3.4 Контрольные вопросы

1 Какой элемент служит основой счетчиков?

2 Какие счетчики называются реверсивными?

3 Как определяется модуль счета счетчика?

4 Чем различаются регистры хранения и сдвиговые регистры?

5 Перечислите режимы работы регистра 74194.

Рис. 3.2 – Схема исследования 4-разрядного двоичного счетчика

Рис. 3.3 – Схема исследования синхронного двоично-десятичного реверсивного счетчика с предварительной установкой кода

Рис. 3.4 – Схема исследования 8-битного сдвигового регистра

Рис. 3.5 – Схема исследования универсального реверсивного сдвигового регистра

Лабораторная работа № 4 исследование работы аналого-цифрового и цифро-аналоговых преобразователей

4.1 Цель работы

Изучение принципа аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования и возникающих при этом погрешностей.

4.2 Основные положения

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) - устройство, предназна­ченное для преобразования непрерывно изменяющейся во времени аналоговой физической величины в эквивалентные ей значения числовых кодов.

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) - устройство, предназназченное для преобразования входной величины, представленной последовательностью числовых кодов, в эквивалентные им значения заданной физической величины.

Процесс аналого-цифрового преобразования предполагает по­следовательное выполнение следующих операций:

1. выборка значений исходной аналоговой величины в некоторые наперед заданные дискретные моменты времени, т. е. дискретиза­ция сигнала по времени;

2. квантование (округление до некоторых известных величин) полученной в дискретные моменты времени последовательности значений исходной аналоговой величины по уровню;

3. кодирование - замена найденных квантованных значений не­которыми числовыми кодами.

При выполнении определенного условия погрешность преобразования на этапе дискретизации по времени отсутствует.

Процесс квантования по уровню дискретной функции всегда связан с внесением некоторой погрешности , значение ко­торой определяется неравенством , где h – шаг квантования. Величина носит название шума квантования и однозначно определяется числом допустимых значений функции, т. е. раз­рядностью используемого числового кода.

Поэтому погрешность аналого-цифрового преобразования, обус­ловленная шумом квантования, при увеличении разрядности вы­ходного кода может быть уменьшена до сколь угодно малой величины. Но в отличие от погрешности дискретизации по времени она принципиально присуща данному алгоритму и не может быть сведена к нулю выбором параметров устройства.

Погрешностей на этапе кодирования не возникает.

Рассмотренные погрешности обусловлены самим алгоритмом аналого-цифрового преобразования. Кроме них в реальных АЦП возникают погрешности, связанные с неидеальностью используе­мой элементной базы, т. е. инструментальные погрешности.

Процесс цифро-аналогового преобразования предполагает по­следовательное выполнение следующих операций: формирование в заданном диапазоне изменения выходного сигнала его дискретных значений, отличающихся на некоторое значение h и постановка каждому сформированному уровню в соответствие некоторого кода; последовательное, с заданным временным интервалом, присвоение выходному сигналу значений выделенных уровней, соответствующих входной последовательности кодов.

При выполнении определенных условий результатом цифро-аналогового преобразования полученной ранее последовательности кодов будет ступенчатая функция_. Эта функция, хотя и непрерывна во времени, но остается дискретной по уровню, что является результатом погрешности, обусленной шумом квантования. Сам процесс цифро-аналогового образования не вносит собственных принципиальных погрешностей, а лишь материализует погрешности, полученные в АЦП. Реально возникающие при преобразовании погрешности носят чисто инструментальный характер.