Порядок выполнения практикума. Для проведения практикума необходимо: осциллограф, генератор сигналов, лабораторный стенд "Схемотехника АЦП и ЦАП"

 

Для проведения практикума необходимо: осциллограф, генератор сигналов, лабораторный стенд " Схемотехника АЦП и ЦАП", цифровой вольтметр.

Выполните работу в следующей последовательности:

1) измерьте временные и амплитудные параметры сигналов, формируемых генератором сигналов. Для этого включите сетевую вилку стенда в сеть, включите тумблер " Питание" в положение " Вкл", при этом должен светиться индикатор " Питание";

2) подключите осциллограф к гнездам " Выход" генератора сигналов (ГС). Последовательно в соответствии с таблицей 7.2 установите ручки управления ГС в необходимое положение, а кнопками задайте " Код канала". Для каждой позиции таблицы 7.2 измерьте перечисленные параметры сигналов и зарисуйте осциллограммы;

 

 

Таблица 7.2 – Алгоритм управления генератором сигналов

 

№ позиции	Наблюдаемый сигнал	Кодка-нала	Генератор прямоугольных импульсов	Генератор пилообразных импульсов	Генератор шума	Измеряемые параметры
			Код канала	Амплитуда	Частота	Регулировка уровня	Амплитуда	Частота	Регулировка уровня	Амплитуда
	Импульс			+	+	*	*	*	*	*	Амплитуда, частота, спад фронт и срез импульса
	Импульс			+	+	*	*	*	*	*	Амплитуда, частота, спад фронт и срез импульса
	Постоянный уровень			*	*	+	*	*	*	*	Постоянный уровень напряжения
	Пилообразный импульс		*	*	*	*	+	+		*	Амплитуда, частота, фронт и срез
	Шумовой сигнал			*	*	+	*	*	*	+	Max и min амплитуда
	Импульс случайной амплитуды			+	+	*	*	*	*	+	Max, среднюю и min амплитуда

 

Обозначения в таблице:

* - положение ручки управления может быть произвольной;

+ - ручкой управления можно регулировать наблюдаемый параметр сигнала.

 

3) установите ручки управления ГС в соответствии с позицией 3 таблицы 7.2 и лабораторного стенда (ЛС) с позицией 1 таблицы 7.3;

 

Таблица 7.3 – Алгоритм управления лабораторным стендом

 

№ позиции	Положение ручек управления ЛС
Преобразование	Частота преобразований, кГц	" АЦП-ЦАП"	ИОН, цена младшего разряда, мВ
Ручное	Автомат				АЦП	ЦАП
	+		+			+			+
		+		+		+			+

 

Обозначения в таблице:

+ - положение ручки управления.

 

4) соберите схему рабочего места в соответствии с рисунком 7.8;

 

Рисунок 7.9 – Схема эксперимента

 

5) включите стенды тумблерами " Сеть" и " Питание";

6) устанавливайте ручкой " Регулировка уровня" по цифровому вольтметру ряд напряжений 10, 20, 30, 40, 100мВ и 0, 5; 1; 2; 3, 5, 7, 9 В. Для каждого значения напряжения несколько раз (не менее 5) нажимайте кнопку " Сброс", затем кнопку " Ручное" и записывайте цифровой код с индикаторов схемы индикации ЛС. Вычисляйте среднее значение кода и записывайте в столбцы " Входное напряжение" и " Среднее значение кода" таблицы измерений. Вычислите цену МЗР (младшего значащего разряда) АЦП, т.е. ширину канала из выражения:

 

МЗР = (3, 00 – 0, 01) / (Y_К - Y_Н),

 

где: Y_К, Y_Н - цифровые коды, соответствующие максимальному и минимальному уровням входного напряжения.

Постройте передаточную характеристику АЦП и определите интегральную нелинейность преобразований;

7) отключите цифровой вольтметр. Установите ручки управления ГС и ЛС в соответствии с позицией 1 таблицы 2 и с позицией 2 таблицы 3. Посмотрите осциллограммы осциллографом 1 и измерьте параметры входных прямоугольных импульсов в гнезде " U_{ВХ АЦП} " и сигналов в гнездах " f такт", " Сброс и начало преобразования", " Конец преобразования - записи". Осциллографом 2 наблюдайте за процессом последовательных приближений уровней осциллограммы " U_{ВЫХ ЦАП}" к уровню сигнала " U_{ВХ АЦП}", зарисуйте осциллограмму " U_{ВЫХ ЦАП}". Запишите показания цифрового кода и по его значению определите амплитуду входного сигнала;

8) установите ручки управления ГС в позицию 4 (таблицу 7.2), а ЛС в позицию 2 (таблицу 7.3). Ручками " Амплитуда", " Частота грубо", " Частота плавно" генератора пилы установите по осциллографу 1 амплитуду импульсов 7, 5 В с частотой 1 кГц;

9) запишите не менее 100 показаний цифрового кода с индикатора ЛС, переведите каждое показание в десятичный код и постройте гистограмму распределения уровней пилообразного напряжения в координатах, показанных на рисунке 7.10;

Рисунок 7.10 - Гистограмма распределения амплитуды пилообразного сигнала

 

В каждый из интервалов, содержащих 50 последовательных цифровых кодов, необходимо вносить по оси ординат число отсчетов, попавших в этот интервал;

10) установите ручки управления ГС в соответствии со строкой 5 (таблицу 7.2), а ЛС - со строкой 2 (таблицу 7.3).

Ручкой " Амплитуда" генератора шума ГС установите по осциллографу максимальную амплитуду шумов в пределах 4 -5 В. Повторите регистрацию данных в соответствии с п.9 настоящей методики и постройте гистограмму распределения уровней шумового сигнала.

11) установите ручки управления ГС согласно строки 6 таблицы 7.2, а ЛС - строки 2 таблицы 7.3. Ручками " Амплитуда" генератора прямоугольных импульсов и генератора шума ЛС отрегулируйте максимальную амплитуду прямоугольных импульсов с наложенными шумами в пределах 6 - 7 В. Повторите запись данных и постройте гистограмму распределения случайной амплитуды сигнала (амплитудного спектра) по методике п.9;

12) найдите математическое ожидание (среднестатистическое значение), среднеквадратическое отклонение гистограммы распределения случайной амплитуды импульсов из выражений:

 

= å A_i n_i / å n_i,

 

= ,

 

где: A_i - номер канала (А_i = 1, 2, 3,.., 10,.., 20 рисунок 7.10);

n_i - число отсчетов в i- канале.

При суммировании число каналов i необходимо выбирать в пределах гистограммы амплитудного спектра.

Контрольные вопросы к практикуму

 

1 Какие виды АЦП используются в технических системах? Перечислите преимущества и недостатки каждого вида АЦП.

2 Объясните алгоритм работы АЦП двойного интегрирования.

3 Каким образом происходит преобразование амплитуды сигналов в цифровой вид в АЦП параллельного действия?

4 Как работает АЦП последовательных приближений? Назовите предельные параметры этого вида АЦП.

5 Дайте определение дифференциальной и интегральной нелинейностей.