Лабораторная работа 9 цифро-аналоговый преобразователь

1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить принцип действия четырехразрядного цифроаналогового преобразователя.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Основные определения

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) – устройство для преобразования цифрового кода в аналоговый сигнал. ЦАП применяется для связи цифровых управляющих систем с устройствами, которые управляются уровнем аналогового сигнала.

Важнейшей характеристикой ЦАП является его разрядность. От разрядности n зависит количество N различных уровней выходного сигнала, которые ЦАП может воспроизвести. При двоичном кодировании количество уровней N связано с разрядностью n следующим соотношением:

N  2ⁿ .

Основные свойства цифро-аналогового преобразователя описывает его передаточная характеристика. Передаточная характеристика – это зависимость между величиной сигнала на выходе ЦАП и поданным на вход кодом.

2.2 Принцип действия цап

Рисунок 9.1 – Принципиальная схема ЦАП

В основе работы ЦАП лежит принцип широтно-импульсной модуляции. С помощью тумблеров SA3, …, SA0 (рисунок 9.1) на входах микроконтроллера DD1 задается двоичная кодовая комбинация. Микроконтроллер опрашивает входы и в соответствии с записанной в него программой вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов, у которых период является постоянным, а ширина импульса изменяется и зависит от кодовой комбинации на входе.

Таким образом, длительность, или ширина, импульса изменяется (модулируется) под воздействием кодовой комбинации – в этом и заключается принцип широтно-импульсной модуляции (рисунок 9.2). При этом, чем больше длительность импульса, тем выше среднее за период значение сигнала. Средний уровень сигнала выделяется с помощью фильтра нижних частот R5, C3. Далее аналоговый сигнал поступает на микроамперметр PA1.

Рисунок 9.2 – Широтно-импульсная модуляция: T = const – период сигнала;  = var – длительность импульса; U_ср – среднее значение сигнала за период

3 Практическая часть

3.1 Описание лабораторного стенда

Рисунок 9.3 – Расположение элементов на стенде

Лабораторный стенд (рисунок 9.3) содержит плату с микроконтроллером DD1 и набором светодиодов VD3…VD0; тумблеры SA3, …, SA0 для задания кодовой комбинации; гнезда Х1, Х2, к которым подключается источник питания; микроамперметр для измерения выходного сигнала ЦАП.

3.2 Порядок выполнения работы

1. Соблюдая полярность, подключите источник стабилизированного постоянного напряжения 9В к лабораторному стенду (гнезда Х1, Х2).

2. Последовательно изменяя с помощью тумблеров SA3, …, SA0 двоичный код на входе ЦАП от меньшего к большему, измерьте микроамперметром значение тока I. Результаты измерений и соответствующий код запишите в таблицу 9.1. При подготовке таблицы 9.1 обратите внимание, что таблица вместе с заголовком содержит 17 строк.

3. По данным таблицы 9.1 постройте передаточную характеристику ЦАП – зависимость тока I от кодовой комбинации на входе ЦАП.

В качестве аппроксимирующей функции выберите прямую линию.

Таблица 9.1 – Экспериментальные данные

N	SA3	SA2	SA1	SA0	I, мкА
0
1
2
…
15

4 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется цифро-аналоговым преобразователем?

2. Где применяется цифро-аналоговый преобразователь?

3. Как зависит количество уровней выходного сигнала ЦАП от его разрядности?

4. Что такое передаточная характеристика ЦАП?

5. Что понимают под широтно-импульсной модуляцией?

6. Поясните работу ЦАП по принципиальной схеме.