Принцип действия и схема исследуемой цепи
В аналого-цифровом преобразователе (АЦП) развертывающего преобразования компаратор сравнивает измеряемое напряжение с напряжением цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Вход ЦАП подключен к счетчику. Каждый тактовый импульс увеличивает содержимое счетчика на 1 и пропорционально возрастает напряжение на выходе ЦАП. В некоторый момент напряжение ЦАП превысит измеряемое и произойдет переключение компаратора. Сигнал компаратора зафиксирует текущее содержимое счетчика в регистре хранения и это значение отобразиться на индикаторе. В дальнейшем продолжиться увеличение содержимого счетчика, и после переполнения счетчик вернется в исходное состояние. Далее цикл измерения повториться. Недостаток развертывающего преобразования – длительное время измерения. В случае ЦАП c n двоичными разрядами на его выходе необходимо установить значений напряжения, что требует тактовых импульсов.
Испытываемый АЦП развертывающего преобразования упрощен: выполняется только одно преобразование, а для выполнения следующего необходим ручной сброс. В испытываемой схеме переключение выходного сигнала компаратора (0→1) блокирует тактовые импульсы, счет останавливается, напряжение на выходе ЦАП не меняется. Индикатор отображает содержимое счетчика в момент остановки, т. е. число соответствующее измеряемому напряжению. Цикл измерения повторится после сброса счетчика вручную. Принципиальная схема АЦП развертывающего преобразования приведена на рисунке.
|
|
Схемы электрические соединений
Схема электропитания блока испытания цифровых устройств
Схема испытания аналого-цифрового преобразователя развертывающего преобразования на наборном поле блока испытания цифровых устройств А1.
Измеряемое напряжение в диапазоне от 0 до +5 В задается переменным резистором, подключенным к шинам питания (миниблок 5, рис. 1, набор 600.11.1).
Измеряемое напряжение сравнивается компаратором (3, рис. 1, набор 600.11.1) с напряжением ЦАП (1, рис. 1, набор 600.11.1). Состояние выхода компаратора отображается индикатором логических уровней. Сигнал с выхода компаратора через инвертирующий триггер Шмидта (миниблок из набора 600.11) поступает на вход элемента 2И-НЕ (миниблок из набора 600.11).
В качестве опорного напряжения ЦАП используется напряжение питания .
Напряжение ЦАП нарастает вместе с увеличением содержимого двоичного счетчика (4, рис. 1, набор 600.11.1) от 0 В (счетчик ) до максимальной величины В (счетчик ). Шаг увеличения напряжения ЦАП равен В. Эти величины определяют, соответственно, диапазон измерения и разрешающую способность испытываемого АЦП. При ином опорном напряжении ЦАП, соответственно изменяться шаг изменения и максимальное напряжение ЦАП, т. е. изменяется разрешающая способность и диапазон измерения АЦП.
|
|
Состояние счетчика отображают светодиоды миниблока индикаторов (набор 600.11). Индикатор 0 – младший разряд двоичного числа, 3 – старший.
Тактовые импульсы могут задаваться вручную от кнопки источника логических сигналов (пунктирная стрелка вверх от входа элемента И-НЕ) или от генератора (стрелка вниз к гнезду 1 Гц).
Сброс счетчика импульсов производиться кратковременным переводом тумблера «0» в положение 1.
Не используемые входы элементов подключены к шинам питания «0 В» или через резистор к «+5 В» (вспомогательный миниблок для подключения входов микросхем к шинам питания из набора 600.11).
Работа схемы.
1. На инвертирующем входе компаратора переменным резистором установлено некоторое измеряемое напряжение, отличное от 0 и меньшее максимального напряжения ЦАП. Рекомендуемый диапазон измеряемого напряжения 0,5…4,5 В.
2. По сигналу сброса (тумблер «0» кратковременно переводится в положение 1) счетчик устанавливается в состояние . Светодиоды миниблока индикаторов не светятся, выходное напряжение ЦАП равно 0.
|
|
3. Выход ЦАП задает на неинвертирующем входе компаратора напряжение равное 0. Напряжение неинвертирующего выхода компаратора ниже измеряемого напряжения на инвертирующем входе. На выходе компаратора – напряжение низкого уровня (логический 0). Это значение отображает индикатор логических уровней.
4. Выходной сигнал компаратора инвертируется триггером Шмидта и логическая 1 поступает на вход элемента И-НЕ. Тактовые импульсы со второго входа элемента И-НЕ после инвертирования появляются на его выходе.
5. Каждый нарастающий фронт тактового импульса на выходе элемента И-НЕ увеличивает содержимое счетчика на 1. Текущее состояние счетчика отображается миниблоком индикаторов и задает напряжение на выходе ЦАП.
6. Когда напряжение ЦАП превысит измеряемое напряжение, компаратор переключится, и на его выходе установится 1. Изменение состояния компаратора отобразит индикатор логических уровней.
7. Сигнал компаратора после инвертирования триггером Шмидта установит 0 на входе элемента И-НЕ. Выход элемента И-НЕ переключится в состояние 1. До тех пор, пока выход компаратора остается в состоянии 1 элемент И-НЕ не пропускает тактовые импульсы на вход счетчика. Схема остается блокированной до сброса счетчика тумблером «0». После сброса работа схемы повторится, начиная с пункта 2.
|
|
Перечень аппаратуры
Обозначение | Наименование | Тип | Параметры |
G1 | Однофазный источник питания | 218 | ~ 220 В / 16 А |
А1 | Блок испытания цифровых устройств | 219 | Индикаторы и источники логических сигналов. Питание +5 В, 1 А |
Набор миниблоков | 600.11 | 24 миниблока | |
Набор миниблоков | 600.11.1 | 8 миниблоков | |
Мультиметр | MY65 | Измерение U,I,R |
Указания по проведению эксперимента
- Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.
- Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электропитания.
- Соберите исследуемую цепь на наборном поле блока испытания цифровых устройств А1.
- Включите устройство защитного отключения и автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.
- Включите выключатель «СЕТЬ» блока испытания цифровых устройств А1.
- Протестируйте работу схемы. При необходимости изменения исследуемой схемы отключите выключатель «СЕТЬ» блока испытания цифровых устройств А1, измените схему, включите выключатель «СЕТЬ».
Тестирование АЦП.
- Подключите вход тактовых импульсов элемента И-НЕ к гнезду кнопки источника логических сигналов (пунктирный провод вверх на схеме испытания АЦП).
- Измерьте мультиметром напряжение питания цепи (напряжение между гнездами «0 В» и «+5 В» на миниблоке переменного резистора).
- Вычислите шаг изменения напряжения на выходе четырехразрядного ЦАП и максимальное напряжение на выходе ЦАП .
- Установите переменным резистором некоторое измеряемое напряжение , не превышающее . Для контроля подключите мультиметр к гнезду «0 В» и к гнезду инвертирующего входа компаратора (отмечен кружочком).
- Вычислите ожидаемое двоичное число на выходе АЦП после измерения . Результат в десятичной системе счисления . Округлите полученное значение до ближайшего большего целого числа, т. к. преобразование останавливается, когда напряжение ЦАП превысит измеряемое. Переведите полученное целое число из десятичной системы счисления в двоичную.
- Подключите мультиметр к гнездам «0 В» и «U» миниблока ЦАП.
- Сбросьте счетчик АЦП кратковременным переключением тумблера «0» в
положение 1. - Нажатием на кнопку источника логических сигналов задайте тактовый импульс. Убедитесь в увеличении содержимого счетчика и нарастании напряжения на выходе ЦАП. Продолжайте подавать тактовые импульсы до момента переключения выходного сигнала компаратора.
- Убедитесь, что последующие тактовые импульсы не меняют состояние счетчика и сравните результат измерения с ожидаемым значением.
- Переключите вход тактовых импульсов от гнезда кнопки к одному из гнезд генератора импульсов («1 Гц», «10 Гц» или «100 Гц»). Убедитесь, что измерения повторяются после каждого сброса счетчика.
- Переменным резистором установите несколько произвольных значений напряжения, измерьте их величину испытываемым АЦП и мультиметром. Сравните результаты.
- По завершении работы отключите выключатель «СЕТЬ» блока испытания цифровых устройств А1 и автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.
3.3. Испытание аналого-цифрового преобразователя
следящего преобразования
- Принцип действия и схема исследуемой цепи
- Схемы электрические соединений
- Перечень аппаратуры
- Указания по проведению эксперимента
Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 324; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!