МОии / Ершова Я.В / МОИИ / ПЗ 1

Практическое занятие №1.

Преобразование непрерывной функции в дискретный вид

Цель работы: изучить в среде моделирования электронных схем Electronic Workbench 5.12 работу аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей.

1. Общие сведения

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП, англ. Analog-to-digital converter, ADC) – устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал). Обратное преобразование осуществляется при помощи ЦАП (цифро-аналогового преобразователя,

DAC).

Как правило, АЦП преобразует входное напряжение в двоичный цифровой код. Двоичный цифровой код обычно представляют в шестнадцатеричной системе счисления.

Разрядность АЦП характеризует количество дискретных значений, которые преобразователь может выдать на выходе. В двоичных АЦП измеряется в битах, двоичный 8-ми разрядный АЦП способен выдать 256 дискретных значений (0…255 или 0..FF в шестнадцатеричной системе счисления).

Аналоговый сигнал является непрерывной функцией времени. В АЦП он преобразуется в последовательность цифровых значений. Одним из основных параметров АЦП является частота выборки цифровых значений из аналогового сигнала. Частота, с которой производятся цифровые значения, получила название частота дискретизации АЦП.

1

2. Описание элементов моделирования

2.1.Основные команды

изменить масштаб: Ctrl+ +, Ctrl+ -

повернуть элемент схемы: Ctrl+R

сохранить схему: Ctrl+S

скопировать/вставить элемент Ctrl+C, Ctrl+V

изменение цвета линии развертки на осциллографе: необходимо изменить цвет проводника, соединяющего вход осциллографа с

участком схемы.

Внимание: в программе не реализована функция отката действия (режима Undo нет)!

2.2.Общие элементы

2.3.АЦП, ЦАП

2.4.Индикатор

2

2.5.Переключатель, резистор, конденсатор

2.6.Дифференциальный усилитель

2.7.Генератор и осциллограф

Внимание: на схеме можно расположить только один экземпляр генератора и осциллографа.

Параметры генератора можно изменить два раза щелкнув по нему левой кнопкой мыши:

Рисунок 1.1 – Окно настроек генератора

Элементы окна настройки генератора:

- генератор прямоугольных импульсов; - настройка частоты следования импульсов;

3

- скважность; - амплитуда.

Осциллограф также вызывается двойным щелчком мыши по пиктограмме на схеме:

Рисунок 1.2 – Окно осциллографа К осциллографу можно подключить два источника сигнала. - увеличить размер экрана в два раза.

Параметры сигнала изменяются двойным щелчком мыши по пиктограмме на схеме:

Рисунок 1.3 – Параметры генератора сигнала

- амплитуда сигнала; - частота сигнала.

4

3. Моделирование работы аналого-цифрового преобразователя

Входы vref+ vrefпозволяют установить диапазон квантования аналогового сигнала (верхний и нижний порог). Следует учесть, что vref+ обязательно больше vref-. Зная разрядность n=8 АЦП можно определить шаг

вход аналогового сигнала; вход сигнала частоты дискретизации;

сделать активными выходы АЦП; сигнал окончания преобразования;

цифровой код.

3.1.Влияние диапазона входного сигнала на точность дискретизации амплитуды

3.1.1. Собрать схему (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 – Схема для моделирования

5

Для записи значения преобразования (цифровой код) используется индикатор HL1-HL2. HL1 отображает старший разряд числа, HL2 – младший. Формат отображения чисел – шестнадцатеричный. Для перевода чисел в десятичный код можно воспользоваться калькулятором Windows 7 (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 – Калькулятор в режиме «Программист» для перевода чисел

Чтобы включить режим «Программист» необходимо выбрать пункт «Вид» «Программист» или использовать сочетание клавиш Alt+3. Для перевода чисел из шестнадцатеричной системы в десятичную установите переключатель в положение Hex, введите число, установите переключатель в положение Dec.

3.1.2. Порядок выполнения работы В соответствии с заданием заполнить таблицу 2.1. Таблица 2.1.

3.1.3.Контрольные вопросы 1. Что произойдет, если на вход АЦП подать сигнал, амплитуда

4.Каким образом можно повысить точность дискретизации сигнала по амплитуде (2 способа)?

5.Как преобразовать дискретное значение амплитуды сигнала в значение [В]. Привести пример из таблицы результатов 2.1.

4.Моделирование работы цифро-аналогового преобразователя

4.1. Формирование напряжения на выходе ЦАП 4.1.1. Собрать схему (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 – Схема моделирования ЦАП

4.1.2.Порядок выполнения работы

Всоответствии с заданием установить значения vref+ vref-. Изменяя состояние переключателей (с помощью клавиатуры) записать показания вольтметра и заполнить таблицу 3.1.

Таблица 3.1.

4.1.3.Контрольные вопросы 1. Напишите формулу для определения амплитуды сигнала на выходе

7

5. Общая схема моделирования аналого-цифрового тракта

5.1.Собрать схему (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 – Общая схема модели

5.2.Порядок выполнения работы В соответствии с заданием установить значения амплитуды и частоты

источника сигнала . Установить значение частоты дискретизации

генератора . Оценить точность восстановления сигнала после ЦАП при увеличении частоты дискретизации.

5.3.Контрольные вопросы

1.Какой элемент схемы (рисунок 4.1) влияет точность дискретизации сигнала по времени?

2.Что произойдет, если параметр входного сигнала превысит значения

?Привести график.

3.Пояснить назначение фильтра после ЦАП.

4.Чем обусловлена задержка между фронтами сигналов с ЦАП и после фильтра?

5.Изменить схему на рисунке 4.1 таким образом, чтобы на осциллографе можно было одновременно наблюдать выходной сигнал с ЦАП и либо входной сигнал до АЦП, либо после фильтра. Привести график и схему.

8

6.Оформление отчета Отчет должен содержать:

1.Исходные данные.

2.Результаты измерений в табличном виде.

3.Поясняющие графики.

4.Ответы на контрольные вопросы.

7.Задание для выполнения практической работы Таблица 7.1. – Задание для раздела 2.1.

Таблица 7.2. – Задание для раздела 3.1.

10