Экспериментальное исследование аналого-цифровых преобразователей пилообразного и следящего типа

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Хабаровский Государственный Технический Университет

Кафедра “Вычислительная техника”

Лабораторная работа

по АГВМ

“АЦП пилообразного

и следящего типа”

                                                     Выполнил: студент группы ВМ-81

   Бартошук К.В.

                    Проверил:  доцент Зелев Л.В.

Хабаровск

2002

1. Цель работы

Изучение принципов построения и экспериментальное исследование АЦП пилообразного и следящего типа.

2. Общие понятия

АЦП пилообразного типа

Функциональная схема 8-разрядного АЦП приведена на рис.1. Основу АЦП составляет ЦАП, управляемый СТ2.

Рис.1. Схема АЦП пилообразного типа

Принцип преобразования следующий: в начальный момент времени времени на первый вход компаратора (К) подается напряжение U с выхода ЦАП, равное 0, а на второй вход измеряемое напряжение положительной полярности. Так как , на выходе компаратора присутствует напряжение логической 1. Счетные импульсы от ГТИ поступают на вход +1 СТ2. Выходы счетчика соединены с одноименными управляющими входами ЦАП, поэтому по окончании первого импульса показания счетчика соответствуют двоичному коду 00000001, а на выходе ЦАП появляется напряжение U, равное шагу квантования h. Это напряжение сравнивается с входным , и если , то выход компаратора остается в состоянии логической 1 и на вход СТ2 поступает следующий импульс, изменяя его двоичный код на единицу младшего разряда. В этом случае код счетчика равен 00000010, а напряжение на выходе ЦАП соответственно .

Изменение состояния счетчика и увеличение напряжения с выхода ЦАП продолжается до тех пор, пока . В этот момент времени на выходе компаратора появляется сигнал логического 0, который фиксирует момент окончания преобразования аналог-код и по входу R сбрасывает счетчик в 0 состояние. Напряжение на выходе ЦАП становится равным 0, , и компаратор переключается в состояние логической 1. Далее процесс преобразования аналог-код повторяется.

На рис.2. показана временная диаграмма напряжения с выхода ЦАП при . Напряжение на выходе ЦАП изменяется по пилообразному закону. При этом время преобразования АЦП определяется числом n и длительностью Т периода тактовых импульсов, укладывающихся в интервале пилообразного импульса: . Очевидно, что максимальное время преобразования достигается при подаче на вход АЦП максимального напряжения  и преобразованием его в код 11111111: , где m – число разрядов АЦП.

Рис.2. Временная диаграмма напряжения с выхода ЦАП

В свою очередь, выбор длительности Т зависит от быстродействия ЦАП.

При преобразовании изменяющегося во времени сигнала  выбор частоты  преобразования АЦП определяется полосой частот  входного сигнала. В соответствии с теоремой Котельникова, для точного восстановления аналоговой формы сигнала по его отсчетам, необходимо выполнение следующего условия: . Время установления ЦАП не должно превышать значения .

АЦП следящего действия

Функциональная схема АЦП приведена на рис.3. В отличие от АЦП пилообразного типа, в СТ2 используется вход -1 для переключения направления счета.

Рис.3. Схема АЦП следящего типа

Принцип преобразования заключается в следующем. В исходном состоянии () на выходе компаратора присутствует напряжение логической 1. На вход +1 счетчика через инвертор поступают тактовые импульсы, при этом СТ2 работает на увеличение счета. Каждый тактовый импульс изменяет состояние счетчика на единицу младшего разряда и выходное напряжение ЦАП – на шаг квантования +h. При выполнении условия  на выходе компаратора появляется напряжение логического 0, что приводит по входу –1 счетчик в состояние уменьшения счета тактовых импульсов. Состояние счетчика уменьшается на единицу младшего разряда, изменяя величину ЦАП на -h. Окончание процесса преобразования аналог-код фиксируется моментом времени переключения компаратора из одного состояния в другое.

На рис.4. показана диаграмма изменения напряжения с выхода ЦАП и на выходе компаратора при . Время

3. Оборудование

·  Лабораторный макет

·  Осциллограф

• Универсальный цифровой вольтметр

4. Выполнение работы

5. Вывод