Цель работы: экспериментальное определение метрологических характеристик АЦП, сравнение экспериментальных характеристик АЦП с паспортными данными и методическими погрешностями АЦП с помощью NI ELVIS и LabVIEW.
Задание:
-
Ознакомится с имеющейся на рабочем месте аппаратурой.
-
Описать структуру схемы, реализованной в LabView для работы с 8 старшими разрядами (какие данные подаются на вход, снимаются с выхода; какой блок за что отвечает).
-
Получить данные с АЦП и ЦАП (массив из 100 значений) при подаче на вход случайного напряжения (при работе с 8 старшими разрядами) в диапазоне: 0 – 10В и (при работе с 8 младшими разрядами) в диапазоне: 0 – 2,5В.
-
По полученным данным с АЦП и ЦАП рассчитать характеристики погрешностей результатов: абсолютные погрешности, математическое ожидание, дисперсию, среднеквадратическое отклонение (ско).
-
Определить характеристики АЦП: интервал квантования, максимальную погрешность АЦП, максимальную приведенную погрешность, максимальное среднеквадратическое отклонение полной погрешности.
-
Оценить, как соотносятся паспортные данные и методическая погрешность АЦП и данные, полученные в результате эксперимента (п. 4 и п. 5).
-
Сопоставьте полученные результаты.
Теоретические сведения:
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП, англ. Analog-to-digital converter, ADC) – устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал). Обратное преобразование осуществляется при помощи ЦАП (цифро-аналогового преобразователя, DAC). Как правило, АЦП – устройство, преобразующее напряжение в двоичный цифровой код.
Операторная форма аналого-цифрового преобразования имеет вид:
|
|
|
|---|
(1)или
|
|
(2) |
где
,
,
,
,
- соответственно операторы дискретизации,
считывания, квантования и масштабирования.
Уравнение
(1) представляет аналого-цифровое
преобразование как последовательность
четырех элементарных измерительных
операций – дискретизации, квантования,
считывания (переноса) и масштабирования.
Кроме того, следует учитывать внесение
в память ЭВМ значения идеального
интервала квантования (
).
Априорные знания для сопоставления полной погрешности, включая инструментальную с погрешностью квантования (3):
|
|
(3) |
Процедура сопоставления полной погрешности, включая инструментальную, с погрешностью квантования можно представить в следующем образом (4):
|
|
(4) |
Данная процедура реализуется на настольной рабочей станции NI ELVIS.
NI ELVIS (Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite) - настольная рабочая станция и DAQ-устройство (модуль ввода-вывода) вместе образуют завершенную лабораторную установку. Рабочая станция содержит также плату защиты, предохраняющую модуль ввода-вывода от повреждений, которые могут случиться при ошибочных действиях с лабораторным оборудованием. В NI ELVIS используется программное обеспечение, разработанное в среде LabVIEW, и аппаратура сбора данных NI для создания виртуальной измерительной системы, обладающей функциональными возможностями комплекта привычных измерительных приборов.
Структурная схема измерительной цепи, реализующей процедуру (4) представлена на рис. 1.