0. 3.2. Испытание аналого-цифрового преобразователя развертывающего преобразования

• Принцип действия и схема исследуемой цепи

• Схемы электрические соединений

• Перечень аппаратуры

• Указания по проведению эксперимента

Принцип действия и схема исследуемой цепи

В аналого-цифровом преобразователе (АЦП) развертывающего преобразования компаратор сравнивает измеряемое напряжение с напряжением цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Вход ЦАП подключен к счетчику. Каждый тактовый импульс увеличивает содержимое счетчика на 1 и пропорционально возрастает напряжение на выходе ЦАП. В некоторый момент напряжение ЦАП превысит измеряемое и произойдет переключение компаратора. Сигнал компаратора зафиксирует текущее содержимое счетчика в регистре хранения и это значение отобразиться на индикаторе. В дальнейшем продолжиться увеличение содержимого счетчика, и после переполнения счетчик вернется в исходное состояние. Далее цикл измерения повториться. Недостаток развертывающего преобразования – длительное время измерения. В случае ЦАП cnдвоичными разрядами на его выходе необходимо установитьзначений напряжения, что требуеттактовых импульсов.

Испытываемый АЦП развертывающего преобразования упрощен: выполняется только одно преобразование, а для выполнения следующего необходим ручной сброс. В испытываемой схеме переключение выходного сигнала компаратора (0→1) блокирует тактовые импульсы, счет останавливается, напряжение на выходе ЦАП не меняется. Индикатор отображает содержимое счетчика в момент остановки, т. е. число соответствующее измеряемому напряжению. Цикл измерения повторится после сброса счетчика вручную. Принципиальная схема АЦП развертывающего преобразования приведена на рисунке.

Схемы электрические соединений

Схема электропитания блока испытания цифровых устройств

Схема испытания аналого-цифрового преобразователя развертывающего преобразования на наборном поле блока испытания цифровых устройств А1.

Измеряемое напряжение в диапазоне от 0 до +5 В задается переменным резистором, подключенным к шинам питания (миниблок 5, рис. 1, набор 600.11.1).

Измеряемое напряжение сравнивается компаратором (3, рис. 1, набор 600.11.1) с напряжением ЦАП (1, рис. 1, набор 600.11.1). Состояние выхода компаратора отображается индикатором логических уровней. Сигнал с выхода компаратора через инвертирующий триггер Шмидта (миниблок из набора 600.11) поступает на вход элемента 2И-НЕ (миниблок из набора 600.11).

В качестве опорного напряжения ЦАП используется напряжение питания .

Напряжение ЦАП нарастает вместе с увеличением содержимого двоичного счетчика (4, рис. 1, набор 600.11.1) от 0 В (счетчик ) до максимальной величиныВ (счетчик). Шаг увеличения напряжения ЦАП равенВ. Эти величины определяют, соответственно, диапазон измерения и разрешающую способность испытываемого АЦП. При ином опорном напряжении ЦАП, соответственно изменяться шаг изменения и максимальное напряжение ЦАП, т. е. изменяется разрешающая способность и диапазон измерения АЦП.

Состояние счетчика отображают светодиоды миниблока индикаторов (набор 600.11). Индикатор 0 – младший разряд двоичного числа, 3 – старший.

Тактовые импульсы могут задаваться вручную от кнопки источника логических сигналов (пунктирная стрелка вверх от входа элемента И-НЕ) или от генератора (стрелка вниз к гнезду 1 Гц).

Сброс счетчика импульсов производиться кратковременным переводом тумблера «0» в положение 1.

Не используемые входы элементов подключены к шинам питания «0 В» или через резистор к «+5 В» (вспомогательный миниблок для подключения входов микросхем к шинам питания из набора 600.11).

Работа схемы.

1. На инвертирующем входе компаратора переменным резистором установлено некоторое измеряемое напряжение, отличное от 0 и меньшее максимального напряжения ЦАП. Рекомендуемый диапазон измеряемого напряжения 0,5…4,5 В.

2. По сигналу сброса (тумблер «0» кратковременно переводится в положение 1) счетчик устанавливается в состояние . Светодиоды миниблока индикаторов не светятся, выходное напряжение ЦАП равно 0.

3. Выход ЦАП задает на неинвертирующем входе компаратора напряжение равное 0. Напряжение неинвертирующего выхода компаратора ниже измеряемого напряжения на инвертирующем входе. На выходе компаратора – напряжение низкого уровня (логический 0). Это значение отображает индикатор логических уровней.

4. Выходной сигнал компаратора инвертируется триггером Шмидта и логическая 1 поступает на вход элемента И-НЕ. Тактовые импульсы со второго входа элемента И-НЕ после инвертирования появляются на его выходе.

5. Каждый нарастающий фронт тактового импульса на выходе элемента И-НЕ увеличивает содержимое счетчика на 1. Текущее состояние счетчика отображается миниблоком индикаторов и задает напряжение на выходе ЦАП.

6. Когда напряжение ЦАП превысит измеряемое напряжение, компаратор переключится, и на его выходе установится 1. Изменение состояния компаратора отобразит индикатор логических уровней.

7. Сигнал компаратора после инвертирования триггером Шмидта установит 0 на входе элемента И-НЕ. Выход элемента И-НЕ переключится в состояние 1. До тех пор, пока выход компаратора остается в состоянии 1 элемент И-НЕ не пропускает тактовые импульсы на вход счетчика. Схема остается блокированной до сброса счетчика тумблером «0». После сброса работа схемы повторится, начиная с пункта 2.