lab7 / циф7
.docxМИНОБРНАУКИ РОССИИ Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) Кафедра электронных приборов и устройств |
||||||
отчет по лабораторной работе №7 по дисциплине «Цифровая схемотехника» Тема: «ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМ ЦАП И АЦП»
|
||||||
|
||||||
Санкт-Петербург 2024 г. |
Цели работы: исследовать цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) на основе резисторной матрицы R-2R, собрать и исследовать схему аналого-цифрового преобразователя (АЦП), использующего такой ЦАП в своем составе.
Обработка результатов
Вариант №20
Исследование принципа действия матрицы R-2R
Схема для исследования матрицы представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Исследованная схема 4-разрядного ЦАП на резисторной матрице R-2R
В результате исследования ЦАП с матрицей R-2R была получена экспериментальная зависимость напряжения в цепи DAC_OUT от входного числа DAC[3..0]. Сравнение данной и теоретически рассчитанной зависимости приведено в табл.1 и на рис. 2.
Таблица 1 – Экспериментальная и теоретическая зависимости выходного напряжения от входного числа
DAC[3..0] |
Эксп. значение UDAC_OUT, В |
Теор. значение UDAC_OUT, В |
Абсолютная погрешность, В |
0000 |
0.02 |
0.00 |
0.02 |
0001 |
0.18 |
0.21 |
0.03 |
0010 |
0.4 |
0.41 |
0.01 |
0011 |
0.6 |
0.62 |
0.02 |
0100 |
0.8 |
0.83 |
0.02 |
0101 |
1.02 |
1.03 |
0.01 |
0110 |
1.22 |
1.24 |
0.02 |
0111 |
1.42 |
1.44 |
0.02 |
1000 |
1.6 |
1.65 |
0.05 |
1001 |
1.82 |
1.86 |
0.04 |
1010 |
2.02 |
2.06 |
0.04 |
1011 |
2.22 |
2.27 |
0.05 |
1100 |
2.42 |
2.48 |
0.05 |
1101 |
2.62 |
2.68 |
0.06 |
1110 |
2.84 |
2.89 |
0.05 |
1111 |
3.04 |
3.09 |
0.05 |
Рисунок 2 – График экспериментальной и теоретической зависимостей выходного напряжения от входного числа
Пример расчета:
Как видно, теоретически рассчитанная зависимость в целом совпадает с экспериментальной. Это подтверждает корректность эксперимента. Интегральная нелинейность ЦАП составляет: UИ = 0.06 В. Она была определена как максимальное отклонение от теоретической зависимости напряжения на выходе схемы от входного числа.
Исследование 4-разрядного АЦП последовательных приближений
На рисунке 3 представлена схемы работы данного устройства.
Рисунок 3 - Исследованная схема 4-разрядного АЦП последовательных приближений
В результате исследования АЦП последовательных приближений была получена экспериментальная зависимость результата преобразования OUT[3..0] от входного напряжения. Сравнение данной зависимости с теоретически рассчитанной приведено в табл.2 и на рис. 4.
Таблица 2 – Зависимость результата преобразования АЦП от входного напряжения схемы
Входное напряжение UVIN, В |
Теоретическое значение OUT[3..0] |
Экспериментальное значение OUT[3..0] |
0.08 |
0000 |
0000 |
0.30 |
0001 |
0001 |
0.42 |
0010 |
0010 |
0.60 |
0011 |
0011 |
0.84 |
0100 |
0100 |
1.08 |
0101 |
0101 |
1.30 |
0110 |
0110 |
1.44 |
0111 |
0111 |
1.62 |
1000 |
1000 |
1.84 |
1001 |
1001 |
2.06 |
1010 |
1010 |
2.24 |
1011 |
1011 |
2.44 |
1100 |
1100 |
2.64 |
1101 |
1101 |
2.84 |
1110 |
1110 |
3.08 |
1111 |
1111 |
Рисунок 4 – График экспериментальной и теоретически рассчитанной зависимости результата преобразования АЦП от входного напряжения схемы
Для исследования процесса подбора выходного напряжения ЦАП под управлением РПП на потенциометре было установлено такое напряжение, чтобы показания схемы составили OUT[3..0] = 1010 (номер варианта – 20). При этом входное напряжение UVIN составило 2.04 В, что соответствует ожидаемому. Небольшие расхождения в значениях напряжений объясняются малой разрядностью АЦП.
4
3
2
0
1
START
CMP
VIN
DAC_OUT
Рисунок 5 – Процесс подбора напряжения на выходе ЦАП с тем, чтобы оно оказалось близко к входному
На осциллограмме можно выделить следующие шаги:
0 - Результат предыдущего преобразования переносится в регистр DD11 и устанавливается старший бит DAC3, остальные – сбрасываются.
1 - Выходное напряжение UDAC_OUT оказывается больше входного, что соответствует логическому уровню CMP = «1», поэтому бит DAC3 сбрасывается. Устанавливается бит DAC2.
2 - Выходное напряжение UDAC_OUT оказывается меньше входного, поэтому бит DAC2 сохраняется установленным.
3 - Выходное напряжение UDAC_OUT оказывается больше входного, поэтому бит DAC1 сбрасывается, CMP = «1».
4 - Выходное напряжение UDAC_OUT оказывается меньше входного, поэтому бит DAC0 сохраняется установленным, в цепи START появляется лог. «1» цикл повторяется.
ВЫВОД: в данной работе были исследованы простейшие схемы реализации ЦАП на резистивной матрице R-2R и 4-разрядного АЦП последовательных приближений. Исследованы экспериментальная и теоретическая зависимости выходного напряжения схемы ЦАП UDAC_OUT от задаваемого числа. Погрешность экспериментальных не превышает 0.06 В. Полученные данные с достаточной степенью точности соответствуют теории. Для АЦП построены экспериментальная и теоретическая зависимости результата преобразования схемы OUT от входного напряжения UVIN. Так же была проанализирована осциллограмма работы АЦП.