3. 4. Содержание отчета

1. Тексты программ с комментариями.

2. Осциллограммы сигналов.

Лабораторная работа 4

Аналого-цифровое преобразование сигналов

4. 1. Общие сведения

Задачей аналого-цифрового преобразователя (АЦП) является квантование процесса с непрерывными значениями по времени (дискретизация) и по уровню.

Дискретизацию выполняет устройство выборки-хранения (УВХ), которое должно обеспечить на входе АЦП постоянство измеряемого отсчета сигнала во время преобразования с точностью не ниже младшего разряда шкалы АЦП. Динамическую погрешность, возникающую при отсутствии УВХ, можно оценить соотношением E = v_MT_P, где v_M – максимальная скорость изменения сигнала, а T_P – время преобразования.

Точность АЦП принято оценивать значением среднеквадратичной погрешности, которое составляет 0.29 дискрета квантования. Максимальная погрешность обычно принимается равной единице младшего разряда шкалы АЦП. Влияние шумов на точность преобразования может быть существенно уменьшено путем статистической обработки результатов. Нелинейность преобразователя характеризуется идентичностью приращений кодовых эквивалентов при фиксированных приращениях сигнала во всем диапазоне преобразования. Дифференциальная нелинейность характеризует локальную погрешность при формировании соседних значений кода.

Многие выпускаемые промышленностью микросхемы АЦП реализуют преобразование напряжения в код методом поразрядного уравновешивания. Метод основан на последовательном сравнении преобразуемого напряжения с набором эталонных уровней, формируемых ЦАП. Сравнивающее устройство (компаратор) вырабатывает цифровой сигнал «1» или «0», отражающий результат сравнения. Набор эталонных уровней представлен рядом: U₁ = E/2, U₂ = C₁E/2 + E/4, U₃ = C₁E/2 + C₂E/4 + E/8, и т.д., где Е – опорное (эталонное) напряжение ЦАП, а С_k – выходной сигнал компаратора на k-м шаге сравнения. Типичные микросхемы АЦП имеют T_P = 1 ... 10 мкс при разрядности 8 ... 12 бит, т. е. затраты времени на обслуживание (запуск АЦП и ввод данных в микропроцессор) соизмеримы с T_P. При отсутствии жестких требований по частоте дискретизации аналого-цифровое преобразование с приемлемыми характеристиками можно реализовать, как показано ниже, на основе программного управления ЦАП, дополненного компаратором.

Для любого АЦП, содержащего ЦАП, минимальное время, необходимое для реализации одного шага сравнения T_J = T_D + T_C, где T_D – время установления сигнала на выходе ЦАП с заданной точностью; T_С – задержка срабатывания компаратора.

Подпрограмма АЦП, составленная для управления ЦАП, с T_D < 1 мкс введена в ПЗУ макета и имеет вид:

SADC: MOV P1,#80H

JNB INT1,SB6

CLR P1.7

SB6: SETB P1.6

JNB INT1,SB5

CLR P1.6

SB5: SETB P1.5

*** ;аналогично для остальных разрядов

SB0: SETB P1.0

JNB INT1,SB_RET

CLR P1.0

SB_RET: RET

Для надежной работы АЦП следует обеспечить задержку опроса состояния выхода компаратора. Менее эффективная по скорости, но более короткая в написании подпрограмма АЦП приведена ниже:

FADC: MOV P1,#128

MOV A,P1

CLR C

FSC: ORL P1,A

NOP

NOP

JNB INT1,FNR

XRL P1,A

FNR: RRC A

JNC FSC

RET

В одноканальных системах часто используют следящий метод аналого-цифрового преобразования. Однократное преобразование производит инкремент или декремент текущего кодового эквивалента до изменения состояния выхода компаратора. Текст подпрограммы следящего АЦП:

SLADC: MOV C, INT1

JC MNS

PLUS: INC P1

NOP

ORL C,INT1

JNC PLUS

RET

MNS: DEC P1

NOP

ANL C,INT1

JC MNS

RET