Лабораторная работа №15 дослідження схем ацп і цап

Цель работы: дослідження схем АЦП і ЦАП

Краткие теоретические сведения

Преобразование сигналов из аналоговой формы в цифровую осу­ществляется устройствами, называемыми аналого-цифровыми преоб­разователями (АЦП). Одним из основных параметров АЦП является количество разрядов в выдаваемых данных, характеризующее точно­сть представления отсчетов в цифровой форме; другой его важный па­раметр — время преобразования (максимальный интервал времени между началом проведения операции по преобразованию одного от­счета и готовностью выходных цифровых данных), определяющее быстродействие устройства преобразования.

Рис. 15.1. Преобразование сигнала из аналоговой формы в цифровую

Основні характеристики схем АЦП:

Розрядність, К;

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 – характеризує дисперсію різниці значень вхідного і перетвореного сигналу.

Процес аналого-цифрового перетворення (рис.15.1) полягає в тому, що кожному значенню Х в момент часу t ставиться у відповідність парі найближчих значень X^*t^*.

Прийнято називати процес розбивки рівня по напругах – квантуванням, а за часом – дискретизацією. Період дискретизації

.

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

_.

Шум квантування має рівномірний закон розподілу, отже математичне сподівання дорівнює половині інтервалу, а дисперсія D=Δ²/12 (визначає потужність шуму квантування). Величину вибирають такою, щоб шум квантування був менше шумової складової вхідного процесу.

Частоту дискретизації вибирають за теоремою Котельникова.

Схеми ацп

По принципу действия АЦП делят на последовательные, параллельные, комбинированные и преобразователи с использованием интегрирования. Последовательные АЦП различают трёх видов – развёртываемого, следящего и поразрядного уравновешиваний. Ниже рассмотрены некоторые типы АЦП.

Послідовні АЦП з одиничним наближенням

.

Любий АЦП містить хоча б один компаратор (пристрій порівняння двох сигналів). Схема послідовного АЦП з одиничним наближенням наведена на рис. 15.2.

У схемі використовується принцип перетворення напруги в тривалість імпульсу з наступним виміром тривалості імпульсу.

Принцип роботи схеми пояснюють часові діаграми, представлені на рис. 15.3.

Робота АЦП начинается с импульса со схемы управления (СУ): счетчик и регистр обнуляются, запускаются ГТI и ГЛЗН. Входной сигнал и напряжение с выхода ГЛЗН поступают на входы компаратора, где сравниваются. Если напряжение генератора меньше входного, то на выходе компаратора будет напряжение (единица), разрешающее прохождение тактовых импульсов через схему совпадения на вход счетчика. Счетчик считает количество поступивших импульсов. При равенстве напряжений входного сигнала и пилообразного на выходе компаратора появляется ноль и тактовые импульсы на вход счетчика больше не поступают. Код на выходе счетчика является выходным кодом АЦП (хранится в регистре).

Рис. 15.2. Схема послідовного АЦП з одиничним наближенням (ГЛЗН – генератор лінійно змінюючоїся напруги; ГТІ – генератор тактових імпульсів; СТ – лічильник; RG – регістр; & - схема совпадения)

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).