2.6 Контрольні питання

1. Методи і типи ЦАП.

2. Статичні параметри ЦАП.

3. Поняття дискретності, квантування, роздільна здатність ЦАП.

4. Характеристика перетворення, нелінійність ЦАП.

5. Напруга зміщення нуля, допустима напруга на виході ЦАП.

6. Динамічні параметри ЦАП.

7. Чинники, що впливають на погрішність ЦАП.

8. Апаратні реалізації ЦАП.

9. Приклади практичного застосування ЦАП.

Рисунок 2.2 - EV8031

3 Лабораторна робота №2

АНАЛОГО-ЦИФРОВЕ ПЕРЕТВОРЕННЯ

Мета роботи: Навчитися вимірювати аналогову величину.

Учбове завдання: Розробка програм вимірювання аналогових величин для різних методів вимірювання і типів АЦП.

3.1 Порядок виконання лабораторної роботи:

1. Вивчити структурну схему модуля АЦП на платі розширення.

2. Розробити алгоритм та програму для виконання індивідуального завдання до початку лабораторного заняття.

3. Ввести програму індивідуального завдання на персональному комп'ютері.

4. За допомогою ПОС проаналізувати виконання індивідуальної програми.

5. Завантажити програму в стенд ОЕВМ. Переконатися в правильному виконанні індивідуального завдання, змінити значення напруги, які подаються на вхід АЦП, повторити перетворення, при негативному результаті здійснити зміну алгоритму або програми.

6. Повторити завантаження програми в стенд ОЕВМ.

7. Роздрукувати лістинг правильно працюючої програми.

8. Відповісти на контрольні питання викладача.

3.2 Короткі теоретичні відомості

Аналогово-цифрові перетворювачі (АЦП) застосовуються у вимірювальних системах і вимірювально-обчислювальних комплексах для узгодження аналогових джерел вимірюваних сигналів з цифровими пристроями обробки і представлення результатів вимірювання.

Існують різні методи побудови АЦП. Вони відрізняються за складністю реалізації, завадостійкості, швидкодією.

У системах де основним критерієм є швидкодія, застосовують АЦП паралельного перетворення. Але АЦП цього типу досить складні в реалізації. Для n-розрядного АЦП необхідно компараторів і паралельний дільник напруги, який виробляє рівнів квантування.

Для реалізації систем з високою перешкодостійкістю застосовують інтегруючі АЦП. Такий АЦП складається з двох перетворювачів. Вимірювана напруга перетворюється на тривалість імпульсу, а потім тривалість імпульсу перетворюється в цифровий код.

Одним з найпоширеніших є АЦП, побудований на цифро-аналоговому (ЦАП) перетворювачі. Схема цього АЦП наведена на рисунку 3.1.

Рисунок 3.1 - Схема АЦП побудованого на ЦАП.

Код формується лічильником, при організації жорсткої логіки, або програмно, якщо АЦП працює у складі обчислювального комплексу. Вхідний код перетворюється в аналоговий сигнал за допомогою ЦАП. Напруга з виходу ЦАП надходить на один з входів компаратора. На другий вхід подається вимірюєма напруга  . У момент, коли напруга ЦАП буде рівна вимірюваній, компаратор формує сигнал “Stop” який свідчить про закінчення циклу вимірювання.

При формуванні коду використовуються різні алгоритми. Найпростішим алгоритмом є порозрядне врівноваження. При такому підході код змінюється від мінімального, шляхом збільшення одиниці молодшого розряду до тих пір, поки напруга ЦАП не зрівняється з вимірюваною напругою. Недоліком порозрядного врівноваження є маленьке швидкодію.

Для скорочення часу перетворення застосовується метод половинних наближень. Урівноваження починається зі старшого розряду. У цьому розряді встановлюється одиниця і читається стан компаратора. Якщо напруга ЦАП більше вимірюваної то розряд скидається, а якщо менше, то розряд зберігає свій стан. 

Далі таким же чином обробляється наступний розряд. Перетворення закінчується тоді, коли буде опрацьовано всі розряди.

У системах стеження, за будь-якими параметрами часто необхідно безперервно зчитувати стан датчика. Це забезпечується малим часом перетворення за рахунок застосування слідкуючого АЦП. Суть даного алгоритму полягає в тому, що спочатку код формується методом половинних наближень. А після порівняння з вимірюваною напругою АЦП відстежує зміну напруги. Якщо напруга зростає то код збільшується за розрядами до тих пір, поки напруга ЦАП не зрівняється з вимірюваною, і навпаки.

АЦП побудований на мікросхемах DА2 (десяти розрядний ЦАП) і DA1 компаратор з ТТЛ виходом. Молодша частина коду зберігається у порту А мікросхеми паралельного інтерфейсу 580ВВ55 (див. схему стенда), старша частина коду зберігається в розрядах 0-1 порту С. Стан компаратора можна прочитати на вводі порту Р1.7 однокристальної ЕОМ, про закінчення циклу перетворення також свідчить світіння світлодіода НL9. Вимірювана напруга знімається з дільника побудованого на резисторах Р.27, R28. Обертаючи ручку потенціометра Р.27 можна міняти вимірювану напругу.