3 Лабораторная работа № 11. Аналого-цифровое преобразование (ацп)
Цель работы: Изучить принцип действия и назначение АЦП последовательного приближения. Исследовать работу АЦП К1113ПВ1.
3.1 Общие сведения
Схема АЦП зависит от метода преобразования и от способа его реализации. Можно выделить следующие методы построения АЦП:
- временного преобразования;
- последовательного счета;
- последовательного приближения;
- параллельного преобразования.
В схеме временного
преобразования значению аналогового
входного напряжения U
ставится в соответствие временной
интервал, длительность которого
пропорциональна U
.
Этот интервал заполняется импульсами
стабильной частоты, количество которых
и является цифровым эквивалентом
преобразуемого напряжения.
В АЦП последовательного счета к выходу счетчика подключается ЦАП, преобразующий код в аналоговый сигнал. Этот сигнал сравнивается с входным напряжением на компараторе, выходной сигнал которого, через элемент «И», разрешает или запрещает прохождение на вход счетчика импульсов от генератора тактовых импульсов. Выходной код счетчика при этом является цифровым эквивалентом напряжения на входе ЦАП, т.е. U .
Более быстродействующими являются АЦП последовательного приближения. Структурная схема АЦП последовательного приближения приведена на рисунке 3.1. В состав этого преобразователя входят компаратор напряжений, ЦАП и регистр последовательного приближения.
После поступления импульса «Пуск» на регистр последовательного приближения РПП на выходе его старшего n-го разряда появляется напряжение логической «1», а на остальных выходах – «0».
На выходе ЦАП
формируется напряжение U
,
которое сравнивается с входным напряжением
U
.
Если U
<
U
,
то под действием импульса ГТИ появляется
единица на выходе (n-1)
разряда и сохраняется единица в старшем
разряде. Если U
>
U
,
то при появлении единицы в (n-1)
разряде РПП содержание предыдущего
старшего разряда обнуляется. Так
перебираются все разряды до самого
младшего. После выполнения последнего
n-го
сравнения цикл формирования выходного
кода заканчивается. Состояние РПП
соответствует цифровому эквиваленту
входного напряжения. В рассматриваемом
АЦП время преобразования t
постоянно и определяется числом разрядов
n
и тактовой частотой f
ГТИ.
На рисунке 3.2 приведена блок-схема алгоритма работы АЦП последовательного приближения.
Рисунок 3.1 - Структурная схема АЦП последовательного приближения
Предположим, что на аналоговый вход подано напряжение 7В. РПП засылает «1» в самый старший разряд двоичного числа (в нашем случае – разряд восьмерок). Результат операции – 1000. Компаратор сравнивает двоичное число 1000 и цифровой эквивалент входного напряжения. В нашем случае «больше». Тогда РПП обнуляет разряд восьмерок и устанавливает «1» в разряд четверок. Результат операции (0100) через ЦАП пересылается на вход компаратора.
Компаратор далее отвечает на вопрос, сформулированный в блоке 4: «двоичное число 0100 больше или меньше цифрового эквивалента входного напряжения?» Ответ: «меньше». Регистр последовательного приближения засылает «1» в разряд двоек. Результат (0110) поступает назад к компаратору. Компаратор сравнивает двоичное число 0110 и цифровой эквивалент входного напряжения. Двоичное число 0110 меньше цифрового эквивалента входного напряжения (7В). РПП засылает «1» в самый младший разряд, т.е. в разряд единиц. Окончательный результат: двоичное число 0111. Это и есть цифровой эквивалент входного напряжения 7В.
Рисунок 3.2 - Блок-схема алгоритма работы АЦП последовательного приближения
Исследуемый в лабораторной работе АЦП К1113ПВ1 предназначен для применения в электронной аппаратуре в составе блоков аналогового ввода. Микросхема выполняет функцию 10-разрядного АЦП однополярного или биполярного входного сигнала с представлением результатов преобразования в параллельном двоичном коде.
Рисунок 3.3 - Схема установки