ЦифрСхТ_ЛР7

_{МИНОБРНАУКИ 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

Студентка гр. 1283		Григорьева В.В.
Преподаватель		Симон В.А.

Санкт-Петербург

2024

Цель 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 эксперимента:

1. Исследование схемы 4-разрядного ЦАП

Рис. 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.

На рисунке 1 представлена схема 4-разрядного цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) на основе резисторной матрицы R-2R. В процессе эксперимента была получена зависимость напряжения в цепи DAC_OUT от входного числа DAC[3..0]. Сравнение экспериментальной и теоретической зависимостей представлено в таблице 1 и на графике (рисунок 2). Экспериментальные данные совпадают с теоретически рассчитанными. Схема работает корректно.

Табл. 1. Зависимость выходного напряжения ЦАП от управляющего числа

DAC[3..0]	Двоичная запись	UDAC_OUT эксп., В	UDAC_OUT теор, В	Абсолютная погрешность, В
0	0000	0,010	0,000	0,010
1	0001	0,193	0,206	0,013
2	0010	0,396	0,413	0,016
3	0011	0,600	0,619	0,019
4	0100	0,805	0,825	0,020
5	0101	1,015	1,031	0,016
6	0110	1,220	1,238	0,017
7	0111	1,435	1,444	0,009
8	1000	1,605	1,650	0,045
9	1001	1,820	1,856	0,036
10	1010	2,020	2,063	0,043
11	1011	2,235	2,269	0,034
12	1100	2,325	2,475	0,150
13	1101	2,630	2,681	0,051
14	1110	2,835	2,888	0,052
15	1111	3,040	3,094	0,054

Примеры расчётов:

Рис. 2. График экспериментальной и теоретически рассчитанной зависимостей выходного напряжения ЦАП от управляющего числа

Интегральная нелинейность ЦАП:

2. Исследование схемы 4-разрядного АЦП

Рис. 3. Исследованная схема 4-разрядного АЦП последовательных приближений

Схема 4-разрядного аналого-цифрового преобразователя (АЦП) последовательных приближений изображена на рисунке 3. Экспериментальная зависимость результата преобразования OUT[3..0] от входного напряжения VIN приведена в таблице 2 и на рисунке 4.

Табл. 2. Зависимость результата преобразования АЦП от входного напряжения схемы

OUT[3..0]	Двоичная запись	UVIN эксп, В	UVIN теор, В
0	0000	0,193	0,000
1	0001	0,406	0,206
2	0010	0,600	0,413
3	0011	0,815	0,619
4	0100	0,995	0,825
5	0101	1,220	1,031
6	0110	1,435	1,238
7	0111	1,605	1,444
8	1000	1,830	1,650
9	1001	2,020	1,856
10	1010	2,215	2,063
11	1011	2,390	2,269
12	1100	2,650	2,475
13	1101	2,825	2,681
14	1110	2,965	2,888
15	1111	3,130	3,094

Рис. 4. График экспериментальной и теоретически рассчитанной зависимости результата преобразования АЦП от входного напряжения схемы

Для исследования алгоритма работы схемы потенциометр был настроен так, чтобы входное напряжение UVIN соответствовало OUT[3...0] = 15 (1111₂). Осциллограмма процесса преобразования показана на рисунке 5.

Рис. 5. Процесс подбора напряжения на выходе ЦАП с тем, чтобы оно оказалось близко к входному

Работа схемы:

0. Результат предыдущего преобразования переносится в регистр DD11 и устанавливается старший бит DAC3, остальные – сбрасываются.

1. Выходное напряжение U_{DAC_OUT} оказывается больше входного, что соответствует логическому уровню CMP = 2,92 В, поэтому бит DAC3 сбрасывается. Устанавливается бит DAC2.

2-3. Повторение для битов DAC2 и DAC1.

4. Выходное напряжение U_{DAC_OUT} оказывается меньше входного, поэтому бит DAC0 сохраняется установленным.

Выводы: в данной лабораторной работе был исследован цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) на основе резисторной матрицы R-2R, собрана и исследована схема аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Построены графики зависимостей выходного напряжения ЦАП от входного числа и результата преобразования АЦП от входного напряжения. Осциллограммы иллюстрируют процесс преобразования, а также демонстрируют этапы работы РПП.