лр / ЛР2

Институт информационных и вычислительных технологий

Кафедра Управления и интеллектуальных технологий

Отчёт по лабораторной работе № 2

По курсу «Технические средства автоматизации и управления»

«Работа с ЦАП/АЦП в режиме безусловного обмена и по готовности»

.

Проверил:

Баларев Д. А.

Москва, 2025г.

Цель работы – освоить методы работы с АЦП/ЦАП в режиме безусловного обмена и по готовности.

Выполнение работы.

В лабораторной работе используется плата ЦАП/АЦП L’card L154, она установлена внутрь системного блока.

Технические характеристики ЦАП:

 Диапазон выходного сигнала -5,12 В - +5,12 В;

 Uвых=ΔU (код-2048); ΔU= 2,5 мВ - разрешающая способность ЦАП;

 Максимальная частота преобразования Fmax=1000кГц.

Технические характеристики схемы АЦП + усилитель + мультиплексор:

 Диапазон изменения входных сигналов: Uвх=±5,12В; ±2,56В;±1,024В;

 Разрешающая способность: ΔU= 2,5 мВ;1,25 мВ; 0,5 мВ - разная на разных диапазонах;

 Коэффициенты усиления: kус= 1; 2; 5;

 Максимальное время преобразования: Tпр=1,7мкс;

 Входное сопротивление: Rвх=2МОм;

 Время переключения канала мультиплексора: Т = 4мкс.

1. Безусловный обмен данными.

В первом пункте лабораторной работы использовались данные для варианта №6, приведенные в таблице 1.

Таблица 1. Исходные данные.

В начале работы необходимо было разработать программу генерации произвольного числа периодов периодического аналогового сигнала с заданными амплитудными характеристиками.

Для этого было рассчитано цифровое значение амплитуды для 5В.

Нас интересует именно прирост относительно 0, в данном случае он составил 2000.

На языке Turbo C++ был написан код:

Далее выход ЦАП был соединен с входом осциллографа и с помощью осциллографа отслеживалось соответствие установленных амплитудных характеристик сигнала и наблюдаемых значений.

Рисунок 1 – Заданный с помощью АЦП сигнал.

Полученный сигнал на экране осциллографа имеет амплитуду немного больше заданной, так как на плате присутствует переходной процесс из-за того, что она достаточно старая.

Был определен интервал вывода отдельных значений T и частоты генерируемого сигнала f.

T = 228.64 нс;

f = 4.37 КГц

Затем, в код для генерации указанного сигнала была добавлена вычислительная процедура (wait)

С помощью осциллографа было определено время ее выполнения в зависимости от значений входного параметра: 100, 200, 500, 1000, 2000, 5000, 10000. На рисунках 2 – 8 приведены полученные сигналы на экране осциллографа.

Рисунок 2 – Вид сигнала с учётом вносимой задержки wait = 100.

Рисунок 3 – Вид сигнала с учётом вносимой задержки wait = 200.

Рисунок 4 – Вид сигнала с учётом вносимой задержки wait = 500.

Рисунок 5 – Вид сигнала с учётом вносимой задержки wait = 1000.

Рисунок 6 – Вид сигнала с учётом вносимой задержки wait = 2000.

Рисунок 7 – Вид сигнала с учётом вносимой задержки wait = 5000.

Рисунок 8 – Вид сигнала с учётом вносимой задержки wait = 10000.

В таблице 2 приведены значения параметра wait и соответствующий им интервал вывода отдельных значений T, а также рассчитана задержка по формуле 1.

(1)

Таблица 2. Вычисленные значения задержки в зависимости от wait.

Wait	M	Т/M	Задержка
100	100	228.64 * 10^-8	0
200	100	230.6 * 10^-8	19.6 * 10^-9
500	100	236.4 * 10^-8	38.8 * 10^-9
1000	100	252 * 10^-8	46.72 * 10^-9
2000	100	274.4 * 10^-8	45.76 * 10^-9
5000	100	317.6 * 10^-8	44.48 * 10^-9
10000	100	458.2 * 10^-8	45.912 * 10^-9

Таким образом, можно сделать вывод о том, что при увеличении wait, интервал вывода отдельных значений T и задержка увеличиваются.

2. Обмен данными по готовности внешнего устройства

Во втором пункте лабораторной работы использовались данные для варианта №6, приведенные в таблице 3.

Таблица 3. Исходные данные.

Расчёт регистра управления:

• диапазон измерения ± 1,0 В – бит 7 равен 0, бит 6 равен 1

• асинхронная схема измерения – бит 5 равен 1

• номер канала 6 – бит 2 равен 1, биты 0,1,3,4 равны 0.

Получаем: 01100110 или 66

В начале второго пункта необходимо разработать программу измерения напряжений на входе АЦП по готовности, преобразования кодов АЦП в напряжение Uкв, и сохранения полученных данных на диске. Сигнал подключается с помощью ассиметричной схемы измерения аналоговых сигналов. Измерения проводятся на 1000 точках.

Далее необходимо соединить соответствующий выход генератора с осциллографом. Установить на выходе генератора вид, амплитуду и частоту сигнала, согласно варианту.

Рис. 9 Настроенный сигнал

После необходимо с помощью разработанной программы провести регистрацию сигнала с генератора. Убедиться, что данные были получены.

Рис. 10 Данные получены

По снятым данным в отчете определим частоту фиксации сигнала и амплитуду измеряемого сигнала, а также определим смещение периодического сигнала относительно 0В.

Частота входного сигнала 500 Гц, 986 точек на один период

Смещение периодического сигнала относительно 0В – 1.02375 В.

Модифицируем программу для измерения сигналов, подключенных с помощью дифференциальной схемы измерения. Диапазон измерения  5,12 В.

Данные возьмем согласно своему варианту из таблицы 4.

Таблица 4. Исходные данные.

Расчёт регистра управления:

• диапазон измерения ± 5,12 В – биты 7 и 6 равны 1

• дифференциальная схема измерения – бит 5 равен 0

• номер канала 12 – биты 1 и 3 равны 1, биты 0,2,4 равны 0.

Получаем: 11001100 или CС

При помощи разработанной программы проведём регистрацию сигнала с генератора. Убедимся, что данные были получены.

Рис. 12 Данные получены

Рис.13. График по полученным данным

Частота входного сигнала 250 Гц, 726 точек на один период

Смещение периодического сигнала относительно 0В – 2.36625 В.

Модифицируем программу добавив задержку между измерениями с помощью процедуры wait, аналогично заданию №1. Проведём измерения повторно.

Рис.14. График по полученным данным

Частота входного сигнала 600 Гц, 267 точек на один период

Смещение периодического сигнала относительно 0В – 2.41625 В.

Рассмотрели частоту регистрации сигнала для обоих случаев. Сделали выводы о влиянии процедуры wait.

Частота фиксации сигнала с задержкой примерно на 20КГц меньше частоты фиксации без задержки.

Вывод: в ходе лабораторной работы мы изучили принципы работы ЦАП и АЦП, написали программы для измерения напряжений в различных режимах. Провели исследование влияния параметра wait на характеристики сигналов.