Лабораторная работа №2 «Изучение и подбор аналого-цифрового преобразователя»

Цель работы:

Научиться разрабатывать аналого-цифровой преобразователь необходимый для подключения датчиков с аналоговыми выходами к автоматизированным технологическим линиям управляемым микропроцессорными системами.

Задание

1.Изучить методическое указание по выполнению лабораторной работы.

2. По выданному преподавателем заданию рассчитать параметры аналого-цифрового преобразователя и выбрать подходящий тип АЦП из предложенных трёх вариантов. Обосновать выбор.

Теоретические основы.

2.1 Определение разрядности аналого-цифрового преобразователя

В преобразовании сигналов из аналоговой формы в цифровую можно выделить следующие процессы: дискретизацию, квантование, кодирование. Процесс дискретизации заключается в том, что из непрерывного во времени сигнала (в рассматриваемом случае таким сигналом является напряжение) выбираются отдельные его значения, соответствующие тактовым моментам времени (на рисунке 4 это моменты времени t₀, t₁ ...), следующим через определенный временной интервал Т, называемый тактовым интервалом. Операция квантования состоит в округлении значений аналогового напряжения, выбранных в тактовые моменты времени, до ближайшего уровня квантования (рисунок 4). Уровни квантования сдвинуты друг относительно друга на величину ∆, называемую шагом квантования. Каждому уровню квантования присваивается порядковый номер (0, 1, 2, 3 и т.д.).

Рисунок 4 – Сетка уровней квантования

На диаграмме рисунка 4 значение напряжения в тактовый момент времени t₀ заменяется ближайшим к нему уровнем квантования с номером 3, в момент t1 - уровнем 6, t₂ – 7, t₃ – 7, t₄ – 3, t₅ – 1, t₆ – 2, t₇ - 3. Смысл операции кодирования заключается в представлении полученной в результате квантования последовательности десятичных чисел (3, 6, 7, 7, 3, 1, 2, 3) двоичным кодом. Теперь рассматриваемая выше последовательность будет выглядеть следующим образом: 011, 110, 111, 111, 011, 001, 010, 011.

Необходимое количество уровней квантования проектируемого устройства

где L – ширина диапазона изменения тока (напряжения), А (В); Δ_m – максимальный шаг квантования, А (В).

Шаг квантования, А (В), определяется исходя из заданной точности (шума квантования):

где δ – шум квантования, % .

Далее необходимо определить минимальное количество разрядов АЦП, которое может обеспечить рассчитанное число уровней квантования. Количество разрядов определяется как ближайшее целое число по условию

n > log₂N

Исходя из рассчитанного количества разрядов, определяется действительное число уровней квантования

N' = 2ⁿ,

действительное значение шага квантования, А (В)

а также действительное значение шума квантования, выраженное в процентах от ширины диапазона измерений

Рассчитанная разрядность АЦП определяет разрядность микропроцессора и ЦАП.

Для проектирования устройства предлагается использовать один из трех типов АЦП (в зависимости от варианта): последовательный АЦП со ступенчатым пилообразным напряжением; АЦП следящего типа; параллельный АЦП.