АЦП последовательного приближения (поразрядного взвешивания).
 |
Схема начинает свою работу при поступлении команды на выполнение преобразования от генератора тактовых импульсов. В первом такте регистр последовательных приближений (РПП) устанавливает 1 в старшем разряде запоминающего регистра. Аналоговый эквивалент с ЦАП этого кода сравнивается с Uвх и если Uвх > Uц, то 1 сохраняется, если Uвх < Uц, то единица заменяется на 0. Далее в следующий разряд записывается 1. Сравнение повторяется аналогичным образом для каждого разряда. Работа АЦП синхронизируется тактовым генератором. После N тактов работы схемы на выходе запоминающего регистра и на выходе ЦАП получается N разрядный цифровой код, который представляет собой цифровой эквивалент входного аналогового сигнала. В результате время преобразования такого АЦП равно N* tT .
Однотактный интегрирующий АЦП.
 |
Особенность данного АЦП – отсутствие ЦАП. В однотактном интегрирующем АЦП для преобразования напряжения Uвх во временной интервал используется линейно изменяющееся пилообразное. Этот временной интервал затем используется для выделения с помощью компаратора А2 требуемой части выходных импульсов тактового генератора с помощью счетчика. Число тактовых импульсов, пропущенных компаратором в счетчик, пропорционально Uвх. Для возврата интегратора А1 в исходное состояние применяется переключатель S1 (в начале преобразования конденсатор должен быть разряжен). Напряжение Uоп определяет наклон пилообразного выходного напряжения A1. Преобразование производится за (2N-1) tT. Существенно большую точность преобразования позволяют получить АЦП с двухтактным интегрированием.
|
|
|
Двухтактный интегрирующий АЦП.
 |
Преобразование осуществляется в два этапа. Сначала конденсатор разряжен (напряжение Uи установлено в нуль), ключ подключает Uвх к интегратору. Напряжение Uи линейно уменьшается от нуля до некоторой величины (при Uвх > 0). Время изменения напряжения Uи на первом этапе обозначим за Ти.
На втором этапе вместо Uвх ко входу интегратора подключается опорное напряжение Uоп, после чего напряжение Uи начинает линейно уменьшаться до нуля. По истечении времени Топ достигается напряжение Uи = 0, что фиксируется переключением выходного напряжения компаратора.
Ти=Nи * tT ; Топ=Nоп * tT , где Nи,Nоп – количество тактовых импульсов.
Nоп= Nи*(UВХ)СР /Uоп, где (UВХ)СР – среднее значение напряжения преобразуемого входного сигнала за время Ти.
Зафиксированное счетчиком число Nоп является результатом преобразования аналогового входного напряжения в цифровой код. Время преобразования непостоянно, и определяется значением преобразуемого входного напряжения. Главными источниками погрешности преобразования являются нестабильности опорного напряжения и периода тактовых импульсов за время преобразования.
|
|
|
Основной недостаток АЦП с двухтактным интегрированием -- большое время преобразования (1…100 мс).
Описание программы
Для изучения принципа действия приведенных выше типов АЦП в данной лабораторной работе используется программа ADC.exe. Результаты преобразования отображаются на схеме выбранного типа АЦП и на графике входного сигнала. Причем в программе предусмотрено два режима работы: пошаговый, когда работа АЦП демонстрируется на каждом шаге с последовательной прорисовкой в рабочей области приложения процесса преобразования, и обычный режим, когда выводится сразу весь график преобразования. В обычном режиме в верхней части окна отображается схема АЦП, а в нижней части окна – результат преобразования на всем диапазоне задания входного сигнала.
Перейти в пошаговый режим можно из всплывающего меню, появляющегося при щелчке правой кнопкой ‘мыши’ в рабочей области окна программы, либо с помощью команды АЦП\Режим\Обычный режим.
|
|
|
В пошаговом режиме на схеме отображаются напряжение на входе АЦП, напряжение на выходе ЦАП, напряжение на выходе интегратора, значение опорного напряжения, состояние счетчика и регистра, если соответствующие элементы имеются в выбранной схеме АЦП.
Для выполнения следующего шага необходимо вызвать правой клавишей ‘мыши’ всплывающее меню и щелкнуть «На шаг вперед», либо с помощью команды АЦП\Режим\ На шаг вперед, либо нажать комбинацию клавиш “Ctrl+D”. Причем, если нажать комбинацию клавиш “Ctrl+D”и удерживать ее в таком состоянии, то преобразования будут продолжены без остановки.
Внизу рабочей области приложения расположена Строка Состояния (Status Bar), на которой постоянно отображаются координаты указателя мыши в вольтах, либо тип текущего АЦП.
Порядок выполнения работы
1. Изучить принцип действия различных типов АЦП и возможности программы моделирования их работы (используя «Помощь»).
2. Задать тип входного сигнала – косинус, разрядность АЦП = 4, амплитуду сигнала = 10В, максимальное время преобразования = 10 с, множитель времени дискретизации = 5. Для классического АЦП определить по теореме Котельникова fГР и соответствующий множитель частоты входного сигнала.
|
|
|
Изменить частоту входного сигнала и зарисовать вид выходного сигнала при f > fГР, f = fГР, f < fГР. Восстановить исходный, кусочно-ступенчатый вид выходного сигнала и составить таблицу максимальных погрешностей квантования на каждом интервале в виде:
| График1 | График2 | График3 | |||
| Интервал | Ошибка | Интервал | Ошибка | Интервал | Ошибка |
При частоте входного сигнала f =fГР изменить период дискретизации и зарисовать вид выходного сигнала.
3. Задать тип входного сигнала – синус, разрядность АЦП = 4, амплитуду сигнала = 10В, максимальное время преобразования = 10 с, множитель времени дискретизации = 5, множитель частоты сигнала = 0,1. В пошаговом режиме изучить работу двух типов АЦП (классического и следящего). Найти реальное время преобразования в каждом цикле и оформить результаты в виде таблицы.
| Тип АЦП | № цикла преобразования | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Классический | ||||
| Следящий | ||||
4. Изучить работу АЦП поразрядного взвешивания.
Задать тип входного сигнала – косинус, разрядность АЦП =4, амплитуду сигнала = 10В, максимальное время преобразования = 10 с, множитель времени дискретизации = 5, множитель частоты сигнала = 0,5.
Определить длительность тактового импульса и разрешающую способность АЦП.
В пошаговом режиме записать значение напряжения входного сигнала Uвх, цифровой код РПП и напряжение на выходе ЦАП на каждом такте преобразования для четырех циклов преобразования.
| № цикла преобразования | № такта | Uвх | Uц | РПП |
| 1 | 1 | |||
| 2 | ||||
| 3 | ||||
| … | ||||
| 2 | 1 | |||
| 2 | ||||
| 3 |
5. Изучить работу однотактного и двухтактного АЦП.
Задать тип входного сигнала – синус, разрядность АЦП=4, множитель частоты сигнала = 0,5, множитель времени дискретизации = 5.
В пошаговом режиме записать значения напряжения входного сигнала Uвх, напряжения интегратора Uи и выходной цифровой код в начале и в конце трех циклов преобразования для обоих типов интегрирующих АЦП и занести в таблицу. Оценить реальное время преобразования в каждом цикле.
| № цикла | Uвх | Uи | Цифровой код | Время преобразования | |
| 1 | Начало |
|
| ||
| Конец | |||||
Определить период дискретизации для обоих типов АЦП и время интегрирования на первом такте для двухтактного АЦП.
6. Изучить работу АЦП непосредственного сравнения (параллельного АЦП и параллельного АЦП с изменяемым диапазоном).
Разрядность АЦП непосредственного сравнения задается на вкладке Настройки\АЦП непосредственного сравнения\Число компараторов.
Для параллельного АЦП задать число компараторов = 7, входной сигнал – линия. Построить график ошибки квантования в зависимости от времени.
Для параллельного АЦП с изменяемым диапазоном задать количество компараторов = 3, количество тактов преобразования=2, входной сигнал – синус.
Для каждого такта преобразования определить значения опорного напряжения на каждом компараторе, а также записать напряжение на выходе ЦАП1 и ЦАП2 и выходной цифровой код в таблицу для двух произвольных значений входного сигнала U1и U2 (кроме 0).
| Параметры ЦАП | Uвх = U1 | Uвх = U2 | ||
| 1 такт | 2 такт | 1 такт | 2 такт | |
| ЦАП1 | ||||
| ЦАП2 | ||||
| Выходной код | ||||
| К1 | ||||
| К2 | ||||
| К3 | ||||
Задать число компараторов = 7, количество тактов преобразования = 3. Составить аналогичную таблицу для одного произвольного значения входного сигнала.
Литература
1. Е.А.Коломбет. Микроэлектронные средства обработки аналоговых сигналов, 1991.
2. В.А.Прянишников, Электроника. 1998.
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 853; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!