Исследование шумов квантования цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователей

      4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ.

Лабораторная работа №1

Исследование шумов квантования

ЦАП и АЦП.

     1 Цель работы: изучить характеристики ЦАП и АЦП, сравнение входного аналогово сигнала с сигналом на выходе ЦАП.

2. Литература.

1.   Прянишников В.А. «ЭЛЕКТРОНИКА полный курс лекций». – М:      Корона принт, 2000 -415 с.

2.     Гнатек Ю.Р. «Справочник ЦАП и АЦП». – М: «РАДИО И СВЯЗЬ», 1982 – 551 с.

3.       Конспект лекций.

3. Домашнее задание.

1.  Изучить   основные   характеристики ЦАП и АЦП.

2. В соответствие с вариантом,

Вариант	Последовательность
1,6	{1,1,-1}
2,7	{1,1,-1.1}
3,8	{1,1,1,-1,1}
4,9	{1,1,1,-1,-1,1,-1}
5,0	{1,1,1-1,-1,-1,1,-1,-1,1-1}

4.Описание лабораторного макета.

а)

б)

Рисунок 4.1 - Схемы включения а)4-х разрядных ЦАП и АЦП

 б)8-ми разрядных ЦАП и АЦП.

Изучаемая схема представляет собой генератор последовательность прямоугольных импульсов(U6) и генератор входного аналогово сигнала (E2). На вход Convert поступает последовательность прямоугольных импульсов со скважностью Q=2 и частотой следования f_сч. За время, равное 3/2 периода следования импульсов, устройство АЦП преобразует сигнал на входе In в цифровую форму. Иначе говоря, напряжение сигнала на входе In за сравнительно малое значение времени (t=длительности стробирующего импульса) можно представить в виде цифровой последовательности нулей и единиц с выходов АЦП.

Форма сигнала на выходе АЦП изображена на рисунке 4.2:

Рисунок 4.2 - Формы сигналов на выходе АЦП

Сравним сигналы на выходе In и выходе Out-рисунок 4.3:

Рисунок 4.3 - Сравнение сигналов на входе In и выходе Out

5. Порядок выполнения работы.

5.1. Запустить программу Micro-Cap 7.

5.2. В меню «file» выбрать «open» и щелкнуть мышкой на файл «4-х разрядные ЦАП и АЦП.cir.»

5.3.  Проверить правильность составления схемы

5.4.  Запустить временной анализ (меню «Analysis»  «Transient»).

5.5. Проверить правильность заданных данных для построения графиков. В графе «X Expression» должно быть указано время «Т». В графе «Y Expression» должны быть указаны графики входного аналогово сигнала, сигнала с выхода ЦАП[графики потенциалов соответствующих узлов схемы - «v(номep узла)»], также разность входного и выходного сигналов и интеграл квадрата разности [«sum((v(номер узла)- v(номер узла))^2,t)»] . Период указан в графе «Time Range». В графах «X Range» и «Y Range» задается масштаб графиков. В графе «Р» - номер графика, можно вывести результаты моделирования как на одном графике, так и на нескольких.

5.6.  Вывести графики на экран монитора (нажав «Run» в левом верхнем углу окна) и зарисовать их.

5.7.   Повторить  операции  5.2-5.6  с файлом  «8-ми разрядные ЦАП и АЦП.cir.»

6. Содержание отсчета.

     Отсчет должен содержать:

     1      Цель работы.

     2.     Исследуемые схемы

     3.     Графики сигналов 4-х и 8-ми разрядных ЦАП и АЦП.

     4.     Выводы по работе.

7. Контрольные вопросы.

      1.     Что такое ЦАП и АЦП?

      2.     Какие  основные характеристики имеют ЦАП и АЦП?

      3.     Поясните процесс формирования сигнала на выходе ЦАП?

Лабораторная работа №2.

АЦП с обратной связью.

     1.Цель работы: изучить принципы построения ЦАП и АЦП и

        сравнить входной аналоговый с выходным сигналом.

2. Литература

1.    Прянишников В.А. «ЭЛЕКТРОНИКА полный курс лекций». – М: Корона принт, 2000 -415 с.

2.     Гнатек Ю.Р. «Справочник ЦАП и АЦП». – М: «РАДИО И СВЯЗЬ», 1982 – 551 с.

3.     Конспект лекций.

3. Домашнее задание.

1.  Изучить принципы построения АЦП и ЦАП и их характеристики .

2. Рассчитать АКФ усеченной М-последовательности, под которойпонимается непериодическая последовательность длиной в период N._.

Таблица 2.1. Варианты для выполнения домашнего задания

Вариант	Последовательность
1.6	{-1,-1,1,-1,1,1,1}
2.7	{-1-1,1,-1,1,1,1,-1}
3.8	{-1,-1,-1,1,-1,-1,1,1,-1,1,-1,1,1,1.1}
4.9	{-1-1,-1,1,-1,-1,1,1,-1,1,-1,1,1,1,1,-1}
5.0	{-1,-1,1,1,1,-1,1}

                          4. Описание лабораторного макета.

Рисунок 4.4 - АЦП с обратной связью

Изучаемая схема представляет собой: генератор пилообразного напряжения, генератор входного аналогово сигнала, счётчик(построенный на D-триггерах) и регистр памяти.

В начале каждого периода преобразования аналогово сигнала в цифровую последовательность (комбинацию) триггеры U₁U₄ устанавливаются в начальное состояние (на выходах Q устанавливается логический ноль). После установления триггеров, на вход CLK U₁ поступают импульсы с генератора V1 через логический элемент 2И. В данном варианте АЦП элемент 2И является ключом, где управляющим сигналом служит значение логического нуля или единицы с выхода ограничителя амплитуды.

На вход ограничителя амплитуды поступает  сигнал , равный разности сигналов мгновенных значений напряжений с выхода ЦАП и выхода источника сигнала, в качестве  которого выступает генератор гармонических колебаний V5.

В данной схеме, такие устройства, как вычитатель и ограничитель амплитуды в совокупности есть устройство сравнения. Условия сравнения будут следующие: 

      ^(3.4)

В начальный момент времени, выходы триггеров Q имеют значение логического нуля, следовательно, на выходе ЦАП значение напряжения будет равно нулю. Разность этих сигналов даст положительный, по полярности, результат.

Импульсы, поступающие с генератора V1,поступают на вход CLK триггера U1, при этом будет происходить считывание числа импульсов в триггере. На выходах Q триггеров U₁U₄ будет со временем происходить изменения значений (либо логическиё ноль, либо единица). Максимальное число импульсов счёта равно 16-ти (соответствует разрядности счётчика).

Рисунок 4.5 - Сравнение входного сигнала с входным

5. Порядок выполнения работы .

5.1. Запустить программу Micro-Cap 7.

5.2.  В меню «file» выбрать «open» и щелкнуть мышкой на файл «АЦП с обратной связью.cir»

5.3. Проверить правильность составления схемы.

5.4.  Запустить временной анализ (меню «Analysis» —> «Transient»).