Лабораторная работа 6 дослідження схем ацп і цап

Ціль роботи: дослідження схем аналого-цифрового перетворення (АЦП) і цифро-аналогового перетворення (ЦАП)

1 Короткі теоретичні відомості

1. Основні характеристики та параметри схем ацп:

Процес аналого-цифрового перетворення (рис.1.1) полягає в тому, що кожному значенню Х в момент часу t ставиться у відповідність парі найближчих значень X^*t^*.

Рисунок 1.1. Перетворення сигналу з аналогової форми в цифрову

Прийнято називати процес розбивки рівня по напругах – квантуванням, а за часом – дискретизацією. Кожному моменту відповідає своє значення напруги – відлік.

• Період дискретизації

.

• Частота дискретизації f_дискр; її вибирають за теоремою Котельникова, вона повинна вдвічі перевищувати найбільшу частоту сигналу.

• Розрядність, К – характеризує точність представлення відсіків в цифровій формі;

• Час перетворення – максимальний інтервал часу між початком проведення операції по перетворенню одного відліку і готовністю вихідних цифрових даних, що визначає швидкодію пристрою перетворення.

• Частота – характеризує кількість повних цифр перетворення в одну секунду;

• Точність перетворення – характеризується різницею напруг між сусідніми рівнями квантування, тобто

, (15.1)

_де - число рівнів квантування при К - розрядному двійковому коді;

• Шум квантування визначається різницею значень вхідного і перетвореного сигналів, і завжди менше :

_.

1.2 Схеми ацп

За принципом дії АЦП ділять на послідовні, паралельні, комбіновані і перетворювачі з використанням інтеграції.

1.2.1 Послідовні ацп з одиничним наближенням

.

Любий АЦП містить хоча б один компаратор. Схема послідовного АЦП з одиничним наближенням наведена на рис.1.2.

Рисунок 1.2 Схема послідовного АЦП з одиничним наближенням

(ГЛЗН – генератор лінійно змінюваної напруги; ГТІ – генератор тактових імпульсів; СТ – лічильник; RG – регістр; & - схема збігу)

У схемі використовується принцип перетворення напруги в тривалість імпульсу з наступним виміром тривалості імпульсу. Принцип роботи схеми пояснюють часові діаграми, представлені на рис. 1.3.

Рисунок 1.3. Діаграми роботи схеми послідовного АЦП з одиничним наближенням.

Робота АЦП починається з імпульсу з схеми управління (СУ): лічильник і регістр зануляються, запускаються ГТІ і ГЛЗН. Вхідний сигнал і напруга з виходу ГЛЗН поступають на входи компаратора, де порівнюються. Якщо напруга генератора менше вхідного, то на виході компаратора буде напруга (одиниця), що вирішує проходження тактових імпульсів через схему збігу на вхід лічильника. Лічильник рахує кількість імпульсів, що поступили. При рівності напруги вхідного сигналу і пилкоподібного на виході компаратора з'являється нуль і тактові імпульси на вхід лічильника більше не поступають. Код на виході лічильника є вихідним кодом АЦП (зберігається в регістрі).

До переваг даної схеми можна віднести її простоту. Але вона має обмеження по частоті дискретизації і використовується при f_дискр<10⁵ Гц (частіше для звукового діапазону).