4795

41

Погрешность преобразователя зависит от ошибок ЦАП и чувствительности компаратора.

Промышленностью выпускаются АЦП последовательных приближений:

К572 ПВ1, К572 ПВЗ, К572 ПВ4 ,К1108 ПВ1, К1113 ПВ1.

2. Краткое описание лабораторного стенда

Лабораторный стенд "АЦП последовательного приближения" представляет собой настольный автономный блок, имеющий на передней панели функциональную схему с органами изменения параметров, устройствами индикации и встроенными измерительными приборами. Главный выключатель стенда расположен с правой стороны блока, на тыльной стороне расположены сетевые предохранители, ввод сетевого шнура и клемма заземления.

Перед началом работы необходимо убедиться в надежном заземлении блока.

Стенд позволяет ознакомиться с принципом действия и внутренней структурой АЦП последовательного приближения. Основными элементами АПЦ являются регистр последовательных приближений DD1 и 10-разрядный ЦАП DD2, функции сравнения двух величин напряжения выполняет компаратор DА1. С правой стороны функциональной схемы размещены два цифровых вольтметра, позволяющих осуществлять одновременное измерение двух уровней сигналов: входного (Uх) и снимаемого с выхода ЦАП (UORN ). По первому прибору (PU1) также устанавливается величина опорного напряжения (UREF) для ЦАП перед началом работы.

Кроме описанных элементов, функциональная схема включает в себя: внешний источник опорного напряжения (ИОН), генератор тактовых импульсов (ГТИ), источник входного сигнала с плавной установкой уровня их, кнопки управления регистром и переключателя выбора режима работы стенда.

Стенд может работать в двух режимах: ручном и автоматическом. В первом случае счетные импульсы на входе регистра подаются от кнопки SВ2, состояние входных линий ЦАП контролируется по индикаторам HL3 –HL1З, результат работы компаратора - по индикатору HL2, завершения цикла преобразования - по индикатору HL1 (прилож.1)

Регистр последовательных приближений имеет вход С для тактовых импульсов, вход D для сигналов запоминаемой информации, вход сброса S. Работу микросхемы иллюстрируют временные диаграммы сигналов на входах и выходах, приведенных на рис.2

При уровне лог. О на входе S по спаду очередного отрицательного тактового импульса (О) триггеры регистра устанавливаются в начальное состояние: на выходе 10 появляется уровень лог. О, на выходах 1-9 -уровень лог. 1. На выходе окончания преобразования Р также возникает уровень лог.1. Такое состояние регистра сохраняется до тех пор, пока на входе S присутствует уровень лог.0.

42

После поступления уровня лог. 1 на вход S спад первого же тактового импульса (1) записывает в триггер регистра с выходом 10 информацию с выхода D (имеет значение уровень до спада тактового импульса), устанавливает на выходе 9 уровень лог. О, а на выходах 1-8 и Р остается уровень лог. 1. Так как в данном случае на вход D воздействует лог. 1, то на выходе 10 появляется такой же уровень. Спад следующего тактового импульса (2) записывает информацию с входа D (так же уровень лог. 1 ) в триггер с выходом 9 и устанавливает на выходе 8 уровень лог.0 и т.д. Таким образом на выходах регистра поочередно появляется уровень лог. О, а затем информация с входа D.

После того, как импульс 10 запишет информацию в триггер с выходом I на выходе Р возникает уровень лог. О и состояние регистра фиксируется до появления

43

Рис.2 Временные диаграммы работы стенда

такого же уровня на входе S. В автоматическом режиме работы стенда вход S соединяется с выходом Р, по этому по спаду очередного тактового импульса (11) регистр устанавливается в исходное состояние (аналогично импульсу 0) и далее повторяется описанный выше цикл работы с периодом в 11 тактов.

44

В автоматическом режиме тактовая последовательность поступает с встроенного ГТИ ( КТ.1 ), а информация снимается с последовательного выхода 00 ( КТ.5 ), к которому подключается осциллограф.

Квыходам 1-10 регистра DD1 подключен ЦАП DD2, у которого вход S1

-старший разряд, вход S10 - младший. Компаратор DА1 сравнивает выходное напряжение ЦАП и преобразуемое входное.

Тактовый импульс 0 ( см. рис.2 ) устанавливает регистр DD1 в исходное состояние, и на вход ЦАП DD2 поступают сигналы кода 011....1.На его выходе появляется уровень, равный половине максимального преобразуемого ЦАП напряжения, и компаратор DА1 сравнивает этот уровень с входным. Если последний оказывается больше (см. диаграмму U/Uх.mах), на выходе компаратора возникает уровень лог. 1. Тактовым импульсом (1) он записывается в триггер с выходом 10 и сохраняется до конца преобразования (при меньшем входном напряжении в этот триггер записывается уровень лог.0 ).

По окончании тактового импульса (1) на выходе 9 регистра DD1 появляется уровень 0, и на входы ЦАП поступают сигналы кода 1011....1. Теперь входное напряжение сравнивается с уровнем 3/4 ( 1/2 + 1/4 ) преобразуемого ЦАП. Если оно больше и этого значения (см. рис. 2), в триггер с выходом 9 записывается тоже уровень 1 ( в ином случае лог.0) следующим тактовым импульсом (2), и на ЦАП воздействуют сигналы кода 11011...1. В этом случае входное напряжение сравнивается с уровнем 7/8 (1/2 + 1/4 + 1/8 ) от максимального и, если оно становится меньше (как на рис. 2), в триггер с выходом 8 записывается уровень лог. О, а уровень сравнения понижается на 1/16 и т.д.

После импульса 10 на выходах 10-1 регистра присутствует сигналы двоичного десятиразрядного параллельного кода, а уровень лог. О на выходе Р (загорается индикатор HL1) сигнализирует об окончании преобразования и может быть использован для перезаписи сигналов сформированного кода в регистр хранения. В процессе преобразования на выходе D0 регистра появляется задержанная на один период тактовых импульсов информация с входа D, т.е. сигналы последовательного кода входного напряжения. В автоматическом режиме при соединении выхода Р с входом S работа АЦП становится циклической с периодом в 11 тактов.

45

Рис. 4. Стенд АЦП. Схема электрическая принципиальная

46

3.Проведение работы

3.1Перед включением стенда выберите ручной режим работы. Включите блок, при этом на табло цифровых вольтметров при подключении входа каждого из них к общей шине (обозначенной значком " ") должны высвечиваться "нули". Отрицательный вход каждого вольтметра (-Uх) уже соединен

собщим проводом схемы, поэтому при измерениях напряжений используется один измерительный щуп, которым соединяют вход ( +Uх) прибора с соответствующей контрольной точкой.

3.2.Подключите вход первого вольтметра РU1 к выходу источника опорного напряжения (ИОН) и установите необходимый уровень опорного напряжения ЦАП (например -10,24 В). При дальнейших измерениях следует сохранять установленный уровень UREF.

3.3.Подключите вход первого прибора к выходу ЦАП (КТ.З), а вход второго - к источнику входного напряжения (КТ.4). Установите необходимый уровень входного аналогового сигнала Uх (при пошаговой отработке цикла преобразования этот уровень меняться не должен).

3.4.Удерживая кнопку ручного сброса регистра SВ1, подайте на вход регистра тактовый импульс (кратковременно нажав кнопку SВ2). При этом должна произойти установка регистра в исходное состояние - на всех входах ЦАП, кроме старшего разряда должен быть уровень лог. 1 (см. рис. 2).

3.5.Осуществите, подавая тактовый импульс на вход регистра, полный цикл преобразования. При этом индикаторы HL3-HL13 позволят визуально контролировать значение цифрового кода, HL2 - результат работы компаратора, а загорание HL1 укажет на завершение цикла преобразования и истинность выходного цифрового кода. Правильность работы компаратора можно контролировать по показаниям вольтметров.

3.6.Для установленных величин UREF, UX постройте временные диаграммы работы АЦП последовательного приближения (см. рис. 2).

3.7.Подключите к последовательному выходу АЦП ( КТ.5) и выходу окончания преобразования (КТ.6) двухлучевой осциллограф. Переведите стенд в автоматический режим (переключатель SА1). Сброс регистра будет осуществляться автоматически после окончания цикла преобразования. Установив необходимую чистоту ГТИ и добившись хорошей синхронизации, можно наблюдать на экране осциллографа всю 10-разрядную последовательность выходного цифрового кода. При этом можно изменять величину входного аналогового сигнала Uх. Сигнал окончания преобразования поможет визуально выделить 10-разрядную повторяющуюся последовательность выходного параллельного кода.

Что можно сказать о работе АЦП в циклическим режиме? Постройте диаграммы ( DO и P ) для какого-либо значения входного сигнала Ux.

Примечание: при переходе из ручного режима в автоматический возможно нарушение синхронизации стенда. В этом случае следует вернуться в

48

Грибанов Андрей Анатольевич

СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Методические указания к лабораторным работам для студентов по направлению подготовки бакалавра

15.03.04 – «Автоматизация технологических процессов и производств»

Редактор С.Ю. Крохотина

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»