Порядок выполнения работы

1. Подать напряжение сети на клеммы стенда 220В. 2. Положение тумблеров Т1-Т4 поставить в положение «выкл.»

3. Снять уровни сигналов ( «0» и «1») микросхем. Полученные данные занести в табл.1 и табл.2.

4. Изменяя состояния тумблеров Т1-Т4, повторить эксперимент для всех комбинаций.

5. Сопоставить полученные таблицы с таблицей, имеющейся в описании.

6. Привести стенд в исходное сосотояние.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Рассказать о принципе работы устройства ТС, выполненного на интегральных микросхемах.

2. Рассказать о достоинствах и недостатках устройств ТС, выполненных на интегральных и транзисторных схемах.

3. Составить аналогичную схему ТС на базе отдельных микросхем И, НЕ.

4. Рассказать в принципах построения ТУ, ТС, ТИ, ТУ-ТС.

Л И Т Е Р А Т У Р А.

1. Стрыгин В.В. Основы автоматики и вычислительной техники.-М.: Наука,1980.

2. Справочник по интегральным микросхемам / Под редакцией Б.В. Тарабрина. –М., 1980.

Лабораторная работа №6

ИЗУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ЧАСТОТНОГО АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ 1. Изучить принцип преобразования аналоговых сигналов в частоту следования импульсов.

2. Ознакомиться с функциональной и принципиальной схемами преобразователей.

3. Снять экспериментальные данные.

Теоретическая часть

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и дискретизация непрерывных сигналов. Общие сведения.

В основе дискретизации непрерывных сигналов лежит принципиальная возможность представления их в виде взвешенных сумм.

(1)

где а_n – векторные коэффициенты или отсчеты, характеризующие исходный сигнал в дискретные моменты времени; f_n(t) – набор элементов и функций, используемых при восстановлении сигналов по его отсчетам.

Многочисленные системы дискретного представления непрерывных сигналов можно разделить на системы, использующие постоянный период дискретизации (равномерная дискретизация) и переменный ( адаптивная дискретизация). Наиболее распространенной формой дискретизации является равномерная, в основе которой лежит теорема отсчетов ( теорема Котельникова В.А.). Смысл этой теоремы состоит в том, что для представления функции f(n) набором дискретных отсчетов необходимо, чтобы частота повторения F(n) = 1/ Туп была больше удвоенной максимальной частоты 2Fm, содержащая в спектре исходной непрерывной функции f(n).

Согласно этой теореме в качестве коэффициентов а_n необходимо использовать мгновенные значения сигнала U (t_n ) в дискретные моменты времени t_n = nΔt, а период дискретизации выбирать из условия Δt = ½Fm, где Fm – максимальная частота спектра исходного сигнала.

АЦП можно разбить на три основные группы:

1. Преобразователи перемещений (линейных или угловых);

2. Преобразователи электрических величин (напряжения, тока, сопротивления);

3. Преобразователи интервалов времени;

Схема, приведенная на рис.1а, поясняет принцип построения преобразователя угла поворота вала в код с кодирующим диском и фотоэлектрической системой считывания. Здесь КД – кодирующий диск, БП – блок питания, ИС1, ИС2, ИС3 – источники света, ФЭ1, ФЭ2, ФЭ3 – фотоэлементы, В – вал, У – усилитель.

Рис.1

Кодирующий диск закрепляется на валу преобразователя и поворачивается в соответствии с изменением преобразуемой величины α. Диск (рис.1б) разбивают на концентрические окружности, число которых равно числу разрядов кода. На эти окружности наносят непрозрачные участки, которые вместе с прозрачными представляют код. Прозрачные участки диска соответствуют единицам, а непрозрачные – нулям в каждом разряде кода. Диск освещают источниками света, которые расположены по одну его сторону. С другой же стороны диска находятся светочувствительные элементы – фоторезисторы и фотодиоды. При каждом положении диска освещены только те фотоэлементы, которые соответствуют единицам кода. Комбинация единиц и нулей представляет собой закодированную величину угла поворота α. Кодирующий диск можно выполнить в виде проводящих и непроводящих участков. В этом случае считывающим устройством служат контакты, скользящие по кольцам диска. Преобразователь напряжения в код с промежуточным преобразованием (рис.2а) в начале преобразует входное напряжение в временной интервал, а затем в код.

(б)

Рис.2

Преобразуемое напряжение Ux сравнивается с линейно изменяющимся напряжением Uф, которое вырабатывается генератором пилообразного напряжения (ГПП), запускаемым управляющими импульсами УИ1 от делителя частоты (ДЧ). На счетный вход ДЧ поступают импульсы от генератора тактовых импульсов (ГТИ). Моменты времени между двумя управляющими импульсами УИ1 определяют цикл преобразования Тип. Тактовые импульсы постоянно поступают на один из входов элемента И, на другой вход которого подается импульс с выхода триггера управления (ТУ). Делитель частоты в момент времени t₁ (рис.2б) осуществляет перевод счетчика СИ в нулевое состояние, запускает генератор пилообразного напряжения и переводит триггер управления в единичное состояние. При этом тактовые импульсы поступают на вход счетчика. Орган сравнения (ОС) осуществляет сравнение их с линейно изменяющимся напряжением Uф. В момент равенства этих напряжений на выходе ОС возникает импульс Ц УИ2, возвращающий триггер управления I в состояние 0. При этом подача импульсов с выхода элемента «И» на вход счетчика прекращается.

Отрезок времени вход (рис.2б), в течении которого тактовые импульсы поступают на вход счетчика, пропорционален Uх. Так Δt₁ = kUx₁; Δt₂ = kUx₂, где к – коэффициент пропорциональности. Число тактовых импульсов, зафиксированное в счетчике, пропорционально отрезку времени (Δt₁; Δt₂ ;…). Таким образом, формируется код, которых отображает величину Ux. Погрешность преобразователя зависит от стабильности и точности работы ГПН, стабильности частоты счетных импульсов. Для уменьшения ошибки дискретности нужно увеличивать частоту повторения тактовых импульсов.

Для преобразования временного интервала t_n (или длительности импульсов) в цифровой код используют аналогичную схему. На вход схемы «И» подают счетные импульсы от ГТИ, на другой – импульсы, длительность которых нужно представить кодом. Выходные импульсы схемы «И» подаются на счетчик импульсов, который выдает t_n в виде кода. Перед каждым новым преобразованием счетчик сбрасывает на нуль.