Преобразователь напряжения в цифровой двоичный код (ацп) взвешивающего типа

1. Методика эксперимента

Работа преобразователя основана на сравнении кодирующего напряжения x(t) с взвешенной суммой n эталонных напряжений, величины которых равны

𝑈_э𝑚𝑖 = 2^𝑖 ∙ ∆𝑈, (2.1)

где 𝑖 = 𝑛 − 1, 𝑛 − 2, … ,1,0 – номер разряда;

n – число разрядов;

∆𝑈 – шаг равномерного квантования;

𝑈_э𝑚𝑖 = 2^𝑛−1 ∙ ∆𝑈 = (𝑋_𝑚𝑎𝑥 − 𝑋_𝑚𝑖𝑛)^⁄2 – эталон наибольшего веса (старшего разряда).

Пусть 𝑋_𝑚𝑖𝑛 = 0, 𝑋_𝑚𝑎𝑥 = 𝐸.

Преобразование напряжения X в n-разрядное число осуществляется здесь за n тактов; на каждом такте вырабатывается очередной двоичный символ.

Первый такт. Вырабатывается первое эталонное напряжение

𝑈_{э𝑚(𝑛−1)} = 𝐸^⁄2 и первое опорное напряжение 𝑈_{оп(𝑛−1)} = 𝑈_{э𝑚(𝑛−1)} = 𝐸^⁄2.

Если кодируемое напряжение X оказалось больше, чем 𝑈_{оп(𝑛−1)}, то первый символ (символ старшего разряда) S_n-1=1; в противном случае S_n-1=0.

Второй такт. Вырабатывается второе эталонное напряжение

^𝑈э𝑚(𝑛−2) ^{= 𝐸⁄4} и формируется второе опорное напряжение ^𝑈оп(𝑛−2) ^{= 𝑆}(𝑛−1) ^{∙ 𝑈}э𝑚⁽𝑛−1^{) + 𝑈}э𝑚(𝑛−2) Если 𝑋 > 𝑈_{оп(𝑛−2)}, то 𝑆_(𝑛−2) = 1, в противном случае 𝑆_(𝑛−2) = 0. Такие операции повторяются до последнего, n-го такта. n-й такт. Последнее эталонное напряжение равно шагу квантования по амплитуде 𝑈_э𝑚0 = 𝐸^⁄2^𝑛 = ∆𝑈, а последнее опорное напряжение уже незначительно отличается от X:

^𝑈оп0 ^{= 𝑆}(𝑛−1) ^{∙ 𝑈}э𝑚⁽𝑛−1^{) + 𝑆(}𝑛−2^{) ∙ 𝑈}э𝑚⁽𝑛−2^{) + ⋯ + 𝑆}1 ^{∙ 𝑈}э𝑚1 ^{+ 𝑈}э𝑚0^. Если 𝑋 > 𝑈_оп0, то 𝑆₀ = 1, в противном случае 𝑆₀ = 0.

1. Описание лабораторной установки

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

Рисунок 1.1 – Структурная схема преобразователя с обратной связью

Основные узлы преобразователя выполняют следующие функции:

1) Генератор тактовых импульсов (ГТИ) вырабатывает периодическую последовательность прямоугольных импульсов, которые управляют работой всего преобразователя. Период повторения импульсов Т_ГТИ 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) подаётся в сравнивающее устройство, где производится его последовательное сравнение с эталонным напряжением, формируемым в генераторе эталонного напряжения (ГЭН);

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.

Рисунок 1.2 – Функциональная схема преобразователя с обратной связью

Рисунок 1.3 – Временные диаграммы работы преобразователя с обратной связью

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 𝑇 = 8 ∙ 𝑇_ГТИ – это время, необходимое для образования одной кодовой комбинации.

При выполнении работы необходимо получить на выходе прямой код (Б6 на рисунке 1.2 и 1.3) через осциллограмму, представленную на рисунке 4.1.

Преобразователь временного интервала в двоичный код (кодирующее устройство последовательного счёта)

1. Методика эксперимента

Исследуемый преобразователь представляет собой устройство счётно- 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 путём последовательного выполнения следующих операций:

Дискретизации сигнала во времени и формирования отсчётов АИМ-

2;

Преобразования отсчётов в импульсы с ОШИМ;

Квантования во времени путём наложения последовательности