Лаб работа Автоматика2

Таблица 3.1 -Датчик угла

Угол, 30 90 150 210 270 290

град

Uвых, В

Таблица 3.2 - АЦП

3.3Порядок работы

1)Перед началом работы необходимо тщательно ознакомиться со схемой предстоящей работы.

2)Продумать, каким образом производить коммутацию между узлами схемы. После этого вычертить монтажную схему с указанием мест подключения перемычек, согласно которой будет производиться коммутация элементов.

3)Сборку схемы производить при отключенной питающей цепи. После чего обратиться к преподавателю за разрешением на проведение лабораторной работы.

3.4 Требования к отчету

Отчет по данной работе должен содержать:

1)цель работы;

2)структурную схему АЦП последовательного приближения;

3)схему цифровой системы, реализующей преобразование аналогового напряжения в цифровое значение;

4)заполненные таблицы.

3.5Контрольные вопросы

1)Назовите типы существующих аналого-цифровых преобразователей.

2)Какой из перечисленных типов АЦП является более быстродействующим?

3)Какие операции выполняет РПП и от чего зависит их характер?

4)Какие функции выполняет компаратор?

5)В чем преимущество АЦП последовательного приближения?

6)Приведите структурную схему цифровых измерительных устройств, работающих с аналоговыми датчиками.

4 Лабораторная работа №12 Применение интегральных схем

Цель работы: Изучить принцип действия и исследовать работу интегральных инвертирующих усилителей и компараторов сигналов.

21

усиления ОУ очень просто задать, выбрав соответствующее отношение сопротивлений входного резистора к резистору обратной связи.

Компаратором называется схема для сравнения двух напряжений (рисунок 4.2).

Основой компараторов является операционный усилитель.

Рисунок 4.2 - Структурная схема компаратора напряжений и временная диаграмма его работы

На неинвертирующий вход подается неизменное по величине напряжение, называемое опорным Uоп . На инвертирующий вход подается изменяющееся во времени напряжение Uвх .

В схеме компаратора используется свойство ОУ изменять полярность выходного напряжения в зависимости от знака разности напряжений на входах. Поясним это на примере временной диаграммы (рисунок 4.2). В интервале времени 0 t1 , Uоп Uвх это значит, что потенциал неинвертирующего входа выше, чем инвертирующего. Следовательно, Uвых совпадает по фазе с Uоп (Uвых 0) и устанавливается на уровне напряжения питания ОУ. В момент времени t t1 , когда Uвх Uоп потенциал инвертирующего входа выше неинвертирующего Uвых 0, т.е. отстает по фазе от Uвх на 1800 и устанавливается на уровне -UП . Изменение полярности выходного напряжения происходит в момент времени t1 , когда Uвх UОП . Поскольку коэффициент усиления ОУ достаточно высок в момент сравнения Uвх и Uоп из–за шумов возможно многократное переключение выходного напряжения ОУ. Чтобы исключить такой режим в характеристике компаратора искусственно создают гистерезис (рисунок 4.3).

Ширина петли гистерезиса Cp должна превышать уровень шума и определяется из выражения вида:

23

2)На основе А1 постройте компаратор напряжений. Поясните назначение всех элементов схемы, исследуйте его работу (рисунок 4.5).

3)Разработайте схему выключения света при возрастании освещенности. Испытайте ее (рисунок 4.6).

Рисунок 4.6 – Схема выключения света при возрастании освещенности

4.3 Порядок работы

1)Перед началом работы необходимо продумать, каким образом производить коммутацию между узлами схемы, разобраться в их назначении. После этого вычертить монтажную схему с указанием мест подключения перемычек, согласно которой будет производиться коммутация элементов.

2)Сборку схем производить при отключенной питающей цепи. После чего обратиться к преподавателю за разрешением на проведение лабораторной работы.

3)Для исследования работы ОУ и компаратора напряжений используйте измерительные приборы, имеющиеся на стенде.

4.4 Требования к отчету

Отчет по данной работе должен содержать:

1)цель работы;

2)схему ОУ и результаты ее исследования;

3)схему компаратора напряжений и результаты ее исследования;

4)схему выключения света при возрастании освещенности с использованием компаратора напряжений СА2.

4.5 Контрольные вопросы

1)Сколько входов и выходов у операционного усилителя?

2)Как определяется коэффициент усиления по напряжению?

25

3)Найдите коэффициент усиления по напряжению ОУ в схеме на рисункн 4.1.б, если Rвх = 1 кОм и Rос = 20 кОм

4)Чему будет равно выходное напряжение того же ОУ, если входное напряжение равно 0,2В?

5)Из чего можно собрать компаратор напряжений?

6)Для чего в схеме компаратора напряжений используется стабилитрон?

7)Какие сигналы сравнивает компаратор в схеме АЦП?

5 Лабораторная работа №13 Аналоговое измерение температуры и преобразование результатов измерения в цифровой сигнал

Цель работы: Изучить метод измерения аналоговых сигналов при помощи операционных усилителей. Ознакомиться с методами преобразования аналогового сигнала в цифровой сигнал.

5.1 Общие сведения

Основной функцией датчика является преобразование входной величины любой физической природы в величину на выходе, более удобную для контроля, регулирования или управления.

Непосредственно использовать выходной сигнал датчика для воздействия на последующие элементы автоматической системы не всегда возможно.

Преобразование выходной величины датчика в удобный для последующего использования и измерения вид осуществляется в измерительных схемах. Входной величиной измерительной схемы являются переменное сопротивление или напряжение. Из большого разнообразия измерительных схем наиболее широко используются мостовые, дифференциальные и компенсационные.

Мостовые схемы применяют преимущественно совместно с датчиками, работа которых основана на изменении сопротивления. Дифференциальные схемы применяют при необходимости сравнения двух величин. Компенсационные схемы используются при измерении малых ЭДС.

С развитием интегральной схемотехники все большее распространение получают измерительные схемы на основе операционного усилителя ОУ.

Этому соответствуют такие его качественные характеристики как возможность обеспечения постоянного коэффициента усиления, малые смещения и дрейфы входных и выходных сигналов, малые выходные сопротивления и большое входное сопротивление.

Большинство технологических величин являются по своим свойствам аналоговыми величинами. Они определяются и представляются в форме, пригодной для соответствующей обработки сигнала с помощью аналоговых измерительных устройств. Для сопряжения аналоговых величин с цифровыми устройствами осуществляют дискретизацию и кодирование непрерывных сигналов. Под дискретизацией понимается преобразование непрерывных

26

сигналов в дискретные. При этом используется дискретизация по времени и по уровню.

Дискретизация по времени выполняется путем взятия отсчетов функций U(t) в определенные дискретные моменты времени tк (рисунок 5.1). В

результате непрерывная функция U(t) заменяется совокупностью мгновенных значений Uк = U(tк ) .Обычно моменты отсчетов выбираются на оси времени

равномерно т.е.tк =k t .

Дискретизация значений функции (уровня) носит название квантования. Операция квантования сводится к тому, что вместо данного мгновенного значения сообщений U(t) передаются ближайшие значения по установленной шкале дискретных уровней. Дискретные значения по шкале уровней выбирается равномерно т.е. Uк K U .

При квантовании вносится погрешность ε, т.к. истинные значения функцииu U заменяются округленными значениями Uк .

Погрешность U Uк является случайной величиной и проявляется на выходе как дополнительный шум, наложенный на передаваемый сигнал.

Дискретизация одновременно по уровню и по времени позволяет непрерывное сообщение преобразовать в дискретное, которое затем может

Рисунок 5.1 – Дискретизация по времени и квантование функции

быть закодировано и передано методами дискретной техники.

5.3 Задание на выполнение работы

1)Разработайте и соберите схему для аналогового измерения температуры на основе терморезистора и инвертирующего операционного усилителя (рисунок 5.2)

2)Определите температуру с помощью аналогового датчика температуры. Произведите преобразование выходного сигнала датчика в цифровой сигнал, соединив выход схемы (рисунок 5.2) с входом АЦП (рисунок

5.3.)

27

3) Представьте в виде таблицы взаимосвязь показаний элемента индикации, кодированного двойным ходом выходного сигнала АЦП и значение температуры t, С .

Рисунок 5.2 - Схема аналогового измерения температуры

5.4 Порядок работы

1)Перед началом работы необходимо ознакомиться со схемой предстоящей работы.

2)Вычертить монтажную схему с указанием мест подключения перемычек.

3)Сборку схемы производить при отключенной питающей цепи. После чего обратиться к преподавателю за разрешением на проведение лабораторной работы.

5.5 Требования к отчету

Отчет по данной работе должен содержать:

1)цель работы;

2)схему аналогового измерения температуры на основе терморезистора и инвертирующего операционного усилителя;

3)таблицу показаний элемента индикации, выходного сигнала АЦП и значения температуры t, C.

5.6 Контрольные вопросы

1)Что обычно является входной величиной в измерительных схемах?

2)В каких случаях применяются мостовые, дифференциальные и компенсационные измерительные схемы?

3)Почему широкое распространение получили измерительные схемы на основе операционного усилителя?

4)Для чего осуществляют дискретизацию и кодирование непрерывных сигналов?

28

5)Что такое дискретизация по времени?

6)Что понимается под квантованием функции?

Литература

Р.Токхейм Основы цифровой электроники. - М.: «Мир», 1988. - 391 с.

29

Автоматика, автоматизация производственных процессов и АСУТП

Методические указания

к выполнению лабораторного практикума для студентов технологических и механических специальностей. Часть 2

Подписано в печать ________ Формат 60×84 1/16 Печать офсетная. Усл. печ. л. _____ Уч.-изд. л____

Тираж ______ экз. Заказ _________ Бесплатно ЛП №226 от 12.02.98г.

ЛИ №604 от 03.06.2003 г.

Отпечатано на ризографе УО МГУП 212027 Могилев, пр. Шмидта, 3

30