0. 3.4. Испытание аналого-цифрового преобразователя последовательного приближения

• Принцип действия и схема исследуемой цепи

• Схемы электрические соединений

• Перечень аппаратуры

• Указания по проведению эксперимента

Принцип действия и схема исследуемой цепи

Основное преимущество АЦП последовательного приближения – существенное снижение времени преобразования в сравнении с АЦП развертывающего или следящего преобразования.

Как и в рассмотренных выше АЦП измеряемое напряжение сравнивается компаратором с напряжением ЦАП. На каждом такте включается один разряд ЦАП, начиная со старшего. Если выходное напряжение ЦАП не превысило измеряемое, то этот разряд остается включенным до конца преобразования и его напряжение суммируется с напряжением последующих младших разрядов. Если при включении напряжения очередного разряда его сумма с напряжениями ранее включенных разрядов превысит измеряемое напряжение, компаратор переключится, и этот разряд будет отключен. По окончании преобразования включенными (т. е. равными 1) окажутся те разряды, сумма напряжений которых не превысит измеряемое напряжение. Число тактов, необходимых для выполнения преобразования равно числу разрядов преобразователя.

На рисунке приведена принципиальная схема эксперимента, реализующего алгоритм преобразования «в ручную» - разряды ЦАП включаются тумблерами, состояние компаратора определяется по индикатору.

Принципиальная схема испытания АЦП с регистром последовательных приближений(РПП) показана ниже.

Схемы электрические соединений

Схема электропитания блока испытания цифровых устройств

Схема для изучения принципа действия АЦП последовательного приближения на наборном поле блока испытания цифровых устройств А1 (ручной режим).

Схема используется для реализации алгоритма последовательных приближений «в ручную». Заданное переменным резистором (5, рис. 1, набор 600.11.1) напряжение (0…5 В) сравнивается компаратором (3, рис. 1, набор 600.11.1) с напряжением ЦАП (1, рис. 1, набор 600.11.1). Результат сравнения отображается индикатором логических уровней (из набора 600.11). Двоичное число на входе ЦАП устанавливается тумблерами 0, 1, 2, 3 (0 – младший разряд, 3 – старший разряд). В качестве опорного напряжения ЦАП используется напряжение питания. Для подключения неиспользуемых входов элементов и мультиметра к общему проводу используется вспомогательный миниблок (набор 600.11).

Перед выполнением эксперимента тумблеры 0, …, 3 устанавливают в положение 0. Переменным резистором задают измеряемое напряжение (рекомендуется 1…4 В).

При измерении поочередно переводят тумблеры в положение 1, начиная со старшего разряда (тумблер 3). Если напряжение на выходе ЦАП превысит измеряемое (на выходе компаратора – 1), то включенный тумблер возвращают в положение 0. Если на выходе компаратора 0 (напряжение ЦАП ниже измеряемого) включенный тумблер оставляют в положении 1. Далее сравнение напряжений повторяют, переключая тумблер следующего младшего разряда и т. д. (последовательность переключения тумблеров 3, 2, 1, 0). По окончании измерения положение тумблеров дает двоичное число – результат измерения ().

Диапазон измерения напряжения для данного АЦП – .(0…4,69 В, приВ). Разрешающая способность АЦП -В.

Результат измерения АЦП в вольтах равен , где- десятичное число, соответствующее положению тумблеров.

Для проверки результата мультиметром измеряют напряжение, установленное переменным резистором (, точка 1) и напряжение на выходе ЦАП (, точка 2).

Разность этих напряжений не должна превышать ().

Схема для тестирования АЦП последовательного приближения на наборном поле блока испытания цифровых устройств А1.

Для реализации алгоритма последовательных приближений в схеме используется четырехразрядный регистр последовательных приближений (РПП – миниблок 7, рис. 1, набор 600.11.1). Для отображения результата измерения выходы РПП подключены к миниблоку индикаторов (набор 600.11). Назначение остальных миниблоков тоже, что и в приведенной выше схеме изучения принципа действия АЦП последовательного приближения.

Назначение входов и выходов РПП:

R– вход установки 0. Если сигнал на входеRравен 1 (R=1), все выходы РПП устанавливаются в состояние 0 независимо от состояния других входов.

C– вход тактовых импульсов. Исходное состояние С=0. Первый импульс на входе (последовательность состояний на входе 0-1-0) устанавливает 1 на очередном выходе РПП. Следующий импульс – фиксирует сигнал с выхода компаратора, поступающий на входD. По окончании преобразования тактовые импульсы не влияют на состояние РПП до установки регистра в состояние 0 (R=1).

D – вход сигнала компаратора.

1,2,4,8 – выходы разрядов (8 – старший, 1 – младший).

E– выход. Е=1 после окончания преобразования.

Работа схемы.

Перед выполнением эксперимента устанавливают РПП состояние 0 (тумблер 0 кратковременно переводят в положение 1). Переменным резистором задают измеряемое напряжение (0,5…4,5 В). Импульсы на вход CРПП подаются или от кнопки источника логических сигналов (провод, показанный пунктиром), или от генератора (гнездо «1 Гц», провод – штрих-пунктир). В качестве опорного напряжения ЦАП используется напряжение питания.

Первый импульс на входе С РПП (переход 0-1-0) устанавливает 1 на выходе старшего разряда (выход 8). Соответствующее напряжение устанавливается на выходе ЦАП и включается индикатор 3 блока индикаторов.

Заданное переменным резистором напряжение (0…5 В) сравнивается компаратором с напряжением ЦАП. Результат сравнения отображается индикатором логических уровней и поступает на вход DРПП.

Следующий импульс на входе С РПП фиксирует состояние входа DРПП. ЕслиD=0 (напряжение ЦАП ниже измеряемого) выход 8 РПП остается в состоянии 1. ЕслиD=1 (напряжение ЦАП выше измеряемого) выход 8 РПП возвращается к состоянию 0.

Следующие пары импульсов на входе С РПП повторяют описанные выше действия для разрядов 4, 2, 1. Импульс, следующий за парой импульсов младшего разряда (1), устанавливает сигнал окончания преобразования Е=1. Дальнейшие импульсы не меняют состояние РПП. Светодиоды блока индикаторов отображают результат измерения (двоичное число).

Процесс измерения возобновится с первым тактовым импульсом после сброса РПП (переход сигнала Rот 1 к 0).

Диапазон измерения напряжения для данного АЦП – .(0…4,69 В, приВ). Разрешающая способность АЦП -В.

Результат измерения АЦП в вольтах равен , где- десятичное число, соответствующее двоичному числу на индикаторе.

Для проверки результата мультиметром измеряют напряжение, установленное переменным резистором (, точка 1, инвертирующий вход компаратора) и напряжение на выходе ЦАП (, точка 2, неинвертирующий вход компаратора).

Разность этих напряжений не должна превышать ().