Методички и лекции / Лаба2_Студенты_первой_подгруппы_1В2_М_

Оглавление

2

Введение

Цель работы – изучить АЦП следующих типов: преобразователи сравнения и вычитания (взвешивающего типа), наиболее часто применяемые в ЦСПИ; преобразователи последовательного счета. Исследовать принцип действия и их основные характеристики.

Описание лабораторной установки

1.1 Преобразователь напряжения цифровой двоичный код взвешивающего типа

Исследуемый преобразователь построен по типу прямого преобразования с цепью обратной связи. Структурная схема преобразователя приведена на рисунке 1.1

Основные узлы преобразователя выполняют следующие функции:

1) генератор тактовых импульсов (ГТИ) вырабатывает периодическую последовательность прямоугольных импульсов, которые управляют работой всего преобразователя. Период повторения импульсов ТГТИ определяет время,

необходимое для образования одного разряда двоичного числа; 2) распределитель импульсов определяет частоту циклов кодирования,

управляя распределением импульсов кодовой группы по соответствующим разрядам;

3) входное кодируемое напряжение x(t) подается в сравнивающее устройство, где производится его последовательное сравнение с эталонным напряжением, формируемым в генераторе эталонного напряжения (ГЭН);

3

Рисунок 1.1 – Структурная схема преобразователя с обратной связью

4)вырабатываемое в результате сравнения напряжение ошибки через цепь обратной связи воздействует на управляющее устройство и таким образом управляет выдачей эталонного напряжения соответствующего разряда;

5)результат сравнения с формирующего устройства поступает на выход преобразователя в виде импульсов кода.

Функциональная схема преобразователя приведена на рисунке 1.2

Работа преобразователя иллюстрируется временными диаграммами на рисунке 1.3

Импульсы ГТИ служат импульсами запуска для циклического распределителя на триггерах. В преобразователе использован семиразрядный код (n=7), поэтому на восьми выходах распределителя появляется серия коммутирующих импульсов, равномерно сдвинутых во времени друг относительно друга. Цикл кодирования повторяется с периодом Т=8ТГТИ – это время, необходимое для образования одной кодовой комбинации.

4

Рисунок 1.2 – Функциональная схема преобразователя с обратной связью

В качестве управляющего устройства используется статический триггерный регистр (регистр памяти) – Т1-Т7. Запись чисел в регистр производится в параллельном коде. В каждом триггере хранится один разряд двоичного числа. Регистр позволяет выдавать в любой момент времени записанный в нем параллельный код.

Генератор эталонных напряжений состоит из кодирующей матрицы сопротивлений, управляемой напряжением с триггеров памяти через ключи КЛ1-КЛ7.

5

Висходном состоянии все триггеры памяти находятся в положении «0»,

вкоторое они установлены коммутирующим импульсом, снимаемым с восьмого выхода распределителя и определяющим начало цикла кодирования.

При этом все ключи закрыты, и с их выхода снимается напряжение, близкое к нулю.

Каждый из ключей КЛ1-КЛ7 открывается при подаче на него положительного импульса с триггера памяти соответствующего разряда и создает на входе сравнивающего устройства (компаратора) опорное напряжение.

Рисунок 1.3 – Временные диаграммы работы преобразователя с обратной связью

6

1.2 Преобразователь временного интервала в двоичный код

(кодирующее устройство последовательного счета)

Исследуемый преобразователь представляет собой устройство счетно-

импульсного типа, осуществляющее циклическое преобразование напряжения в код с промежуточным преобразованием напряжения во временной интервал.

Действие кодирующего устройства основано на преобразовании мгновенных значений функции X(t) в число импульсов. Преобразование осуществляется в течение фиксированного цикла путем последовательного выполнения следующих операций:

1)дискретизации сигнала во времени и формирования отсчетов АИМ-2;

2)преобразования отсчетов в импульсы с ОШИМ;

3)квантования во времени путем наложения последовательности квантующих импульсов на ОШИМ сигнал;

4)кодового представления сигнала путем двоичного счета числа квантующих импульсов;

5)считывания состояний ячеек двоичного счетчика по окончании счета;

6)возвращения (сброса) счетчика в исходное состояние.

Структурная схема кодирующего устройства приведена на рисунке 1.4

Рисунок 1.4 – Структурная схема кодирующего устройства последовательного счета

7

Отсчет передаваемого аналогового сигнала X(t) преобразуется в импульс с ОШИМ длительностью х . Импульсы с генератора квантования поступают с периодом следования Т. Они заполняют временной интервал х,

преобразуя его в однозначный числовой код; триггерный счетчик преобразует однозначный код в n-значный двоичный.

Лабораторный макет представляет кодирующее устройство, на выходе которого формируется пятиразрядный (n=5) двоичный код в последовательной и параллельной форме.

Функциональная схема преобразователя временного интервала в код приведена на рисунке 1.5; временные диаграммы работы на рисунке 1.6

Генератор тактовых импульсов G1 определяет цикл работы преобразователя. Источником (имитатором) кодируемого сигнала служит генератор импульсов G2 (ждущий мультивибратор). Длительность импульсов на выходе G2 изменяется переменным резистором. Измеряемый временной интервал квантуется, то есть заполняется импульсами от генератора G1. Таким образом, число импульсов N на выходе схемы И1 оказывается пропорциональным длительности кодируемого временного интервала х . Эти импульсы воздействуют на двоичный счетчик СТ так, что каждая ячейка окажется в определенном состоянии, соответствующем числу импульсов на входе, и в триггерном счетчике окажется записанным число N в двоичном коде. По окончанию записи код может быть считан на выход в последовательной и параллельной форме.

Параллельный код снимается при одновременном чтении всех разрядов счетчика: результат преобразования представлен в виде некоторой комбинации напряжений, действующих одновременно в нескольких электрических цепях. Импульс с выхода схемы НЕ подается одновременно на все схемы И2 – И6.

8

Рисунок 1.5 – Функциональная схема преобразователя временного интервала в код

9

Рисунок 1.6 – Временные диаграммы сигналов в преобразователе временного интервала в код

При наличии импульса в определенном разряде кодовой группы

(состояние «1» на определенном триггере счетчика) на соответствующем выходе схем И2-И6 появится импульс. Наличие «1» в соответствующем разряде фиксируется индикатором на светодиодах.

Для получения последовательного кода (результат преобразования представлен в виде сигнала, действующего в одной цепи и состоящего из некоторой последовательности символов, формируемых поочередно, разряд за разрядом) используется сдвигающий регистр RG. Запись кода в регистр осуществляется в параллельном виде сигналом считывания, подаваемым на схемы И2-И6. В результате сдвига этого кода на выход регистра поступит в

10