Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Схемотехника дискретных устройств. Исследование цифро-аналоговых преобразователей. Методические указания к лабораторным работам
.pdf
Работа схемы заключается в следующем. Выходной импульс узла запуска
11
УЗ обнуляет счетчик, устанавливает RS-триггер в "1" состояние и запускает генератор линейно изменяющегося напряжения ГЛИН. При наличии логической
единицы на прямом выходе триггера выходные импульсы генератора тактовых
импульсов ГТИ через схему совпадения И подключаются к выходу счетчика.
Когда напряжение на выходе ГЛИН станет равным U
= const), на выходе компаратора появляется логическая "1", которая пере-
U
вх
(на рис. 2.1, а
вх
ключает триггер в "0" состояние и прерывает связь счетчика с ГТИ. Длительность положительного импульса tв на выходе триггера (рис. 2.1, б) пропорциональна U
на выходе счетчика, является цифровым эквивалентом величины U
, следовательно, при неизменной частоте ГТИ код, установившийся
вх
.
вх
В АЦП последовательного счета (рис. 2.2.) к выходу счетчика подключается ЦАП, преобразующий код в аналоговый сигнал. Этот аналоговый сигнал
сравнивается с входным напряжением на компараторе, выходной сигнал которого через элемент И разрешает или запрещает прохождение на вход счетчика
импульсов от генератора тактовых импульсов. Выходной код счетчика при
этом является цифровым эквивалентом напряжения на входе ЦАП, т.е. U
вх
.
Рис. 2.2. АЦП последовательного счета
В описанных АЦП значение выходного кода в процессе преобразования
многократно изменяется. Эти АЦП имеют низкое быстродействие, так как, на-
пример, для получения 10 разрядов выходного кода требуется время 1024 так-
12
товых интервалов (время преобразования t = 1024Тгти). В общем случае время
преобразования непостоянно и зависит от U
вх
.
Более быстродействующими являются АЦП последовательного приближения, в которых формируемый выходной код последовательно приближается
к своему полному выражению: в начале определяется цифра в старшем n-м разряде, а затем в (n-1) и т. д., завершая младшим (первым) разрядом. Работа такого преобразователя основана на свойствах натурального двоичного кода: веса
единиц в соседних разрядах отличаются вдвое; единица в старшем n-ом разряде
имеет вес, больший половины веса всего кода, единица в следующем (n-1) разряде имеет вес, больший четверти веса всего кода и т.д.
На рис. 2.3. представлена упрощенная схема АЦП последовательного
приближения.
Рис. 2.3. АЦП последовательного приближения
После поступления импульса "ПУСК" на регистр последовательного приближения РПП на выходе его старшего n-го разряда появляется напряжение логической «1», а на остальных выходах - "0". На выходах ЦАП формируется напряжение U
Если U
вх
> U
(n-1) разряда РПП и сохраняется единица в старшем разряде. Если U
= 0,5 U
вых
, то под действием импульса ГТИ появляется единица на выходе
вых
, которое на входах компаратора сравнивается с Uвх.
вх max
< U
вх
вых
то при появлении единицы в (n-1) разряде РПП содержание предыдущего
,
старшего разряда обнуляется. Так перебираются все разряды до самого млад-
13
шего. После выполнения последнего n-го сравнения цикл формирования выходного кода заканчивается. Состояние РПП соответствует цифровому эквиваленту входного напряжения. Если, например, U
= U
вх
, то комбинация вы-
вх max
ходного кода равна 11...1 (все единицы). В рассмотренном АЦП время преобразования t постоянно и определяется числом разрядов n и тактовой частотой
f
= 1/Т
гти
(tn = n*Т
гти
). Рассмотренные АЦП широко используются, т. к. обла-
гти
дают достаточно высоким быстродействием при относительно простой структуре.
Самым быстродействующим является АЦП параллельного действия
(рис. 2.4.).
Рис. 2.4. АЦП параллельного действия
Его основные элементы − 2
n-1
компараторов напряжения. На один из двух
входов каждого компаратора (инвертирующий вход) подается индивидуальное
опорное напряжение U
, сформированное резистивным делителем напряже-
оп
ния. Разность между опорными напряжениями двух ближайших компараторов
ΔU = U
на них подается входной сигнал. На тех компараторах, где U
/2. Другие входы компараторов (неинвертирующие) - объединены, и
оп
больше, чем со-
вх
ответствующее напряжение с делителя, на выходе будет логическая "1", а на
14
остальных - логический "0". Тактовым импульсом информация с выходов компараторов передается шифратору CD, который преобразует выходные сигналы
компараторов в двоичный код. При поступлении управляющего импульса УИ
на вход шифратора сформированный двоичный код передается на выход преобразователя. Преобразование производится за два такта, и время преобразования равно t
= (10-100)нс. Недостатком такого преобразователя являются
пр
сложность (требуется большое число компараторов, которое быстро возрастает
с ростом числа разрядов n АЦП), большое энергопотребление от источника питания.
К схемам АЦП без применения ЦАП относятся АЦП двойного интегрирования. Способ двойного интегрирования позволяет хорошо подавлять сетевые помехи; кроме того для построения схемы не требуется ЦАП с высокоточными резистивными матрицами. Функциональная схема АЦП двойного интегрирования напоминает схему АЦП последовательного счета, в которой вместо
ЦАП применен интегратор.
АЦП в интегральном исполнении
В настоящее время выпускаются несколько типов АЦП в интегральном
исполнении. Широко используются АЦП 572-й КМОП серии - КР572ПВ2, основная схема включения которого приведена на рис. 2.5.
Рис. 2.5. Схема включения АЦП 572-й КМОП серии - КР572ПВ2
15
При подключении трех внешних резисторов и пяти конденсаторов
КР572ПВ2 выполняет функцию АЦП, работающего по принципу двойного интегрирования с автоматической коррекцией нуля и автоматическим определением полярности входного сигнала. Для задания тактовой частоты f
номинал
такт
С5 можно определить по формуле
C5 = 0,45/f
такт
*R3.
Для повышения стабильности тактовой частоты может быть использован
кварцевый резонатор, подключенный между выводами 39 и 40, при этом С5 и
R3 не используют.
Подготовка к работе
1. Изучить принципы построения и работы АЦП на дискретных эле-
ментах и в интегральном исполнении.
2. Изобразить временные диаграммы, поясняющие преобразование
входного аналогового сигнала в выходной двоичный код в АЦП последовательного счета.
3. Нарисовать исследуемую схему АЦП.
4. Ознакомиться с порядком сборки и исследования схемы на стенде.
План работы
1. Собрать схему АЦП, представленную на рис. 2.6. прил. 2. Запитать
ОУ двухполярным источником питания, а цифровые микросхемы - источником
+5В.
2. Исследовать его работу, задавая входное напряжение от источника
ИПН2 и определить диапазон изменения преобразуемого напряжения, при котором не происходит переполнение АЦП. Входное напряжение замеряется с
помощью вольтметра pV1 (или цифрового), а выходной сигнал АЦП снимается
с индикатора H12 в десятичном коде.
3. Изменяя U
АЦП в определенном диапазоне составить таблицу пре-
вх
образования входного напряжения в код.
4. По результатам исследования определить параметры исследуемого
16
АЦП.
Контрольные вопросы
1. Пояснить принцип работы АЦП.
2. Каковы особенности работы АЦП последовательного счета.
3. Пояснить работу АЦП временного преобразования и особенности его
работы.
4. Пояснить работу АЦП последовательного приближения и особенно-
сти его работы.
5. Каковы особенности работы АЦП параллельного действия?
6. Назвать особенности применения АЦП в интегральном исполнении
на примере АЦП КР572ПВ2.
7. Провести сравнительную оценку всех разновидностей АЦП.
8. Назвать и дать пояснения основным параметрам ЦАП.
Библиографический список
17
1. Быстров, Ю.А. Электронные цепи и микросхемотехника: учебник /
Ю.А. Быстров. – Москва: Высш. шк., 2002. - 384 с.
2. Алексеенко, А.Г. Основы микросхемотехники – 3-е изд. доп. / А.Г. Алексе-
енко. – Москва, ЮНИ МедиаСтайл, 2002. - 448 с.
3. Степаненко, И. П. Основы микроэлектроники: учеб. пособие для вузов /
И. П. Степаненко. – 2-е изд. доп. – Москва: Лаборатория базовых знаний,
2001. – 488 с.
4. Фрике, К. Вводный курс цифровой электроники / К. Фрике. – Москва: Тех-
носфера, 2004. - 432 с.
18
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Рис. 1.4. Схема для исследования ЦАП
19
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Рис. 2.6. Схема для исследования АЦП
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]