Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Адаптивные электронные и микропроцессорные системы. Практикум
.pdf
Для построения кольцевого регистра используется обратная связь
с выхода QD старшего разряда на вход регистра (рис. 4.6).
Рис. 4.6. Схема четырехразрядного кольцевого регистра сдвига
Порядок исследования регистра – распределителя импульсов
1. Собрать схему, изображенную на рис. 4.4.
2. Включить схему, на интервал времени примерно 1 с замкнуть
ключ J2, подав на вход регистра импульс такой же длительности.
Изобразить диаграмму сигналов на входе и выходах регистра.
3. Разработать на основе двух четырехразрядных регистров сдви-
га схему восьмиразрядного кольцевого регистра сдвига.
4. Изобразить осциллограммы сигналов на входе и выходах регистра.
2. Исследование схемы формирователя стартового импульса
Стартовый импульс, в схеме распределителя (см. рис. 4.4) формируемый переключателем J2, должен формироваться схемой, представленной на рис. 4.7. Схема формирователя выполнена на JK триггере U1A, который первым же импульсом генератора V3 устанавливается в нулевое состояние, при этом на инверсном выходе 2 триггера
формируется сигнал «1». Задний фронт первого импульса устанавливает триггер в единичное состояние, при этом вентильная схема U4A
блокирует дальнейшее изменение состояния триггера. Диаграммы
сигналов в исследуемой схеме представлены на рис. 4.8.
51
Рис. 4.7. Схема регистра-распределителя
с формирователем стартового импульса
Рис. 4.8. Диаграммы сигналов в схеме
формирователя стартового импульса
52
3. Исследование логического блока АЦП последовательного
приближения
Логический блок АЦП должен выполнять алгоритм последовательного приближения (см. рис. 4.2). Схема логического блока представлена на рис. 4.9.
Логический блок состоит из четырех JK триггеров U9A…U
12A
,
фактически представляющих собой собственно регистр последовательного приближения, и восьми вентильных схем U1A…U8A, через
которые записывается значение очередного разряда в соответствующий триггер. В схему входит также компаратор U14, формирующий
значение очередного разряда (см. рис. 4.1). Номер определяемого
разряда выходного кода формируется на выходах распределителя импульсов (см. рис. 4.7) и моделируется в схеме (рис. 4.9) переключателями J1…J4.
Рис. 4.9. Схема логического блока АЦП последовательного приближения
53
Порядок исследования логического блока АЦП последовательного приближения
1. Собрать схему, изображенную на рис. 4.9.
2. Поочередно замыкая ключи J1…J4, наблюдать запись сигнала
компаратора U14, определяемого ключом J5, в триггеры блока
(на схеме, см. рис. 4.9 компаратор формирует «1», записываемую в
триггер U9A).
3. Представить диаграммы сигналов на выходах триггеров, на
входах вентильных схем U1A…U4A при формировании конкретного
выходного кода, например 1011, 0110, 1001.
4. Исследование схемы АЦП последовательного приближения
Полная схема АЦП последовательного приближения представле-
на на рис. 4.10.
Рис. 4.10. Схема АЦП последовательного приближения
Ny
54
Схема состоит из рассмотренных выше блоков [7]: регистрараспределителя с формирователем стартового импульса (см. рис. 4.7),
логического блока АЦП последовательного приближения (см. рис. 4.9).
В схему входит также цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) А1,
генератор V7 тактовых импульсов удвоенной частоты, потенциометр
R2, задающий преобразуемый сигнал Ux. На схему ЦАП подается
опорное напряжение 10 В, формируемое источником V4.
Схема виртуального ЦАП (типа VDAC) находится в подразделе
ADC_DAC (при нажатии кнопки «Mixed», или в других версиях «01»
на панели доступа к компонентам базы данных Multisim).
В схеме изучаемого АЦП тактовый импульс CLK (длительностью
20 мс), формируемый генератором V1, поочередно формирует единичный сигнал на выходах QA…QD распределителя импульсов D1.
Этот сигнал в свою очередь поочередно формирует пробное значение
«1» на выходе каждого триггера U6A…U
Полученный выходной код
9A.
поступает на ЦАП А1, на выходе которого действует напряжение обратной связи Uос (см. рис. 4.1, 4.10). Если это напряжение меньше
входного сигнала Ux, на выходе компаратора U10 формируется сигнал
«1», в противном случае – сигнал «0». По заднему фронту тактового
сигнала генератора V7, то есть через 10 мс после начала формирования тактового сигнала генератора V1, значение сигнала компаратора
окончательно записывается в соответствующий триггер U6A…U9A.
После четвертого тактового импульса генератора V1 аналого-цифровое
преобразование завершается. Для запуска нового преобразования следует выключить, а затем снова включить схему. При этом все триггеры
и регистр схемы устанавливаются в исходное положение.
Порядок исследования схемы АЦП последовательного приближения
1. Собрать схему АЦП, изображенную на рис. 4.10.
2. С помощью потенциометра R2 подать входной сигнал. В схеме на
рис. 4.10 входной сигнал равен 5 В, и измеряется мультиметром XMM1.
3. Включить схему АЦП. Наблюдать процесс преобразования на
индикаторах X6…X9. Зафиксировать значение выходного кода (на
схеме (см. рис. 4.10) выходной код составляет 0111
55
= 0710.
2
4. С целью ускорения преобразования увеличить частоты генера-
торов V1 и V7 на порядок. При задании входного сигнала Ux (с помощью движка потенциометра R2) значениям 0,5 В, 1 В, 1,5 В, …
10 В, определить значения выходного кода Ny. Построить график зависимости Ny от Ux.
5. Определить погрешность квантования исследуемого АЦП [6].
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Исследуемые схемы, их описания.
2. Диаграммы напряжений в исследуемых схемах.
3. Таблицы полученных данных.
4. Характеристика исследуемого АЦП.
5. Анализ полученных результатов, сравнительная оценка и выводы.
6. Заключение и подведение итогов.
Контрольные вопросы
1. Чем отличается обычный параллельный регистр от регистра последова-
тельного сдвига?
2. Каков принцип функционирования регистра последовательного при-
ближения?
3. Каковы весовые коэффициенты при уравновешивании входного сигнала
в схеме АЦП последовательного приближения?
4. Как определяется погрешность квантования четырехразрядного АЦП?
56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проектирование измерительных устройств на базе микроэлектроники значительно упрощается при использовании компьютерного
моделирования. Применение таких пакетов, как Multisim, Workbench
позволяет успешно определять характеристики микроэлектронных
схем и использовать эту информацию в инженерной практике. Подробная техническая информация может быть полезна при изучении
учебного курса «Адаптивные электронные и измерительные системы». В учебном пособии содержится методика выполнения практических работ по этому курсу. Приведены примеры отдельных схем,
описана последовательность проведения их исследований. Использование приведенной в учебном пособии информации позволит углубить знания магистрантов в области современной микроэлектроники
и будет способствовать закреплению практических навыков в проектировании адаптивных информационно-измерительных систем.
57
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ратхор, Т.С. Цифровые измерения. АЦП/ЦАП: Пер. с англ. / Т.С. Ратхор.
– 2-е изд., доп. – М.: Техносфера, 2006. – 391 с.
2. Волович, Г.И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных
устройств / Г.И. Волович. – 2-е изд., испр. – М.: Додэка-XXI, 2007. – 528 с.
3. Кестер, У. Аналого-цифровое преобразование / У. Кестер. – М.: Техно-
сфера, 2007. – 1015 с.
4. Кестер, У. Проектирование систем цифровой и смешанной обработки сиг-
налов / У. Кестер. – М.: Техносфера, 2010. – 328 с.
5. Ланге, П.К. Современная микросхемотехника: лаборат. практикум /
П.К. Ланге. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2018. – 176 с.
6. Ланге, П.К. Цифровые измерительные устройства: лаборат. практикум /
П.К. Ланге. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2017. – 106 с.
7. Ланге, П.К. Современная схемотехника: лаборат. практикум / П.К. Ланге. –
Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2018. – 176 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ................................................................................................................. 3
Введение ....................................................................................................................... 4
Практическая работа АЭМ-1. Линейные усилительные схемы на базе
операционного усилителя (ОУ) в измерительных цепях ........................................ 5
Практическая работа АЭМ-2. Изучение аналогового интерфейса
измерительных АЦП ................................................................................................. 17
Практическая работа АЭМ-3. Исследование частотных характеристик
цифровых фильтров измерительных систем .......................................................... 30
практическая работа АЭМ-4. Изучение измерительных АЦП
последовательного приближения ............................................................................ 45
Заключение ................................................................................................................. 57
Библиографический список ...................................................................................... 58
58
Учебное издание
ЛАНГЕ Петр Константинович
ЯРОСЛАВКИНА Екатерина Евгеньевна
Адаптивные электронные и микропроцессорные системы
Редактор Н.В. Беганова
Компьютерная верстка И.О. Миняева
Выпускающий редактор Е.С. Захарова
Подписано в печать 09.08.19.
Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная
Усл. п. л. 3,49. Уч.-изд. л. 3,47.
Тираж 50 экз. Рег. № 160/19
Федеральное государственное образовательное
учреждение высшего образования
«Самарский государственный технический университет»
443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244. Главный корпус
Отпечатано в типографии
Самарского государственного технического университета
443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244. Корпус № 8
59
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]