Файл: Г. Л. ШтрапенинВ. Т. ШныревЭлектроника и схемотехника.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.03.2024
Просмотров: 29
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
50
Таблица 6.2
Код
Переключатели
U
вых
U
расч
D
U
D
U %
SA1
SA2
SA3
0 0
0 0
0 1
0 0
1 1 мр
2 0
1 0
2 мр
3 0
1 1
3 мр
4 1
0 0
4 мр
5 1
0 1
5 мр
6 1
1 0
6 мр
7 1
1 1
7 мр
Запишите данные расчетов в табл. 6.2. Определите значение максималь- ной погрешности.
Постройте характеристику преобразования ЦАП – график зависимости выходного напряжения
U
вых от входного кода.
6.3.3.
Исследование совместной работы АЦП и ЦАП
Переключатель «АЦП-КОД» поставьте в положение «АЦП». Подключите вольтметры к входу АЦП и выходу ЦАП (рис. 6.5).
Изменяя уровень входного напряжения
U
вх
АЦП, фиксируйте моменты переключения светодиодов VD8, VD9, VD10 кодовых комбинаций и соответст- вующие им значения выходного напряжения ЦАП. Результаты сведите в таб- лицу 6.3. Рассчитайте погрешность по формуле вых вх
U
U
U
-
=
D
и запишите результаты в таблицу. Сделайте выводы.
Таблица 6.3
Код
U
вх
АЦП
U
вых
ЦАП
D
U
000 001 010 011 100 101 110 111
51 6.3.4.
Исследование совместной работы АЦП и ЦАП при переменном входном напряжении
1 2 3 4 5
Выключите тумблер «Сеть» базового блока!
К входу АЦП подключите генератор сигналов ГС и осциллограф (луч 1).
К выходу ЦАП подключите осциллограф (луч 2).
Установите частоту генератора 1000 Гц, амплитуду 3 В.
Включите тумблер «Сеть» базового блока.
Проследите изменение
U
вых при изменении частоты и амплитуды вход- ного сигнала.
Зарисуйте осциллограмму входного и выходного напряжений.
Выключите тумблер «Сеть» базового блока!
6.4.
Выполнение лабораторной работы с использованием программы моделирования электронных устройств Multisim
6.4.1.
Ознакомьтесь с условным обозначением и назначением выводов
АЦП (ADC), приведенными на рис. 6.7.
VIN аналоговый вход;
VREF+ положительный полюс источника опорного напряжения;
VREF– отрицательный полюс источника опорного напряжения;
SOC сигнал запуска (тактовый импульс);
OE сигнал разрешения преобразования;
D0-D7 цифровые выходы;
EOC сигнал конца преобразования.
Рис. 6.7. Условное обозначение и назначение выводов АЦП
6.4.2.
Для изучения АЦП соберите схему, приведенную на рис. 6.8. Об- ратите внимание, что для работы восьмиразрядного АЦП в режиме четырехраз- рядного используются четыре старшие бита выходного кода D7-D4,
образующие соответственно цифровые выходы Y3 – Y0, в связи с чем появляется систематическая ошибка преобразования, равная половине входного напряжения, соответствующего единице младшего разряда.
Для нормальной работы АЦП сигналы на выводах SOC и OE должны быть противофазны, для этого в схему включен инвертор NOT.
52
Рис. 6.8. Принципиальная схема для изучения АЦП
Генератор Е1 и переменный резистор R (приращение 1 %) служат для по- дачи и установки входного напряжения АЦП. Генератор Е2 является источни- ком опорного напряжения. Генератор прямоугольных импульсов 1 кГц выраба- тывает импульсы запуска (тактовые импульсы). Вольтметр V1 измеряет вход- ное напряжение АЦП U
вх
, индикаторы Y0-Y3 показывают логические уровни в соответствующих разрядах на выходе АЦП.
6.4.3.
Установите входное напряжение U
вх
= 0 (R = 0 %). Нажимая кла- вишу R, плавно увеличивайте сопротивление резистора R. Зафиксируйте значе- ние U
вх в момент загорания индикатора Y0, соответствующее кодовой комбина- ции 0001. Результаты измерения U
вх занесите в табл. 6.4.
6.4.4. Действуя аналогично, занесите в таблицу значения входных на- пряжений для остальных кодовых комбинаций вплоть до 1111.
6.4.5. Вычислите величину входного напряжения h, соответствующую единице младшего разряда по формуле
1h = U
вх max
/ 15 ,
где U
вх max
– входное напряжение, соответствующее кодовой комбинации 1111.
Таблица 6.4
U
вх
Код на выходе
U
расч
D
U
D
U %
0 0000 0001
1h
0010
2h
- - -
- - -
- - -
- - -
- - -
1111
15h
53
Определите U
расч для каждой кодовой комбинации и занесите в таблицу.
Для каждого значения U
расч рассчитайте абсолютную и относительную погреш- ности преобразования по формулам
D
U = U
расч
- U
вх
;
D
U % =
½D
U
½
/ U
расч
·100 % .
Результаты занесите в таблицу. По данным таблицы постройте в виде графика характеристику преобразования АЦП – зависимость выходного кода от U
вх
6.4.6.
Ознакомьтесь с условными обозначением и назначением выводов
ЦАП (DAC), приведенными на рис. 6.9.
+ положительный полюс источника опорного напряжения;
- отрицательный полюс источника опорного напряжения;
0-7 цифровые входы; >
- аналоговый выход.
Рис. 6.9. Условное обозначение и назначение выводов ЦАП
6.4.7. Соберите схему для изучения ЦАП согласно рис. 6.10. Переключа- тели [0] - [3] используются для задания кодовых комбинаций на входе ЦАП
(верхнее положение – 1, нижнее – 0), генератор Е1 – источник опорного напря- жения (ИОН), вольтметр V1 показывает величину выходного напряжения.
Рис. 6.10. Принципиальная схема для изучения ЦАП
6.4.8. Установите переключатели в положение, соответствующее кодо- вой комбинации 0000, запишите в табл. 6.5 соответствующее значение выход- ного напряжения U
вых
54 6.4.9. Действуя аналогично, занесите в таблицу значения выходных на- пряжений, соответствующие остальным кодовым комбинациям на входах ЦАП
вплоть до 1111.
Таблица 6.5
Код на входе
U
вых
U
расч
D
U
D
U %
0000 0
0001
1h
- - -
- - -
- - -
- - -
- - -
1111
15h
Определите величину выходного напряжения, соответствующую единице младшего разряда по формуле
h = U
вых max
/ 15,
где U
вых max
– выходное напряжение, соответствующее кодовой комбинации
1111.
Определите U
расч для каждой кодовой комбинации и занесите в таблицу.
Рассчитайте для каждого значения U
расч абсолютную и относительную погреш- ности преобразования по формулам:
DU = U
расч
- U
вых
;
D
U % =
½D
U
½
/ U
расч
·100% .
Результаты занесите в таблицу. По данным таблицы постройте в виде графика характеристику преобразования ЦАП – зависимость выходного напряжения
U
вых от входного кода.
6.4.10. Для изучения совместной работы АЦП и ЦАП при переменном входном напряжении и зависимости погрешности преобразования от частоты тактового генератора соберите схему, приведенную на рис. 6.11. Включение двух источников опорного напряжения Е1 и Е2, присоединенных к схеме по- добным образом, дает возможность произвести сдвиг уровня входного двухпо- лярного напряжения и выполнить аналого-цифровое преобразование получен- ного однополярного сигнала.
6.4.11. Установите форму выходного напряжения функционального ге- нератора – синусоида, амплитуду – 1В. Активизируйте схему. Зарисуйте осцил- лограммы напряжений входного и выходного сигналов для следующих значе- ний частоты тактового генератора: 5 кГц, 10 кГц, 20 кГц, 50 кГц. Сделайте вы- воды о влиянии частоты тактового генератора на форму выходного напряжения
ЦАП.
55
5kHz
5 V
1 V
E1
ADC
Vin
Vref+
Vref-
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
SOC
EOC
OE
A
B
Ext Trig
+
+
_
_ + _
1 V
E2
VDAC8
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
Output
Vref+
Vref-
NOT
Рис. 6.11. Принципиальная схема для изучения совместной работы АЦП и ЦАП
6.5.
Содержание отчета
Цель работы.
Схема установки.
Результаты исследований.
Выводы.
6.6.
Контрольные вопросы
Назначение АЦП и его место в устройствах передачи информации.
Назначение ЦАП и место его в устройствах передачи информации.
Методы схемной реализации АЦП. Структурная схема параллельного
АЦП.
Изобразите характеристику преобразования АЦП.
Как оценить погрешность АЦП?
Методы схемной реализации ЦАП. Структурная схема ЦАП с суммиро- ванием весовых токов.
Структурная схема ЦАП с матрицей R - 2R.
Изобразите характеристику преобразования АЦП.
Как оценить погрешность ЦАП?
56
Приложение
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОГРАММЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ
ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ MULTISIM
Программный комплекс Multisim состоит из двух частей – программы моделирования электронных устройств Multisim и программы разработки пе- чатных плат Ultiboard. Рассмотрим основные этапы работы с программой
Multisim в русифицированной версии.
Вид окна программы со схемой из набора примеров показан на рис. П.1.
Рис. П.1. Окно программы Multisim
Интерфейс программы выполнен в традиционном для MS Windows виде –
в верхней части окна размещается строка заголовка, ниже – строка главного меню, далее – командные строки управляющих различными режимами кнопок- пиктограмм. Следует отметить, что в программе имеется возможность измене- ния интерфейса по усмотрению пользователя, для чего следует перейти в пунк- ты меню «Установки» и «Вид», в частности, при небольшом размере экрана компьютера имеет смысл удалить окна панели разработки (слева) и блока ин- формации (внизу). По умолчанию программа использует американский стан- дарт изображения принципиальных электрических схем ANSI с возможностью переключения в европейский стандарт DIN. C учетом того, что в России приме- няется национальный стандарт изображения электрических схем ЕСКД (Единая система конструкторской документации), близкий к стандарту DIN, целесооб- разно перед началом работы перейти на этот стандарт, для чего необходимо
57
зайти в меню «Установки / Общие установки» и установить в разделе «Компо- ненты / Стандарт изображения» режим DIN, как показано на рис. П.2.
Рис. П.2. Установка стандарта изображения DIN
Условные графические обозначения элементов радиоэлектронных уст- ройств, существенно различающиеся в стандартах ANSI, DIN и ЕСКД, приведе- ны в табл. П.1. Большая часть остальных широко распространенных электрон- ных компонентов имеют практические одинаковые условные графические обо- значения во всех трех стандартах.
В разделе «Компоненты» можно задать режим установки компонентов на рабочее поле и точность моделирования работы цифровых устройств Digital
simulating settings – Ideal (быстрое, но менее точное) или Real (более точное, но сравнительно медленное и требующее наличие источника питания и аналого- вой и цифровой «земли»).
Рассмотрим специфические наиболее употребительные при анализе элек- тронных схем разделы главного меню.
В разделе «Вид» наряду с типовыми пунктами включения изображения различных панелей и их параметров, имеется меню «Панель инструментов»,
позволяющее активизировать изображения определенных панелей, требуемых для работы с конкретной схемой. Расположение панелей по сторонам экрана может быть установлено произвольно.
Используя раздел меню «Вставить», пользователь может устанавливать на рабочее поле компоненты схемы, элементы оформления чертежа и тексто- вые комментарии, в том числе и на русском языке.
58
Таблица П.1
Условные графические обозначения
Раздел «Моделирование» содержит кнопку «Пуск», предназначенную для запуска процесса моделирования (продублирована клавишей F5 и символиче- ским выключателем справа). В этом же разделе имеется возможность выбора и установки параметров виртуальных приборов программы и интерактивного мо- делирования, как показано на рис. П.3.
При возникновении явных ошибок можно просмотреть «Журнал модели- рования / анализа» и вручную изменить параметры моделирования, в частности максимальный шаг по времени TMAX и начальный временной шаг, а также раз- решить запуск специальной процедуры – «Помощника сходимости» для опти- мизации процесса моделирования.
Для исследования работы электронных устройств наряду с виртуальными измерительными приборами Multisim включает в себя большое число различ- ных специальных видов анализа, результаты которых отображаются в виде графиков встроенных в Multisim программ «Постпроцессор» и «Просмотр гра- фиков». Работа в режиме анализа позволяет моделировать изменение темпера- туры, проводить вариативные измерения, исследовать чувствительность схемы к различным параметрам и многое другое. Требуемый вид анализа выбирается из меню «Вид анализа».
