лаб5
.docxМИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра ИИСТ
отчет
по лабораторной работе №5
по дисциплине «Компьютерные технологии в приборостроении»
Тема: Исследование АЦП с помощью NI ELVIS и LabVIEW
Студенты гр. 9587 |
|
Медведев Г.Н. Бурдин Р.А. |
Преподаватель |
|
Королев П.Г. |
Санкт-Петербург
2021
Цель работы:
Исследование метрологических характеристик (МХ) АЦП с помощью NI ELVIS и LabVIEW.
Основные теоретические положения:
АЦП К1113ПВ1. Характеристики. Микросхема представляет собой функционально законченный 10-разрядный АЦП, сопрягаемый с микропроцессором. Обеспечивает преобразование как однополярного напряжения (вывод 15 соединяется с выводом 16) в диапазоне 0...9,95 В, так и биполярного напряжения в диапазоне -4,975...+4,975 В в параллельный двоичный код. В состав ИС входят ЦАП, компаратор напряжения регистр последовательного приближения (РПП), источник опорного напряжения (ИОН), генератор тактовых импульсов (ГТИ), выходной буферный регистр с тремя состояниями, схемы управления. Выходные каскады с тремя состояниями позволяют считывать результат преобразования непосредственно на шину данных микропроцессора. По уровням входных и выходных логических сигналов сопрягаются с ТТЛ схемами. В ИС выходной ток ЦАП сравнивается с током входного резистора от источника сигнала и формируется логический сигнал РПП. Стабилизация разрядных токов ЦАП осуществляется встроенным ИОН. Тактирование РПП обеспечивается импульсами встроенного ГТИ с частотой следования 300...400 кГц. Установка РПП в исходное состояние и запуск его в режим преобразования производится по внешнему сигналу "гашение и преобразование". По окончанию преобразования АЦП вырабатывает сигнал "готовность данных" и информация из РПП поступает на цифровые входы через каскады с тремя состояниями.
NI ELVIS. NI ELVIS(Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite) - настольная рабочая станция и DAQ-устройство (модуль ввода-вывода) вместе образуют завершенную лабораторную установку. Рабочая станция содержит также плату защиты, предохраняющую модуль ввода-вывода от повреждений, которые могут случиться при ошибочных действиях с лабораторным оборудованием. В NI ELVIS используется программное обеспечение, разработанное в среде LabVIEW, и аппаратура сбора данных NI для создания виртуальной измерительной системы, обладающей функциональными возможностями комплекта привычных измерительных приборов.
Метрологические характеристики АЦП:
При последовательном возрастании значений входного аналогового сигнала Uвх (t) от 0 до величины, соответствующей полной шкале АЦП Uпш выходной цифровой сигнал D(t) образует ступенчатую кусочно-постоянную линию. Такую зависимость по аналогии с ЦАП называют обычно характеристикой преобразования АЦП. В отсутствие аппаратных погрешностей средние точки ступенек расположены на идеальной прямой 1 (рис. 4.2), которой соответствует идеальная характеристика преобразования. Реальная характеристика преобразования (прямая 2, рисунок 1) может существенно отличаться от идеальной размерами и формой ступенек, а также расположением на плоскости координат. Для количественного описания этих различий существует целый ряд параметров.
Обработка результатов эксперимента
Вычисление абсолютной и относительной погрешностей
Формула вычисления абсолютной погрешности:
.
Формула вычисления относительной погрешности:
.
Пример расчета:
Результаты вычислений занесем в таблицу 1.
Таблица 1
-
,%0,00
0,00
0,00
-
0,25
0,25
0,00
0,00
0,50
0,51
0,01
2,00
0,75
0,76
0,01
1,33
1,00
1,02
0,02
2,00
1,25
1,28
0,03
2,40
1,50
1,53
0,03
2,00
1,75
1,79
0,04
2,29
2,00
2,04
0,04
2,00
2,25
2,30
0,05
2,22
2,45
2,50
0,05
2,04
Описание блок-схемы ВИ
Рисунок 1 – блок-схема ВИ
Блок схема состоит из цикла For Loop, который выполняет свою под диаграмму n раз, которое указываем в Numeric, а терминал (i) подключается к Flat Sequence Structure, разбитой на 3 кадра, которые выполняются последовательно. Данные покидают каждый кадр по мере завершения выполняемого кадра.
Для 8 младших разрядов используется оператор divide с делителем 100. Его значение попадает на сборку 2 кластера для графика характеристики преобразования АЦП, сделанного на Waveform charts. Также на кластер идет значение из первого кадра, где находится DAQ Assistant, который представляет собой модуль ввода-вывода, на который подается i, деленная на 1000.
Второй кадр состоит из NEV DIO Initialize, двух NEV DIO Write и NEV DIO Close. Initialize представляет собой VI, принимающий номер устройства и операцию (Write), которая будет выполняться на рабочей станции. Служит для инициализации рабочей станции. Write генерирует цифровые данные для DO – Digital Output Lines. Close устанавливает линии записи цифрового ввода-вывода в нулевое состояние, так как ранее было выбрана операция Write.
Третий кадр состоит из NEV DIO Initialize, на котором выбрала операция Read, NEV DIO Read, который считывает 8-разрядные цифровые данные, присутствующие в цифровых линиях ввода-вывода DI и NEV DIO Close, который устанавливается линии записи цифрового ввода-вывода в ненулевое состояние, так как выбран Read и разблокирует выбранную операцию DIO.
Анализ графика
Рисунок 2 - Характеристика преобразования АЦП
График показывает действительную статическую характеристику ЦАП (Plot 0 – прямая) и идеальную характеристику АЦП (Plot 1 – ступенчатая функция). На графике видны мультипликативная погрешность и погрешность смещения нуля, а также нелинейность, выраженная в неравных размерах ступенек.
Вывод: в ходе выполнения лабораторной работы мы познакомились с работой АЦП в среде LabVIEW с помощью NI ELVIS. Был создан виртуальный инструмент для получения значений напряжения, абсолютная и относительная погрешности которых были вычислены и помещены в таблицу 1. Относительная погрешность не превышает 2,4%. Также был создан виртуальный инструмент для построения графика – характеристика преобразования АЦП и ЦАП, который был проанализирован.