Работа 24. Исследование ацп и цап

Работа «Исследование АЦП и ЦАП» предназначена для изучения процессов аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразований сигналов.

Она содержит шесть заданий:

1 и 2. Знакомство с осциллограммами сигналов на выходах отдельных ФУ АЦП и ЦАП при использовании 8-разрядного АЦП с логикой последовательного уравновешивания.

3 и 4. Знакомство с осциллограммами сигналов на выходах отдельных ФУ АЦП и ЦАП при использовании 4-разрядного АЦП с логикой поразрядного уравновешивания.

5. Исследование влияния логики уравновешивания и разрядности на формирование образцовых напряжений в АЦП.

6. Исследование влияния антиэлайсингового фильтра на качество передачи аналоговых сигналов.

Задание 1

В аналого-цифровом преобразователе (АЦП) выключите антиэлайсинговый ФНЧ (на входе схемы выборки-хранения (СВХ)). Установите разрядность АЦП N = 4, тип логики последовательного уравновешивания «1». Выберите в качестве передаваемого сигнала линейно нарастающее напряжение (№ 2 от источника сигнала) при его длительности 10 мс. Масштаб развертки осциллографа установите 0 – 7,5 мс (кнопкой «t x 2»). Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов в разных точках АЦП в следующем порядке по каналам:

1) передаваемый сигнал на входе АЦП (т.13),

2) на выходе СВХ (т.15),

3) на выходе ЦАП («#/^») при N = 4 (т.16),

4) на выходе ЦАП («#/^») при N = 8 (т.16).

Комментарии и выводы

Работа АЦП с последовательной логикой уравновешивания протекает следующим образом:

1) Преобразуемое аналоговое напряжение подвергается дискретизации в схеме выборки-хранения (СВХ) для хранения отсчетов u_i в течении цикла преобразования (периода цикловых импульсов (ЦИ)).

2) Компаратор сравнивает эти отсчеты с напряжением от генератора образцовых напряжений (ГОН) u_ГОН.

3) В качестве ГОН используется цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) на вход которого подается последовательность нарастающих двоичных чисел от счетчика тактовых импульсов (ТИ) в схеме логики последовательного уравновешивания. Эта последовательность чисел с помощью ЦАП преобразуется в ступенчато нарастающее образцовое напряжение u_ГОН, начинающееся с нижней границы диапазона преобразования АЦП.

Работа счетчика и рост u_ГОН продолжаются пока u_ГОН < u_i. Как только u_ГОН превысит u_i, сменится состояние компаратора из «0» в «1», что приведет к прекращению счета ТИ в счетчике и, соответственно, к прекращению дальнейшего роста u_ГОН. При этом последнее состояние счетчика можно трактовать как цифровое значение отсчета u_i. Зафиксированный в счетчике код переводится из натурального в дополнительный, запоминается в регистре схемы логики и в следующем цикле выводится в последовательном формате на выход АЦП.

Нетрудно сообразить, что частота следования ТИ должна в 2^N раз превышать частоту ЦИ (N – разрядность АЦП), а шаг квантования в 2^N раз меньше диапазона преобразования АЦП. По этой причине АЦП с последовательной логикой уравновешивания являются самыми медленными. Кроме того имеет место задержка в передаче цифрового отсчета на длительность цикла преобразования.