианта N=20 не более 6.6 вольт. Снять скриншоты осциллограмм и вольтметра.

Оценка на 5= дополнительно изменить схему так, что бы «пила» была на уменьшение напряжения. При достижении менее заданного уровня напряжения по варианту уровень переходит в максимальное значение. Снять скриншоты осциллограмм и вольтметра. В каталоге даны примеры схем для данных задач.

Электронные источники:

Подготовил Шабронов А.А. тс +7-913-905-8839 shabronov@ngs.ru

Ред.2018-11-29