2. Основні параметри цап

Основними параметрами ЦАП являються число розрядів n = 8,…,24 і абсолютна розподільча здатність – середнє значення мінімальної зміни сигналу на виході ЦАП, обумовлене збільшенням або зменшенням його коду на одиницю. Теоретично ЦАП, перетворюючий n-розрядні двійкові коди, повинен забезпечити 2ⁿ різних значень вихідного сигналу з розподільчою здатністю 1/(2ⁿ-1). При числі розрядів n = 8 кількість незалежних квантів (ступенів) вихідної напруги ЦАП рівно 2⁸- = 255, при n = 12,2¹²- 1 = 4095 і т. д.

Абсолютне значення мінімального кванта напруги визначається як граничним приймаємим числом 2ⁿ-1, так і максимальною вихідною напругою ЦАП, по-іншому названим напругою шкали або опорною напругою u₀. Значення абсолютно розподільчої здатності ЦАП, часто позначаємеЗМР (значення молодшого розряду), при n = 8 і опорній напрузі u₀ = 5 В.

ЗМР = u_о/(2⁸ – 1) = 5/255  0,0196 В = 19,6 мВ.

Відмінність реального значення розподільчої здатності від теоретично обумовленими похибками і шумами вхідних в ЦАП вузлів. Точність ЦАП визначається значеннями абсолютної похибки δ_а і нелінійністю перетворювача δ_н. Абсолютна похибка δ_а характеризується відхиленням максимального значення вихідної напруги u_maxвід розрахункового, відповідаючого кінцевій точці характеристики ідеального перетворювача, і вимірюється звичайно в одиницях ЗМР.

З динамічних параметрів найбільш важливим являється максимальна частота перетворення f_max (десятки і сотні кілогерц) – найбільша частот а дискретизації, при якій параметри ЦАП відповідають заданим значенням.

Бібліотечні інтегральні схеми ЦАП середовища MS10 потребують для своєх роботи підключення тільки постійної еталонної напруги, заземлення і вхідних сигналів.

Навчальні завдання і методиичні вказівки до їх виконання

Завдання 1. (для парних варіантів)

Запустити лабораторний комплекс Labworks і середовище MS10 (клікнувши мишкою на команді Експеримент меню комплексу Labworks). Відкрити файл 35.3.ms10, розташований в каталозі CircuitDesignSuite10.0 середовища MS10, або зібрати на робочому полі середовища MS10 схему для випробування інтегрального цифроаналогового перетворювача (рис. 15.3, а) і встановити в діалогових вікнах компонентів їх параметри і режими роботи. Скопіювати схему 1 на сторінку звіту.

В схемі (рис. 15.3, а) використаний бібліотечний (Mixed) 8-розрядний цифроаналоговий перетворювач DAC, на вході якого подаються сформовані за допомогою перемикачів 0,…,7 двійкові коди від 00000000 до 11111111₂ (FF₁₆ або 255₁₀). Вихідна напруга ЦАП можна виміряти за допомогою вольтметра V1 або осцилографа XSC1, скориставшись візирними лініями, розташованими на його екрані.

Отримати на екрані осцилографа XSC1 ступінчату вхідну напругу

ЦАП (рис. 15.3, б). Для цього потрібно спочатку замкнути перемикач 0, тобто подати напругу 5 В на вхід D0 ЦАП, і запустити програму модулювання. На виході ЦАП формується напруга, рівна ЗМР. Потім під час зупинок моделювання замикати почергово перемикачі 1, 2,…, 7, подаючи вхідні десяткові комбінації 3, 7, 15, 31, 63, 127, 255 на входи D0,…,D7 ЦАП (рис. 15.3, б).

Повторити експеримент. Подаючи на входи ЦАП сформовані за допомогою перемикачів шістнадцяткові коди віо 0 до FF (255₁₀) через крок 10₁₆ (16₁₀) і заносячи в таблицю 15.1 показники вольтметру V1 (значення вихідної напруги u_вихЦАП) при напрузі джерела VCCu₀ = 5 В.

Знайти часткові і усереднені значення ступеня, часткові і усереднені значення МЗР. Побудувати графік u_вих(N), вибрав відповідні масштаби для напруги і вхідних десяткових чисел N, відкладаємо по осях координат.

Талиця 15.1

№ п/п	Вхідний десятковий код N	Вихідна напруга, uвих, В	Напруга ступеня uвих2uвих1, В	Значення молодшого розряду МЗР = (uвих2uвих1)/16, B
1	0	0	0	
2	15
3	31
4	47
5	63
6	79
7	95
8	111
9	127
10	143
11	159
12	175
13	191
14	207
15	223
16	239
17	255

Завдання 2. (для непарних варіантів) Відкрити файл 35.4.ms10, розташований в каталозі CircuitDesignSuite 10.0 середовища MS10, або зібрати на робочому полі середовища MS10 схему для випробування цифроаналогового перетворювача (рис. 15.4, а) і встановити в діалогових вікнах компонентів їх параметри або режими роботи. Скопіювати схему на сторінку звіту.

Провести моделювання ЦАП запрограмував генератор XWG1 (частота генерації сигналів f_г = 1 кГц) на зростання і убування шістнадцяткових чисел від 0 до FF (255₁₀) при кроці 10₁₆ (16₁₀).

Скласти таблицю і занести в неї вихідну напругу ЦАП і величину ступенів, які виводяться в нижньому вікні осцилографа XSC2.

Вимірювання напруг проводити за допомогою візирних ліній осцилографа, встановлюючи їх на двох сусідніх ступенях (див. рис. 15.4, б) при різних кодових комбінаціях на виході генератору XWG1 і напруги u₀ = 5 В джерела VCC.

Тау, при вхідних десяткових числах 175 і 191 і напрузі u₀ = 5 В вихідна напруга ЦАП відповідно рівні 3,437 В і 3,750 В, а напруга ступеня – 312,5 мВ. При цьому ЗМР з розрахунковим значенням.

Встановити напругу u₀ = 10 В джерела VCC і повторити моделювання ЦАП при опорній напрузі 10 В. Побудувати графіки u_вих(N) при u₀ = 5 В і u₀ = 10 В на одному малюнку, вибравши відповідні масштаби для напруг і вхідних десяткових чисел N, відкладаємо по осях координат.

ВМІСТ ЗВІТУ

1. Найменування і мета роботи.

2. Перелік приборів, використаних в експериментах, з їх короткими характеристиками.

3. Зображення електричних схем для дослідження цифроаналогового перетворювача.

4. Копії графіків вихідної напруги досліджуваного ЦАП, відображаючих його роботу.

5. Графіки u_вих(N) при різних значеннях опорної напруги.

6. Висновки з роботи.