ИССЛЕДОВАНИЕ АНАЛОГОВО – ЦИФРОВОГО И ЦИФРОАНАЛОГОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ 4 лаба ТПС
.docxФедеральное агентство железнодорожного транспорта
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I»
(ФГБОУ ВО ПГУПС)
Факультет «Автоматизация и интеллектуальные технологии»
Кафедра «Электрическая связь»
Дисциплина ««Теория передачи сигналов»
Лабораторная работа №4
«ИССЛЕДОВАНИЕ АНЛОГОВО – ЦИФРОВОГО И ЦИФРОАНАЛОГОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ»
Выполнил студент: |
|
Группа: |
|
|
|
Проверил: |
|
подпись,
дата
Санкт-Петербург
2022
Цель работы - изучение принципов действия преобразователей аналогового сигнала в цифровой (АЦП) и цифрового сигнала в аналоговый (ЦАП). Снятие и изучение статических характеристик АЦП и ЦАП. Наблюдение осциллограмм преобразованных сигналов при разных частотах дискретизации и разрядности цифрового сигнала.
Схема параллельного АЦП
Рис.1 Схема АЦП параллельного действия
Схема параллельного ЦАП
Рис. 2 Схема ЦАП параллельного действия
Схема параллельного АЦП действует следующим образом: опорное напряжение U0 подается на входы параллельно включенных компараторов через резисторные делители напряжения с целью формирования для каждого последующего компаратора индивидуального напряжения. Полученные напряжения образуются в порядке возрастания на каждом входе компараторов с низа до верха. Таким образом, подавая измеряемое напряжение Ux на вторые входы компараторов – будет срабатывать тот компаратор, на котором измеряемое напряжение превысило деленное опорное напряжение. Далее, образованная комбинация сигналов на выходах компараторов поступает на дешифратор, где преобразуется в двоичный код.
К недостаткам данного типа АЦП можно отнести значительное увеличение количества компараторов при увеличении требования к детализации обрабатываемого входного напряжения, а также сложность реализации данного типа АЦП в схемах высокой степени интеграции. Однако достоинством этого АЦП является быстрота преобразования аналогового напряжения в цифровой вид.
Схема параллельного ЦАП действует следующим образом: двоичный код разрядностью n подается на электронные ключи Z0 – Zn. Каждая ветвь соответствующего разряда имеет сопротивление, деленное на степень двойки R0 – R0/2^n. При подаче на тот или иной ключ логической единицы, начинает протекать ток от источника Uоп через тот или иной резистор. Соответственно, каждая ветвь разряда имеет индивидуальный протекающий через нее ток, зависящий от номинала сопротивления. Различные цифровые коды получают эквивалентные им величины токов, которые подаются на преобразователь тока в напряжение, построенный на основе операционного усилителя. На выходе этого преобразователя формируется уровень напряжения, эквивалентный поданному на ЦАП двоичному числу.
Недостатком этой схемы можно назвать то, что при увеличении количества разрядов значительно увеличивается сопротивление резистора R0. Достоинством этого типа является быстрота преобразования и относительная дешивизна сборки.
Снятие статических характеристик АЦП и ЦАП
Таблица 1
Разрядность |
3 |
4 |
5 |
8 |
|
1,1 |
1,5 |
1,75 |
2,3 |
Статическая характеристика ЦАП:
Таблица 2
Разрядность |
3 |
4 |
5 |
8 |
|
1,1 |
1,4 |
1,7 |
2,2 |
Рис. 3 Статическая характеристика
Данные для графиков 8, 5, 4 и 3-х разрядов зависимости в таблице 3: 𝑈вых ЦАП = 𝜑1(𝑈вх АЦП), 𝑈шк = 𝑈вых ЦАП − 𝑈вх АЦП = 𝜑2(𝑈вх АЦП)
Таблица 3
Разрядность |
8 |
5 |
4 |
3 |
|
1 |
0,7 |
1,1 |
1,2 |
1,5 |
1,2 |
2 |
2,8 |
|
3 |
3 |
3,5 |
4 |
|
5 |
4,8 |
5 |
6,2 |
|
6 |
6,5 |
6,5 |
7 |
|
|
0,8 |
0,5 |
1,2 |
1 |
1,4 |
1 |
2 |
1,5 |
|
2,6 |
3 |
3,5 |
3,5 |
|
4 |
4,5 |
4,8 |
5 |
|
5,8 |
5,8 |
6 |
6,5 |
Рис. 4 График зависимости
при 8 разрядах
Рис. 5 График зависимости при 5 разрядах
Рис. 6 График зависимости при 4 разрядах
Рис. 7 График зависимости при 3 разрядах
Рис. 8 График зависимости
при 8 разрядах
Рис. 9 График зависимости при 5 разрядах
Рис. 10 График зависимости при 4 разрядах
Рис. 11 График зависимости при 3 разрядах
Вывод
В ходе данной лабораторной работы был изучен принцип действия аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей, построенных на параллельном принципе, получены статические характеристики для ЦАП и АЦП а также построены графики зависимости выходного и входного напряжения для ЦАП и АЦП соответственно. Процесс аналого-цифрового преобразования заключается в преобразовании непрерывного аналогового сигнала в числовую последовательность. Для этого реализуются два процесса – дискретизация и квантование. Дискретизация – процесс регистрации значений измеряемого сигнала через определенные промежутки времени. Квантование – процесс деления диапазона амплитуды сигнала на определенное количество уровней с последующим округлением значений до ближайшего уровня. Соответственно, с увеличением частоты дискретизации и количества уровней квантования – существенно увеличивается качество оцифрованного сигнала, так как его интерпретация становится более детализированной и приближенной к оригинальному аналоговому сигналу.
Цифро-аналоговое преобразование происходит в обратном порядке. На вход ЦАП подается некое двоичное число, комбинация которого генерирует эквивалентный ей уровень выходной величины (тока или напряжения). Основным главным параметром качества обоих этих процессов является скорость преобразования, так как от нее зависит качество и точность преобразованного сигнала.