0. 3.3. Испытание аналого-цифрового преобразователя следящего 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) следящего преобразования компаратор сравнивает измеряемое напряжение с напряжением цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Вход ЦАП подключен к реверсивному счетчику. В зависимости от сигналов управления содержимое реверсивного счетчика увеличивается или уменьшается на 1 при каждом тактовом импульсе.

Если напряжение ЦАП ниже измеряемого, то каждый тактовый импульс увеличивает содержимое счетчика и напряжение ЦАП приближается к измеряемому.

В момент, когда напряжение ЦАП превысит измеряемое, компаратор переключит реверсивный счетчик в режим вычитания. Следующий тактовый импульс уменьшит содержимое счетчика, напряжение ЦАП снизится, и станет меньше измеряемого. Выходной сигнал компаратора переключится и переведет счетчик в режим суммирования.

АЦП перейдет в режим слежения за измеряемым напряжением. При каждом тактовом импульсе напряжение АЦП пересекает уровень измеряемого напряжения, переключается компаратор и меняется направление счета счетчика. Если измеряемое напряжение вырастет, то счетчик останется в режиме суммирования тактовых импульсов, и напряжение ЦАП будет расти, пока не достигнет нового уровня измеряемого напряжения. При снижении измеряемого напряжения счетчик останется в режиме вычитания, и напряжения ЦАП будет снижаться до нового уровня измеряемого напряжения. Принципиальная схема АЦП приведена на рисунке.

Схемы электрические соединений

Схема электропитания блока испытания цифровых устройств

Схема для тестирования АЦП следящего 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.

В качестве опорного напряжения ЦАП используется напряжение питания .

Напряжение ЦАП изменяется вместе с изменением содержимого двоичного счетчика от 0 В (счетчик ) до максимальной величиныВ (счетчик). Шаг изменения напряжения ЦАП равенВ. Эти величины определяют, соответственно, диапазон измерения и разрешающую способность испытываемого АЦП.

Тактовые импульсы поступают на суммирующий (+1) или вычитающий (-1) входы двоичного счетчика (4, рис. 1, набор 600.11.1) через два логических элемента И-НЕ (из набора 600.11). Выбор входа счетчика, на который поступают импульсы, определяется состоянием компаратора на предыдущем интервале. Это состояние фиксируется и сохраняется D-триггером (миниблок из набора 600.11).

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

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).

Тактовые импульсы могут задаваться вручную от кнопки источника логических сигналов (оба показанных штрих-пунктиром провода подключены к гнезду кнопки) или от генератора (оба показанных пунктиром провода подключены к гнезду «1 Гц»).

Работа схемы.

1. На инвертирующем входе компаратора переменным резистором установлено некоторое измеряемое напряжение, отличное от 0 и меньшее максимального напряжения ЦАП.

2. Предположим, что после включения счетчик находится в некотором произвольном состоянии между и.

3. Выход ЦАП задает на неинвертирующем входе компаратора некоторое напряжение, соответствующее состоянию счетчика. Если это напряжение ниже измеряемого, то на выходе компаратора 0. Этот сигнал после инвертирования триггером Шмидта (т. е. равный 1) будет записан в D-триггер по нарастающему фронту тактового импульса. Если напряжение ЦАП выше измеряемого, то вD-триггер будет записан 0. Выходной сигнал компаратора отображает индикатор логических уровней.

4. Единичный сигнал на одном из выходов D-триггера поступает на вход одного из элементов И-НЕ.

5. Если в D-триггер записана 1 этот сигнал появляется на прямом выходе триггера и разблокирует верхний (по схеме) элемент И-НЕ. Тактовые импульсы проходят на суммирующий вход счетчика. По спадающему фронту тактового импульса содержимое счетчика увеличивается на 1, напряжение ЦАП возрастает, приближаясь к измеряемому.

6. Если в D-триггер записан 0, сигнал 1 появляется на инверсном выходе триггера (обозначен кружком) и разблокирует нижний (по схеме) элемент И-НЕ. Тактовые импульсы проходят на вычитающий вход счетчика. По спадающему фронту тактового импульса содержимое счетчика уменьшается на 1, напряжение ЦАП снижается, приближаясь к измеряемому.

7. Когда на одном из тактов напряжение ЦАП перейдет через уровень измеряемого напряжения выход компаратора сменит значение на противоположное, изменится состояние D-триггера, тактовые импульсы будут перенаправлены на другой вход счетчика. Сменится направление изменения содержимого счетчика. На следующем такте процесс повторится. Младший разряд двоичного числа на выходе АЦП при каждом тактовом импульсе будет увеличиваться или уменьшаться на 1, совершая колебания около уровня измеряемого напряжения.

8. При изменении уровня измеряемого напряжения колебания прекратятся, и напряжение ЦАП начнет изменяться вслед за измеряемым напряжением, пока не достигнет его нового уровня.