К их выполнению. Задание 1. Запустить лабораторный комплексlabworks и среду МS10 (щёлкнув мышью на команде Эксперимент меню комплексаlabworks)

Задание 1. Запустить лабораторный комплекс Labworks и среду МS10 (щёлкнув мышью на команде Эксперимент меню комплекса Labworks). Открыть файл 36.4.ms10, размещённый в папке Circuit Design Suite 10.0 среды МS10, или собрать на рабочем поле среды MS10 схему для испытания аналого-цифрового преобразователя с ЦАП (рис. 36.4) и установить в диалоговых окнах компонентов их параметры или режимы работы. Скопировать схему (рис. 36.4) на страницу отчёта.

В схему (рис. 36.4) включены собственно библиотечный 8-разрядный АЦП (ADC); источники опорного напряжения E1 и E2 (подключены к входам Vref+ и Vref- АЦП); генератор E4 для синхронизации работы (подключен к входу SОС) и разрешения (вход ОЕ) на выдачу двоичной информации на выходы D0,…, D7 АЦП, с которыми соединены входы логического анализатора XLA1 и пробники Х0, …, Х7; функциональный генератор ХFG1 в качестве источника входного сигнала u_вх (подключен к входу Vin); ЦАП (DAC) и осциллограф XSC1. Выход ЕОС служит для передачи
двоичной информации АЦП, например, на ЭВМ.

Задание 2. Исследовать точность преобразования АЦП уровней вхо­дного напряжения u_вх в цифровой код с помощью пробников Х0, …, Х7, логического анализатора ХLA1, а также ЦАП и осциллографа XSC1.

С этой целью:

- временно удалить провод 1 (см. рис. 36.4) и подключить вход Vin АЦП к положительному полюсу источника постоянного напряжения Е3;

- составить таблицу, аналогичную табл. 36.1, в первый столбец которой записать уровни напряжения

u_вх = 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,4; -0,5; -1,0: -2,0 В,

поочерёдно задаваемые в диалоговом окне генератора Е3;

- установить в диалоговых окнах генераторов Е1 и Е2 ЭДС Е ₁ = 2,5 В, и ЭДС Е ₂ = -2,5 В;

- запустить программу моделирования АЦП и заносить в поля составленной таблицы значения напряжения u_{вых (ЦАП)} с выхода ЦАП, измеряемые на экране осциллографа с помощью визирной линии; двоичный эквивалент D ₍₂₎ преобразуемого напряжения, определяемый по свечению пробников Х7, …, Х0; шестнадцатеричный код D ₍₁₆₎, считываемый с дисплея анализатора XLA1;

- получаемые с выхода АЦП десятичные инверсные сигналы D _{(10) инв} пе­ресчитать на неинверсные D ₍₁₀₎ по выражению

D ₍₁₀₎ = D _{(10) инв} - 128

и занести в соответствующие столбцы таблицы;

- расчётные десятичные эквиваленты D _{(10) расч} двоичного кода D ₍₂₎ на выходе АЦП при заданном значении входного напряжения u_вх определить по формуле

D _{(10) расч} = 256 u_вх /(E ₁ + ê- E ₂ê),

и занести во второй справа столбец таблицы;

- рассчитать погрешности измерения напряжения по выражению

ΔU % = 100(u_{вых (ЦАП)} - u_вх)/ u_вх

и занести в правый столбец таблицы.

В качестве примера в табл. 36.1 приведены данные измерений при моделирования АЦП при E ₁ = 3 Ви E ₂ = -3 В, которые близки к расчётным значениям. Так, при E ₁ = ½ E ₂½= 3 В и u_вх = E ₃ = 1 B расчётный десятичный эквивалент D _{(10) расч} = 256×1/6» 42,67 при измеренном D ₍₂₎ = 10101010 и D ₍₁₀₎ = 42. При этом погрешность измерения составила 3,56%.

Т а б л и ц а 36.1

uвх, В	uвых (ЦАП), В	D (2)	D (16)	D (10). инв	D (10)	D (10) расч	ΔU %
0,1	0,09375					4,27	6,25
0,5	0,5156					21,33	3,12
1,0	0,9644		АА			42,67	3,56
2,0	2,017		D5			85,34	0,85
2,5	2,484		ЕА			106,67	0,64
2,9	2,906		FB			123,74	0,21
-1,0	-0,9844				-43	-42,67	3,56

Задание 3. Исследовать процесс преобразования входного напряжения треугольной формы в цифровые коды, а затем с помощью ЦАП - в ступенчатое напряжение, аппроксимирующее напряжение u_вх.

Для этого:

- удалить провод, соединяющий выход генератора Е3 с входом Vin АЦП, и восстановить провод 1, соединяющий выход "+" функционального генератора XFG1 с входом Vin АЦП (см. рис. 36.4);

- установить па­раметры генератора XFG1 (рис. 36.5, а): напряжение треугольной формы со скважностью N = 99 и амплитудой 1 В (диапазон от -1 В до 0,98 В) и его частоту f_г = 50 Гц;

- запустить программу моделирования АЦП;

- получить и скопировать на страницу отчета осциллограмму входного напряжения u_вх, осциллограмму ступенчатого напряжения u_{вых (ЦАП)} с выхода ЦАП (см. рис. 36.5, б), и временные диаграммы сигналов с выходов D0, …, D7 АЦП, поступающих на входы логического анализатора XLA1 и являющимися двоичными эквивалентами дискретных отсчётов u_вх (kDt)

входного напряжения (рис. 36.6);

- воспользовавшись визирными линиями, провести анализ формирования напряжения u_{вых (ЦАП)}, аппроксимирующего входное напряжение u_вх, в частности, измерить напряжение и высоту его ступеней в разные моменты преобразования (с интервалом в 1 мс в моменты положительного перепада тактового импульса синхронизации) и сравнить их с отсчётами u_вх (kDt) напряжения u_вх.

Так, при частоте синхронизации f_с = 1 кГц и частоте пилообразного напряжения f_г = 50 Гц образовалось на выходе ЦАП двадцать ступеней напряжения u_{вых (ЦАП)}, средняя высота которых равна U_ст» 93,7 мВ при расчётном значении Du = u_{вх . max} /(N + 1) = 1,98/21 = 94 мВ. Первая ступень высотой 66 мВ сформировалась по истечении 0,5 мс с момента включения моделирования при уровне входного напряжения u_вх = -93,4 мВ, вторая - при u_вх = -0,849 В высотой 93,75 мкВ и и т. д.

Задание 4 (выполняется факультативно или по указанию преподавателя). Исследовать процесс преобразования АЦП входного синусоидального напряжения в цифровые коды, а затем с помощью ЦАП – в ступенчатое напряжение.

С этой целью:

- щёлкнуть мышью на кнопке "Синусоидальное напряжение" генератора ХFG1 (см. рис. 36.5, а) и установить частоту напряжения f_г = 25 Гц, а затем, при остановке моделирования, f_г = 5 Гц с изменением времени развёртки лучей осциллографа с 10 мс/дел на 50 мс/дел. Сместить вверх на 0,6 деления осциллограмму входного напряжения u_вх (рис. 36.7);

- измерить напряжение u_{вых (ЦАП)} и высоту его ступеней в разные моменты преобразования и сравнить их с отсчётами напряжения u_вх (kDt) вхо­дного напряжения u_вх для моментов положительного перепада тактового импульса синхронизации.

Двоичные эквиваленты отсчетов напряжения u_вх (kDt) с выходов АЦП преобразуются с помощью ЦАП в аналоговый ступенчатый сигнал u_{вых (ЦАП)} (см. рис. 36.7). При этом с уменьшением частоты сигнала увеличивается число ступеней и преобразованная кривая хорошо аппроксимирует входной сигнал. Высота ступеней переменная, от 46 мВ до 141 мВ, так как интервал дискретизации Dt при заданной частоте синхронизации постоянный. Особенно заметна верхняя и нижняя ступени с отклонением от амплитуды входного напряжения приближённо на 15,5 мВ, так как на интервалах дискретизации около амплитуд скорость изменения напряжения минимальная.