- •1 Теоретические исследования
- •1.1 Ацп, построенные на основании метода последовательного счета
- •1.2 Ацп, построенные на основании метода поразрядного уравновешивания
- •1.3 Ацп, построенные на основании метода одновременного считывания
- •1.5 Ацп, построенные с использованием стохастических алгоритмов
- •1.6 Порядок выполнения работы
Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины
Донбасский Государственный Технический Университет
Кафедра АУТП
Лабораторная работа 3
Изучение аналого-цифровых преобразователей
по курсу: «Программирование систем реального времени»
Выполнил: ст. гр. АКТ-08-2
Ололоев Л.О.
Принял: доц.каф.
Денищик С.С.
Алчевск, 2012
ВВЕДЕНИЕ
Целью данной лабораторной работы является изучение принципов построения аналого-цифровых преобразователей (АЦП), схемотехнических решений и методов расчета.
1 Теоретические исследования
Преобразование аналоговой величины в цифровой код осуществляется путем выполнения сравнения измеряемой величины с набором дискретных эталонных величин. При этом происходит замена непрерывной величины на фиксированную образованную по определенному алгоритму.
Методы аналого-цифрового преобразования классифицируется по характеру такого преобразования во времени:
- метод последовательного счета (последовательные АЦП);
- метод поразрядного уравновешивания (АЦП поразрядного уравновешивания);
- метод одновременного считывания (параллельные АЦП, двухтактные АЦП);
- метод, основанный на стохастических алгоритмах (стохастические АЦП
- метод, основанный на интегрировании входного сигнала (интегрирующие АЦП).
1.1 Ацп, построенные на основании метода последовательного счета
Сущность метода последовательного счета заключается в последовательном во времени сравнении измеряемой величины ui с известной однородной мерой u0 (рисунок 1.1). Эту меру называют квантом. Для АЦП последовательного счета:
ui=m · u0,
где m-количество тактов в процессе сравнения
Рисунок 1.1 – Временная зависимость процесса сравнения АЦП последовательного счета
Для формирования ui, отличного от u0 необходимо несколько тактов. Как видно из рисунка 1.1 Точного совпадения ui=m · u0, не происходит, так как u0 имеет конечное значение. Разность между ui и mu0 обозначается ζ и называется погрешностью квантования.
Погрешность квантования представляет собой разность между ближайшей большей фиксированной величиной на которую происходит замена непрерывной измеряемой величины ui и этой измеряемой величиной. Погрешность квантования определяется соотношением:
0 ≤ ζ< u0.
Тогда
ui=m * u0 +ζ .
Таким образом, максимальная погрешность квантования:
Ζ ≤ U0
Время преобразования АЦП последовательного счета зависит от количества тактов и определяется выражением:
tпр = tт· m
где tт – длительность такта преобразования.
Длительность такта преобразования зависит, в свою очередь, от периода генератора, тактовых импульсов (ГТИ). Если суммарное время срабатывания элементов АЦП намного меньше периода ГТИ – к чему и стремятся при разработке преобразователей, то время преобразования определяется соотношением:
tпр =ТГТИ*m,
где ТГТИ - период генератора тактовых импульсов.
Максимальное время преобразования, которым и характеризуют АЦП и которое является одним из основных его параметров, зависит от количества разрядов преобразования. Максимальное количество тактов:
mмах= 2n,
где n – количество разрядов АЦП.
Максимальное время преобразования:
tпр мах = ТГТИ·2n,
Функциональная схема АЦП последовательного счета приведена на рисунке 1.2.
1-компаратор; 2-схема совпадения; 3-ГТИ; 4-двоичный счетчик; 5-ЦАП.
Рисунок 1.2 – Функциональная схема АЦП последовательного счета
Измеряемое напряжение ui подается на один из входов компаратора. На другой вход подается напряжение, формируемое ЦАП, которое с каждым тактом ГТИ увеличивается на u0 Пока m u0 не превышает Uвх сигнал на выходе компаратора равен логической 1 и импульсы ГТИ проходят через схему совпадения и поступают на счетчик. Счетчик эти импульсы считает и формирует на своем выходе двоичный код, величина которого с каждым тактом возрастает. Этот двоичный код подается на вход ЦАП, который, в свою очередь, формирует соответствующие ему, увеличивающееся напряжение, подаваемое на второй вход компаратора. Так происходит, пока это напряжение не превысит Uвх. В этом случае на выходе компаратора формируется логический 0, схема совпадения блокируется и импульсы на вход счетчика не поступают. Код, установившийся на выходе счетчика будет соответствовать измеряемому входному напряжению. Стробирующий импульс предназначен для запуска АЦП и разрешения его работы.
Достоинством АЦП последовательного счета является простота схемной реализации и малая статическая погрешность. Недостаток таких АЦП – низкое быстродействие.
Аналого-цифровые преобразователи последовательного счета находят применение в основном в цифровых вольтметрах постоянного тока и цифровых измерительных системах, предназначенных для работы с постоянным и медленно меняющимся напряжением.