Описание лабораторного стенда
Для исследования АЦП используется тот же стенд, что и в работе № 9. При этом также задействованы (см. рис. 9.7): источник опорного напряжения ИОН, генератор импульсов ГИ, цифроаналоговый преобразователь ЦАПН, служащий здесь источником аналогового сигнала. Кроме того, в схему входят (рис. 10.9) АЦП с операционным усилителем на выходе, компаратор в режиме нуль-органа, переключатели и клеммы.
Аналого-цифровой преобразователь DA3 выполнен на микросхеме КР572ПВ1. На инвертирующий вход операционного усилителя DA4 подается сумма токов:
а) с матрицы внутреннего ЦАП (очередной шаг приближения),
б) входа, на который подается измеряемое напряжение,
в) выхода ОУ через резистор обратной связи R.
Поскольку вход АЦП соединен со входом ОУ через резистор сопротивлением 2R, параллельно этому резистору подключен внешний резистор R18, сопротивление которого R18 ≈ 2R. Равенство номиналов резисторов на входе АЦП и резистора обратной связи обеспечивает коэффициент измерения входного напряжения, равный единице. В результате на выходе операционного усилителя DA4 формируется сигнал,
который отражает изменение состояния выходного сигнала ЦАПН в процессе преобразования. Собственно сравнение выполняется на компараторе DA5 К521СА3.
Р
ис.
10.9
Тактирующий сигнал поступает на вход ТИ АЦП. Перезапуск АЦП осуществляется объединением выхода Q (завершение преобразования) с входом Зап (пуск преобразования). Для переключения режимов в схему введен переключатель SA4 (положение «1» – циклический, «2» – однократный). Для однократного запуска предусмотрена кнопка SA3. После перехода в циклический режим также следует однократно нажать эту кнопку.
Выходные сигналы разрядов АЦП (0-11) поступают на контрольный разъем XS1.
2. Порядок выполнения работы
Контрольные вопросы по допуску к работе
Каковы рекомендации стандартов по параметрам устройств аналогового ввода?
Какие методы аналого-цифрового преобразования вам известны?
2.1. Задание на выполнение работы
Изучить структуру микросхемы КР572ПВ1, изучить принципиальную схему АЦП на основе этой микросхемы, коммутацию резисторов, соединенных с выводами 29, 31, 32, 34, 35, 37 (см. рис. 10.8). Используя лабораторный стенд, определить в соответствии с порядком выполнения работы характеристики АЦП.
2.2. Порядок действий
2.2.1. Изучить методический материал и принципиальную схему исследуемого устройства.
2.2.2. После собеседования с преподавателем подготовить схему исследования ЦАПН:
Перевести все переключатели блока SA2 в положение “ON”, переключатель SA1.4 разомкнуть, переключатель SA4 перевести в положение 1.
Включить лабораторный стенд и установить заданное преподавателем значение опорного напряжения, контролируя его вольтметром.
Подключить цифровой вольтметр к выходу ЦАП.
2.2.3. Способом, изложенным ниже, проконтролировать временную диаграмму состояния разрядов на выходе АЦП для напряжений, примерно равных 0 В, 0,4 Uоп , 0,8 Uоп и максимально возможному значению. Напряжения формировать с помощью ЦАП, подбирая коды разрядами переключателя SA2 и контролируя вольтметром. Двоичные коды на выходе АЦП наблюдать с помощью осциллографа на соответствующих контактах разъема XS1, синхронизируя осциллограф от самого старшего разряда. Каждый раз наблюдать также выходной сигнал компаратора и операционного усилителя DА4. Зарисовать эти диаграммы и объяснить их вид. Обратить внимание на неустойчивое состояние младших разрядов, оценить количество таких разрядов (кодовое мерцание в младших значащих разрядах).
В случае отсутствия импульсов запустить АЦП нажатием кнопки SA3.
2.2.4. Подготовить две таблицы для вычисления интегральной и дифференциальной нелинейности характеристики: первую – для значений кода 1,2,4,8,...,512, а вторую – для интервала от 128 до 135 через ЕМР. В таблице предусмотреть столбцы для: десятичной записи кода ЦАП, его двоичного эквивалента, значения напряжения на выходе ЦАПН (см. таблицу из работы № 9), двоичного кода на выходе АЦП, соответствующего значения напряжения и вычисления необходимых разностей (см. «Порядок обработки материалов»).
2.2.5. Провести измерения и заполнить обе таблицы. Двоичные коды на выходе АЦП измерять с помощью осциллографа на соответствующих контактах разъема XS1, переведя АЦП в режим однократного измерения (переключатель SA4 перевести в положение 2) и запуская его кнопкой SA3. Оценить точность измерений, учитывая результаты наблюдений по п.3; выделить в таблице достоверную часть результатов. Вычисление соответствующего напряжения проводить на ПК по формуле (10.1) с помощью табличного процессора Excel.
2.2.6. Определить вес разряда 512 – подобрать набор сигналов на входе ЦАПН в окрестности 512 так, чтобы на выходе АЦП присутствовала только одна единица в старшем разряде, измерить выходное напряжение ЦАПН. Составить аналогичным образом таблицу весов остальных разрядов АЦП. Перевести выходные коды АЦП, полученные в п.п. 4-5, в значения напряжений, составить соответствующие таблицы.