Методика выполнения работы

1. Запустите программное обеспечение Multisim. В настройках «Options» → «Global Preferences» → закладка «Parts» выберите европейский стандарт обозначения элементов «DIN». Далее для выбора режима симуляции процесса в меню «Simulate» выберите «Digital Simulation Settings» и в открывшемся окне установите «Ideal».

2. Соберите схему аналогового ключа по рис. 3.4, а. Для этого возь­мите из группы «Basic» семейства «Switch» компонент «SBREAK» – 2 ключа, управляемых напряжением, и в поле задания параметров ключа, вызываемом при двойном на нём щелчке, верхнему ключу установите V_on = 5 В и V_off = 4 В. Для нижнего ключа схемы установите V_on = 1 В и V_off = 6 В. Этим обеспечивается совместная их работа в режиме переключения.

а	б
с
Рис. 3.4. Аналоговый ключ: а – принципиальная схема; б – субсхема; с – схема проверки работы аналогового ключа

Подключив выходы и входы схемы к клеммам (меню «Place» → «Connectors» → «HB/SC Connector»), преобразуйте схему в субсхему аналогового ключа (выделите всю схему и выберите в меню «Place» → «Replace by Subcircuit»), задав имя AnKL (по рис. 3.4, б). Изменения в размещении клемм субсхемы реализуются через контекстное меню (правой кнопкой мыши по выбранной субсхеме) выбором «Edit Symbol/Title Block». Проверьте работу субсхемы в соответствии со схемой на рис. 3.4, с, задавая с помощью J2 высокий или низкий уровень сигнала управления и измеряя выходное напряжение то на проводе I03, то на проводе I04 субсхемы.

3. При помощи субсхемы AnKL соберите схему 4-раз­ряд­но­го цифроаналогового преобразователя по рис. 3.5, а (напряжение питания источника опорного напряжения установите равным 10.67 В) и преобразуйте её в субсхему DAC цифроаналогового преобразователя (рис. 3.5, б).

а

б

Рис. 3.5. Цифроаналоговый преобразователь:

а – принципиальная схема; б – субсхема

Резисторы возьмите из группы «Basic», семейство «Resistor», компоненты «1к» и «2к», а операционный усилитель из группы «Analog», семейство «Analog_virtual», компонент Opamp_3T_Virtual.

4. Соберите схему 4-разрядного двоичного счётчика по рис. 3.6, а, ис­пользуя D–триггер из группы «TTL», семейство «74STD», компонент «7474N». Из него сформируйте субсхему Schet (рис. 3.6, а, б).

а

б

Рис. 3.6. 4-разрядный двоичный счетчик:

а – принципиальная схема; б – субсхема

5. Соберите схему АЦП с динамической компенсацией по рис. 3.7 с необходимыми компонентами для её испытания. Собственно АЦП вклю­чает в себя компаратор (группа «Analog», семейство «Analog_Virtual», компонент «Comparator_virtual»), цифроаналоговый преобразователь DAC, счётчик Schet и логический элемент И (группа «TTL», семейство «74STD», компонент «7408N»). Роль генератора тактовых импульсов выполняет ручной переключатель С, сброс показаний счётчика производится вручную переключателем R при замыкании на землю. Входной сигнал U_вх на АЦП задаётся источником регулируемого напряжения, текущие состояния цифроаналогового пре­об­разователя и компаратора контролируются вольтметрами V1 и V2. Индикатор (группа «Indicators», семейство «Probe», компонент «Probe_red») на выходе логического элемента И показывает прохождение импульсов на счётчик.

Рис. 3.7. Схема испытания аналого-цифрового преобразователя

6. Снимите выходную характеристику АЦП – зависимость цифрового кода в функции от входного напряжения. Для этого установите входное напряжение на компараторе равным 10 В, запустите схему моделирования, кнопкой R установите начальное нулевое состояние счётчика и кнопкой С последовательно пода­вайте синхроимпульсы на элемент И, контролируя каждый раз выходные напряжения DAC V₁ и компаратора V₂. Полученные данные сведите в табл. 3.1, объяснив преподавателю динамику работы АЦП при отработке данного входного сигнала.

Таблица 3.1

Uвх, В	10
V1, В			….
V2, В			….
Число	0	1		15
Двоичный код	0000	0001	….	1111

7. Повторите действия, описанные в пункте 6, для входного напряжения 5 В с контролем необходимых выходных данных. Составьте табл. 3.2, аналогичную предыдущей, объяснив работу схемы преподавателю.

8. В схеме (рис. 3.7) вместо субсхемы счётчика под­клю­чите че­ты­­рёхразрядный двоичный счётчик 74191N (рис. 3.8). Цифровой индикатор DCD HEX подключается к схеме в соответствии с указаниями, выносимыми на экран при выделении этого элемента и нажатии клавиши Help. Продемонстрируйте преподавателю следящий ре­жим работы такого АЦП, снимите зависимость выходного циф­ро­вого кода со счётчика и выходных напряжений V₁, V₂ при изме­нении входного напряжения U_вх на входе компаратора (для двух точек 5 и 10 В). Результаты эксперимента све­дите в табл. 3.3 и 3.4, аналогично пункту 6.

Рис. 3.8. Схема испытаний АЦП в следящем режиме

Указания по оформлению отчёта

Отчёт в письменном виде должен содержать:

1) краткое описание работы аналого-цифрового преобразователя, определение точности преобразования, описание работы с биполярным сигналом, структурную схему АЦП с динамической компенсацией;

2) результаты экспериментальной проверки работы аналогового ключа на компонентах SBREAK по рис. 3.4, а; субсхему AnKL и проверку её функционирования по рис. 3.4, с;

3) схему четырёхразрядного ЦАП на субсхеме AnKL по рис. 3.5, а, субсхему цифроаналогового преобразователя DAC по рис. 3.5, б с результатами экспериментальной проверки ее работы;

4) схему четырёхразрядного двоичного счётчика на базе D-триггера по рис. 3.6, а и субсхему Schet по рис. 3.6, б с результатами экспериментальной проверки;

5) схему АЦП по рис. 3.7 с результатами экспериментальной проверки её работы в соответствии с табл. 3.1 и табл. 3.2, объяснение функционирования каждого компонента схемы;

6) схему и результаты экспериментальной проверки работы АЦП в следящем режиме для тех же входных напряжений по п. 5 в соответствии с табл. 3.3 и 3.4;

7) выводы в письменном виде по работе аналого-цифрового преобразователя с динамической компенсацией.