ЛР7

_{МИНОБРНАУКИ РОССИИ}

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ЭПУ

отчет

по лабораторной работе №7

по дисциплине «Цифровая схемотехника»

Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМ ЦАП И АЦП

Студент гр.
Преподаватель

Санкт-Петербург

2024

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. Схема АЦП работает под управлением регистра последовательных приближений, собираемого на кольцевом счетчике, группе JK-триггеров и регистре хранения результатов преобразований.

В качестве источника данных для исследования ЦАП используется группа переключателей. Вкачестве оцифровываемого сигнала–напряжение с переменного резистора. Разрядность ЦАП и АЦП–4 бита.

Рис.1 Исследованная схема4-разрядного ЦАП на резисторной матрице R-2R

В результате исследования ЦАП с матрицей R-2Rбыла 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.

Пример расчёта:

DAC[3..0]	Эксп UDAC, B	Теор UDAC, B	Абслоютная погрешность
0000	0	0,00	0,00
0001	1,6	0,31	1,29
0010	0,8	0,63	0,18
0011	0,92	0,94	0,02
0100	2,4	1,25	1,15
0101	2	1,56	0,44
0110	1,2	1,88	0,68
0111	2,8	2,19	0,61
1000	0,2	2,50	2,30
1001	1,84	2,81	0,97
1010	1	3,13	2,13
1011	2,62	3,44	0,82
1100	0,6	3,75	3,15
1101	2,22	4,06	1,84
1110	1,42	4,38	2,96
1111	3,04	4,69	1,65

Таблица 1 – Экспериментальная и теоретическая зависимости выходного напряжения

Рисунок 2 – График экспериментальной и теоретической зависимостей выходного напряжения от генерируемого сигнала

Как видно, теоретически рассчитанная зависимость существенно не совпадает с экспериментальной. Расхождения объясняются тем, что возможно была спутана очерёдность числе B[3..0] при снятии. Наблюдается зависимость, при которой младший бит вносит самый значимый вклад, а самый старший — наоборот, минимальный. На глаз эта тенденция совпадает с тем, как были рассчитаны теоретические значения.

Интегральная нелинейность ЦАП составляет:

Рис.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.

Размер ступеньки для теоретической зависимости рассчитывается следующим образом:

Таблица 2 – Зависимость результата преобразования от входного наёпряжения

OUT[3..0]	U вх эксп, В	U вх теор, В
0000	0,08	0
0001	0,32	0,23
0010	0,50	0,46
0011	0,72	0,69
0100	0,96	0,92
0101	1,20	1,15
0110	1,36	1,38
0111	1,54	1,61
1000	1,74	1,84
1001	1,94	2,07
1010	2,10	2,3
1011	2,34	2,53
1100	2,50	2,76
1101	2,70	2,99
1110	2,90	3,22
1111	3,10	3,22

Рисунок 4 – График экспериментальной и теоретической зависимостей выходного напряжения от генерируемого сигнала

Рисунок 5 – Процесс подбора напряжения на выходе ЦАПс тем, чтобы оно оказалось близко к входному

Для исследования процесса подбора выходного напряжения ЦАП под управлением РПП на потенциометре было установлено такое напряжение, чтобы показания схемы составили OUT[3..0] =0101 (номер варианта–5). При этом входное напряжение U_VIN составило 1,12 В, что соответствует ожидаемому.

ВЫВОД: В ходе выполнения лабораторной работы были исследованы цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) на основе резисторной матрицы R-2R и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), использующий такой ЦАП в своем составе. Были построены экспериментальная и теоретическая зависимости выходного напряжения. Как видно из графика рис.2, теоретические и экспериментальные данные имеют расхождение, что связано с нарушенным порядком снятия зависимости. В экспериментальных данных заметно, что наибольшее изменение амплитуды происходит с переключением младшего бита, а наименьшее — с переключением старшего.

Так же был построен график экспериментальной и теоретической зависимостей выходного напряжения от генерируемого сигнала АЦП. Здесь расхождений не наблюдается, теория совпадает с экспериментом.