Материал: Исследование узлов систем управления. лабораторный практикум. Герасимов М.И., Болдырев И.А

в) выхода ОУ через резистор обратной связи R.

Рис. 4.10

Поскольку вход АЦП соединен со входом ОУ через резистор сопротивлением 2R, параллельно этому резистору подключен внешний резистор R18, сопротивление которого R18 ≈ 2R. Равенство номиналов резисторов на входе АЦП и резистора обратной связи обеспечивает коэффициент измерения входного напряжения, равный единице. В результате на выходе операционного усилителя DA4 формируется сигнал,

76

который отражает изменение состояния выходного сигнала ЦАПН в процессе преобразования. Собственно сравнение выполняется на компараторе DA5 К521СА3.

Тактирующий сигнал поступает на вход ТИ АЦП. Перезапуск АЦП осуществляется объединением выхода Q (завершение преобразования) с входом Зап (пуск преобразования). Для переключения режимов в схему введен переключатель SA4 (положение «1» – циклический, «2» – однократный). Для однократного запуска предусмотрена кнопка SA3. После перехода в циклический режим также следует однократно нажать эту кнопку.

Выходные сигналы разрядов АЦП (0-11) поступают на контрольный разъем XS1.

Контрольные вопросы по допуску к работе

1.Каковы рекомендации стандартов по параметрам устройств аналогового ввода?

2.Какие методы аналого-цифрового преобразования вам известны?

Порядок выполнения работы 1. Задание на выполнение работы

Изучить структуру микросхемы КР572ПВ1, изучить принципиальную схему АЦП на основе этой микросхемы, коммутацию резисторов, соединенных с выводами 29, 31, 32, 34, 35, 37 (см. рис. 4.9). Используя лабораторный стенд, определить в соответствии с порядком выполнения работы характеристики АЦП.

2.Порядок действий

2.1.Изучить методический материал и принципиальную схему исследуемого устройства.

2.2.После собеседования с преподавателем подготовить схему исследования ЦАПН:

77

Перевести все переключатели блока SA2 в положение “ON”, переключатель SA1.4 разомкнуть, переключатель SA4 перевести в положение 1.

Включить лабораторный стенд и установить заданное преподавателем значение опорного напряжения, контролируя его вольтметром.

Подключить цифровой вольтметр к выходу ЦАП.

2.3.Способом, изложенным ниже, проконтролировать временную диаграмму состояния разрядов на выходе АЦП для

напряжений, примерно равных 0 В, 0,4 Uоп , 0,8 Uоп и максимально возможному значению. Напряжения формировать с помощью ЦАП, подбирая коды разрядами переключателя SA2

иконтролируя вольтметром. Двоичные коды на выходе АЦП наблюдать с помощью осциллографа на соответствующих контактах разъема XS1, синхронизируя осциллограф от самого старшего разряда. Каждый раз наблюдать также выходной сигнал компаратора и операционного усилителя DА4. Зарисовать эти диаграммы и объяснить их вид. Обратить внимание на неустойчивое состояние младших разрядов, оценить количество таких разрядов (кодовое мерцание в младших значащих разрядах).

В случае отсутствия импульсов запустить АЦП нажатием кнопки SA3.

2.4.Подготовить две таблицы для вычисления интегральной и дифференциальной нелинейности характеристики: первую – для значений кода 1,2,4,8,...,512, а вторую – для интервала от 128 до 135 через ЕМР. В таблице предусмотреть столбцы для: десятичной записи кода ЦАП, его двоичного эквивалента, значения напряжения на выходе ЦАПН (см. таблицу из работы № 9), двоичного кода на выходе АЦП, соответствующего значения напряжения и вычисления необходимых разностей (см. «Порядок обработки материалов»).

2.5.Провести измерения и заполнить обе таблицы. Двоичные коды на выходе АЦП измерять с помощью осциллографа

78

на соответствующих контактах разъема XS1, переведя АЦП в режим однократного измерения (переключатель SA4 перевести в положение 2) и запуская его кнопкой SA3. Оценить точность измерений, учитывая результаты наблюдений по п.3; выделить в таблице достоверную часть результатов. Вычисление соответствующего напряжения проводить на ПК по формуле (4.1) с помощью табличного процессора Excel.

2.6. Определить вес разряда 512 – подобрать набор сигналов на входе ЦАПН в окрестности 512 так, чтобы на выходе АЦП присутствовала только одна единица в старшем разряде, измерить выходное напряжение ЦАПН. Составить аналогичным образом таблицу весов остальных разрядов АЦП. Перевести выходные коды АЦП, полученные в п.п. 4-5, в значения напряжений, составить соответствующие таблицы.

3.Порядок обработки материалов

3.1.По данным, полученным в п. 5 задания, определите смещение нуля АЦП.

3.2.Определите интегральную нелинейность, т.е. максимальное отклонение характеристики «вход-выход» от прямой линии. Для этого в программе Excel организуйте таблицу и пе-

ренесите туда результаты из первой таблицы, заполненной для значений кода 2к. В соответствии с рис. 3.4,а вычислите идеальные значения выходного сигнала для всех точек измерения, затем отклонения реальных значений от вычисленных и найдите его максимум.

3.3.Определите дифференциальную нелинейность, обработав в программе Excel вторую таблицу результатов, т.е. вычислив в каждой точке различие между фактической высотой шага и идеальным значением 1МЗР.

3.4.Определите время преобразования АЦП.

3.5.Оформите отчет и предоставьте преподавателю для получения зачета. Подготовьте ответы на контрольные вопросы.

79

В отчет включаются название лабораторной работы, фамилии исполнителя и преподавателя, цель работы, порядок выполнения и полученные результаты, результаты обработки экспериментальных данных.

Итоговые вопросы

1.Изложите принцип работы исследуемого АЦП.

2.Приведите структурную схему исследуемого АЦП, объясните назначение и порядок работы блоков.

3.Объясните принцип работы используемого в схеме

ЦАП.

4.Опишите процесс, приведенный на рис. 4.3, покажите, как должен при этом выглядеть сигнал на выходе компаратора.

5.Составьте принципиальную схему связи между ОУ DA4, компаратором DA5 и резисторами, показанными на рис. 4.9, в соответствии с принципиальной схемой стенда (рис.

4.10).

6.Перечислите основные статические характеристики

АЦП.

7.Перечислите основные динамические характеристики

АЦП.

8.Перечислите источники и составляющие погрешности АЦП. Какие из них исследованы в данной работе и какими способами?

9.Как проявляется кодовое мерцание и в чем его причи-

на?

80