К ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ. Задание 1. Запустить лабораторный комплексLabworks и среду МS10 (щёлкнув мышью на команде Эксперимент меню комплексаLabworks)

Задание 1. Запустить лабораторный комплекс Labworks и среду МS10 (щёлкнув мышью на команде Эксперимент меню комплекса Labworks). Открыть файл 36.4.ms10, размещённый в папке Circuit Design Suite 10.0 среды МS10, или собрать на рабочем поле среды MS10 схему для испытания аналого-цифрового преобразователя с ЦАП (рис. 36.4) и установить в диалоговых окнах компонентов их параметры или режимы работы. Скопировать схему (рис. 36.4) на страницу отчёта.

В схему (рис. 36.4) включены собственно библиотечный 8-разрядный АЦП (ADC); источники опорного напряжения E1 и E2 (подключены к входам Vref+ и Vref- АЦП); генератор E4 для синхронизации работы (подключен к входу SОС) и разрешения (вход ОЕ) на выдачу двоичной информации на выходы D0, …, D7 АЦП, с которыми соединены входы логического анализатора XLA1 и пробники Х0, …, Х7; функциональный генератор ХFG1 в качестве источника входного сигнала u_вх (подключен к входу Vin); ЦАП (DAC) и осциллограф XSC1. Выход ЕОС служит для передачи
двоичной информации АЦП, например, на ЭВМ.

Задание 2. Исследовать точность преобразования АЦП уровней вхо­дного напряжения u_вх в цифровой код с помощью пробников Х0, …, Х7, логического анализатора ХLA1, а также ЦАП и осциллографа XSC1.

С этой целью:

- временно удалить провод 1 (см. рис. 36.4) и подключить вход Vin АЦП к положительному полюсу источника постоянного напряжения Е3;

- составить таблицу, аналогичную табл. 36.1, в первый столбец которой записать уровни напряжения

u_вх = 0, 1; 0, 2; 0, 5; 1, 0; 1, 5; 2, 0; 2, 4; -0, 5; -1, 0: -2, 0 В,

поочерёдно задаваемые в диалоговом окне генератора Е3;

- установить в диалоговых окнах генераторов Е1 и Е2 ЭДС Е ₁ = 2, 5 В, и ЭДС Е ₂ = -2, 5 В;

- запустить программу моделирования АЦП и заносить в поля составленной таблицы значения напряжения u_{вых (ЦАП)} с выхода ЦАП, измеряемые на экране осциллографа с помощью визирной линии; двоичный эквивалент D ₍₂₎ преобразуемого напряжения, определяемый по свечению пробников Х7, …, Х0; шестнадцатеричный код D ₍₁₆₎, считываемый с дисплея анализатора XLA1;

- получаемые с выхода АЦП десятичные инверсные сигналы D _{(10) инв} пе­ресчитать на неинверсные D ₍₁₀₎ по выражению

D ₍₁₀₎ = D _{(10) инв} - 128

и занести в соответствующие столбцы таблицы;

- расчётные десятичные эквиваленты D _{(10) расч} двоичного кода D ₍₂₎ на выходе АЦП при заданном значении входного напряжения u_вх определить по формуле

D _{(10) расч} = 256 u_вх /(E ₁ + ê - E ₂ê),

и занести во второй справа столбец таблицы;

- рассчитать погрешности измерения напряжения по выражению

Δ U % = 100(u_{вых (ЦАП)} - u_вх)/ u_вх

и занести в правый столбец таблицы.

В качестве примера в табл. 36.1 приведены данные измерений при моделирования АЦП при E ₁ = 3 Ви E ₂ = -3 В, которые близки к расчётным значениям. Так, при E ₁ = ½ E ₂½ = 3 В и u_вх = E ₃ = 1 B расчётный десятичный эквивалент D _{(10) расч} = 256× 1/6» 42, 67 при измеренном D ₍₂₎ = 10101010 и D ₍₁₀₎ = 42. При этом погрешность измерения составила 3, 56%.

Т а б л и ц а 36.1

Задание 3. Исследовать процесс преобразования входного напряжения треугольной формы в цифровые коды, а затем с помощью ЦАП - в ступенчатое напряжение, аппроксимирующее напряжение u_вх.

Для этого:

- удалить провод, соединяющий выход генератора Е3 с входом Vin АЦП, и восстановить провод 1, соединяющий выход " +" функционального генератора XFG1 с входом Vin АЦП (см. рис. 36.4);

- установить па­раметры генератора XFG1 (рис. 36.5, а): напряжение треугольной формы со скважностью N = 99 и амплитудой 1 В (диапазон от -1 В до 0, 98 В) и его частоту f_г = 50 Гц;

- запустить программу моделирования АЦП;

- получить и скопировать на страницу отчета осциллограмму входного напряжения u_вх, осциллограмму ступенчатого напряжения u_{вых (ЦАП)} с выхода ЦАП (см. рис. 36.5, б), и временные диаграммы сигналов с выходов D0, …, D7 АЦП, поступающих на входы логического анализатора XLA1 и являющимися двоичными эквивалентами дискретных отсчётов u_вх (kDt)

Так, при частоте синхронизации f_с = 1 кГц и частоте пилообразного напряжения f_г = 50 Гц образовалось на выходе ЦАП двадцать ступеней напряжения u_{вых (ЦАП)}, средняя высота которых равна U_ст» 93, 7 мВ при расчётном значении Du = u_{вх . max} /(N + 1) = 1, 98/21 = 94 мВ. Первая ступень высотой 66 мВ сформировалась по истечении 0, 5 мс с момента включения моделирования при уровне входного напряжения u_вх = -93, 4 мВ, вторая - при u_вх = -0, 849 В высотой 93, 75 мкВ и и т. д.

Задание 4 (выполняется факультативно или по указанию преподавателя). Исследовать процесс преобразования АЦП входного синусоидального напряжения в цифровые коды, а затем с помощью ЦАП – в ступенчатое напряжение.

С этой целью:

- измерить напряжение u_{вых (ЦАП)} и высоту его ступеней в разные моменты преобразования и сравнить их с отсчётами напряжения u_вх (kDt) вхо­дного напряжения u_вх для моментов положительного перепада тактового импульса синхронизации.

Двоичные эквиваленты отсчетов напряжения u_вх (kDt) с выходов АЦП преобразуются с помощью ЦАП в аналоговый ступенчатый сигнал u_{вых (ЦАП)} (см. рис. 36.7). При этом с уменьшением частоты сигнала увеличивается число ступеней и преобразованная кривая хорошо аппроксимирует входной сигнал. Высота ступеней переменная, от 46 мВ до 141 мВ, так как интервал дискретизации Dt при заданной частоте синхронизации постоянный. Особенно заметна верхняя и нижняя ступени с отклонением от амплитуды входного напряжения приближённо на 15, 5 мВ, так как на интервалах дискретизации около амплитуд скорость изменения напряжения минимальная.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА

1. Наименование и цель работы.

2. Перечень приборов, использованных в экспериментах, с их крат­кими характеристиками.

3. Изображение электрической схемы для испытания аналого-циф­ро­вого преобразователя.

4. Копии осциллограмм и временных диаграмм сигналов с разных узлов схемы, отображающие работу исследуемого АЦП.

5. Таблица с результатами измерений и расчётов входных отсчетов входного напряжения и выходных кодов АЦП.

6. Выводы по работе.