Проектування схем АЦП і ЦАП

4.1 Постановка задачі

У даному розділі вимагається:

1. Складати схеми аналого-цифрового та цифро-аналогового перетворювачів у пакеті EWB;

. Експериментально визначити крок квантування та погрішність перетворення;

3. Побудувати характеристику перетворення ЦАП;

. Зняти залежність вихідної напруги U_вих від вхідного числа;

. Зробити висновки щодо лінійності ЦАП;

. Провести дослідження ЦАП в динаміці та зробити висновки щодо амплітуди пікових викидів на фронтах і їхнього походження.

4.2 Проектування схеми ЦАП

Задачею даного підрозділу є проектування схеми ЦАП на основі матриці типу R-2R. Проектування відбувається за такими параметрами: опорна напруга ЦАП, Е₀ = 12 В; значення опору матриці резисторів ЦАП, R = 1 кОм; значення вихідного опору ЦАП, R₀ = 266,7 Ом;

Схема ЦАП на основі матриці типу R-2R розміщена в додаткуА (рис.А.1). Знімемо залежність вихідної напруги U_вих від вхідного числа, експериментально визначимо крок квантування та погрішність перетворення за формулами 4.1 та 4.2 та занесемо всі данні в таблицю 4.1.

= U_{вих k} - U_{вих i} (4.1)

, (4.2)

де N_k та N_i -суміжні десяткові числа.

Таблиця 4.1 - Таблиця результатів вимірювання

Вхідне число	Показання тумблерів	Uвих,В	h,В	,%
Десяткове	Двійкове	[8]	[7]	[6]	[5]	[4]	[3]	[2]	[1]
										0,013	0,013
										0,025	0,012	0,1
										0,038	0,013	0,1
										0,05	0,012	0,1
										0,063	0,013	0,1
										0,075	0,012	0,1
										0,088	0,013	0,1
										0,1	0,012	0,1
										0,113	0,013	0,1
										0,125	0,012	0,1
										0,138	0,013	0,1
										0,15	0,012	0,1
										0,163	0,013	0,1
										0,175	0,012	0,1
										0,188	0,013	0,1
…	…									…	…	0,1
										3,163	0,013	0,1
										3,175	0,012	0,1
										3,188	0,013	0,1

На основі таблиці побудуємо характеристику перетворення ЦАП.

Рисунок 4.1 - Характеристика перетворення цифро-аналогового перетворювача

Характеристика перетворення восьмирозрядного двійкового ЦАП є лінійною, але присутня погрішність перетворення.

Проведемо дослідження ЦАП в динаміці.Схема ЦАП на основі матриці типу R-2R розміщена в додатку А(рис. А.2).

Схема ЦАП у динаміці має незначні погрішності перетворення, тому сходинки дещо відрізняються за висотою і шириною, проте оскільки ця погрішність є невеликою, і її максимум складає близько 1%, то дану схему також можна вважати відносно лінійною.

Рисунок 4.2 - Часова діаграма схеми ЦАП в динаміці

На основі отриманих параметрів у попередніх двох розділах побудуємо схему АЦП послідовного наближення. (Додаток Б)

В основі роботи цього класу АЦП полягає принцип послідовного порівняння вхідної напруги з Ѕ, ј, 1/8 і т.і. від можливого максимального значення вхідної напруги. Це дозволяє для N-розрядного АЦП послідовного наближення виконати увесь процес перетворення за N послідовних ітерацій замість 2N - 1 при використанні послідовного лічіння і одержати суттєвий виграш у швидкодії. Так, вже при N=10 цей виграш досягає 100 разів і дозволяє одержати за допомогою таких АЦП до 105...106 перетворень за секунду. У той же час статична похибка перетворювачів цього типу, що залежить відвикористаного ЦАП, може бути дуже малою, що дозволяє реалізувати роздільну здатність до 18 двійкових розрядів при частоті вибірок до 200 кГц (наприклад, DSP101 фірмиBurr-Brown).

Після подачі команди „Пуск” прямокутні імпульси функціонального генератора та тактові імпульси тактового генератора формують напругу, яка збільшує вміст лічильника і потрапляє на номінали резисторів ЦАП, який в свою чергу формує компенсуючу напругу, яка порівнюється з вхідною напругою. Якщо компенсуюча напруга більша від вхідної - вміст лічильника та крок квантування збільшується на одиницю. Коли компенсуючи напруга буде рівною вхідній то лічильник зупиниться і кодування завершується.

ВИСНОВКИ

перетворювач аналоговий цифровий схема

Під час виконання курсової роботи було проведено ряд розрахункових параметрів які необхідні для проектування схем АЦП і ЦАП. Була визначена частота дискретизаціїf_д; інтервал дискретизаціїТ_д;число рівнів квантування L; довжина двійкового коду n; тривалість двійкового символуТ_б;відношення сигнал/шум квантування _кв для розрахованих параметрів АЦП;допустима ймовірність помилки символу р_доп в каналі зв'язку (на вході ЦАП).

На основі отриманих параметрів було спроектовано наступні схеми: ЦАП на основі матриці двійковозважених резисторів в статиці і динаміці, а також АЦП послідовного наближення. Переваги схем ЦАП в статиці і динаміці наступні:

Відносно не велика похибка перетворення як у динаміці так і у статиці

Простота в реалізації

Можливість роботи схеми ЦАП в динаміці як у автоматичному так і в ручному режимі

Недоліком ЦАП на матриці двійково-зважених резисторах є досить значна кількість номіналів - шість. Цей недолік усунений в ЦАП на матриці типу R - 2R.

Перевагою АЦП послідовного наближення є висока роздільна здатність, яка зумовлена відсутністю зворотного зв’язку.

В ході виконання курсової роботи було закріплено основні навички з курсів «Комп’ютерна схемотехніка», «Теорія електричних кіл», «Теорія інформації і кодування» і «Комп’ютерна електроніка».

Date: 2016-06-09; view: 464; Нарушение авторских прав