Санкт-Петербургское государственное общеобразовательное учреждение среднего профессионального образования

«Политехнический колледж городского хозяйства»

Руководство

по выполнению лабораторной работы № 3

«Измерение погрешностей аналого-цифрового преобразователя (АЦП)»

По предмету: Электрорадиоизмерения_________________________________

__________________________________________________________________

Специальность: 210413, 210308, 210113, 221413_________________________

Разработал преподаватель:

________________/Двуличанская Т.В./

^{(подпись) (Ф.И.О.)}

«____»_____________________2013 г.

1. Цель работы:

1. Изучение основных принципов работы аналого-цифрового преобразователя.

2. Изучение методов аналого-цифрового преобразования.

3. Получение практических навыков использования измерительных приборов.

2. Используемы приборы:

Название прибора	Тип	Параметры
Мультиметр	Meterman 35XP
Источник питания (ИП)	TL303
Лабораторный макет	Параллельный АЦП

3. Пояснения к работе:

Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) — один из самых важных электронных компонентов в измерительном и тестовом оборудовании. АЦП преобразует напряжение (аналоговый сигнал) в код, над которым микропроцессор и программное обеспечение выполняют определенные действия. Даже если Вы работаете только с цифровыми сигналами, скорее всего Вы используете АЦП в составе осциллографа, чтобы узнать их аналоговые характеристики.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП, англ. Analog-to-digital converter, ADC) - устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал). Обратное преобразование осуществляется при помощи ЦАП (цифро-аналогового преобразователя, DAC). Как правило, АЦП - электронное устройство, преобразующее напряжение в двоичный цифровой код

Аналоговый сигнал является непрерывной функцией времени, в АЦП он преобразуется в последовательность цифровых значений. Сам процесс преобразования включает в себя три основные операции: дискретизацию, квантование и кодирование (рисунок 1).

Операция дискретизации состоит в том, что по заданному аналоговому сигналу S(t) (рисунок 1, a) строится дискретный сигнал S(nT), причем S(nT) =S(t). Физически такая операция эквивалентна мгновенной фиксации выборки из непрерывного сигнала S(t) в моменты времени t = nТ, после чего образуется последовательность выборочных значений {(S(nT)}.

После того, как сигнал дискретизирован, производится его квантование и кодирование, что, собственно, и является основной операцией при аналого-цифровом преобразовании. На этом этапе по заданному дискретному сигналу S(nT) строится цифровой кодированный сигнал Sц(nT).

Рисунок 1 - Аналого-цифровое преобразование: (а) – исходный аналоговый сигнал; (б) - дискретизация; (в) – квантование

Разрядность АЦП характеризует количество дискретных значений, которые преобразователь может выдать на выходе.

Параллельные АЦП.

Большинство высокоскоростных осциллографов и некоторые высокочастотные измерительные приборы используют параллельные АЦП из-за их высокой скорости преобразования

Рисунок 2 – Схема лабораторного блока

«Параллельный АЦП»

Рисунок 2 показывает упрощенную блок-схему 4-х разрядного параллельного АЦП (для преобразователей с большим разрешением принцип работы сохраняется), установленного на лабораторном стенде.

Здесь используется массив компараторов, каждый из которых сравнивает входное напряжение с индивидуальным опорным напряжением. Такое опорное напряжение для каждого компаратора формируется на встроенном прецизионном делителе. Для 4-х разрядного АЦП требуется 2⁴-1 или 15 компараторов. В данном лабораторном стенде представлен сокращенный вариант – 9 компараторов.

С увеличением входного напряжения компараторы последовательно устанавливают свои выходы в логическую единицу вместо логического нуля, начиная с компаратора, отвечающего за младший значащий разряд. Можно представить преобразователь как ртутный термометр: с ростом температуры столбик ртути поднимается.

Шифратор (CD) преобразует (2⁴ - 1) - разрядное цифровое слово с выходов компараторов в двоичный 4-х разрядный код.