Домашнее задание. 1. Изучите по конспекту лекций и литературе основные разделы темы: [1, с

1. Изучите по конспекту лекций и литературе основные разделы темы: [1, с. 5–12, 325–329; 6, с. 507–512].

2. Сделайте заготовку отчета.

Лабораторное задание

1. Получите статические характеристики А-Ц и Ц-А преобразований.

2. Получите осциллограммы исходного сложного сигнала, отсчеты этого сигнала и сигнала, восстановленного в ЦАП.

3. Изучите влияние частоты дискретизации, разрядности кода и сглаживающего фильтра на точность преобразования.

Методические указания

1. Снятие статической характеристики АЦП.

1.1. Соединить «открытый» вход (вход 2) АЦП с источником постоянного напряжения U ₁ (или U ₂). Регулятор этого напряжения установить в крайнее правое положение. Установить частоту дискретизации f _д2. На вход внешней синхронизации осциллографа подать синхронизирующий сигнал С₁ (в блоке ИСТОЧНИКИ СИГНАЛОВ). Подключить вход 1 осциллографа к нижнему выходу АЦП S (k ∆ t). Получив неподвижное изображение ряда точек (отсчетов постоянного напряжения), установить длительность развертки такой, чтобы на экране располагалось не более двух отсчетов (точек). Подключить второй вход осциллографа к выходу АЦП; усиление по второму входу осциллографа – на минимум.

Рис.15.1. Осциллограммы отсчетов постоянного входного напряжения (верхний луч) и соответствующие коды на выходе АЦП (нижний луч)

1.2. Переключатель разрядности АЦП поставить в положение «3» (трехразрядное кодиро-вание).

1.3. Плавно уменьшая постоянное напряжение на входе U ₁, наблюдать на осциллографе изменение высоты отсчетов и цифрового кода на выходе АЦП, как это показано на рис.15.1. Отрегулировать положение лучей и масштабы так, чтобы при изменении U ₁ отсчеты не выходили за пределы экрана.

1.4. Подготовить тестер (в правой части стенда) для измерения постоянных напряжений.

1.5. Подготовить табл. 15.1.

1.6. Плавно регулируя U ₁= u _вх, добиться появления на экране одной из кодовых комбинаций табл. 15.1. Следует устанавливать минимальное значение u _вх, при котором существует требуемая кодовая комбинация; после этого следует измерить напряжение u _вх. Для этого, отключив вход АЦП от источника постоянного напряжения, подключить к нему вольтметр. Измеренное значение u _вх внести в верхнюю строку табл. 15.1. Таким образом заполнить всю верхнюю строку таблицы.

1.7. Переключателем разрядности установить n = 4 (четырехразрядное кодирование). Подготовить табл. 15.2, подобную табл. 15.1, но для 16 кодовых комбинаций (от 0000 до 1111). Повторить п. 1.6 для новой таблицы.

Таблица 15.1

Статистические характеристики АЦ и ЦА преобразований

Число разрядов n =3

u вх (АЦП)	В
Код	–
u вых (ЦАП)	В

2. Снятие статической характеристики ЦАП.

2.1. Собрать схему измерений согласно рис. 15.2.

		Рис. 15.2. Схема измерений

2.2. Установить число разрядов n = 3; частоту дискретизации f _д2; тумблер «0 τ» в положении «0».

2.3. Для наблюдения на экране осциллографа постоянных напряжений на выходе ЦАП следует обеспечить режим «открытого» входа (для входа 2 осциллографа).

Настройку синхронизации и развертки сохранить прежней.

2.4. Регулируя U ₁, наблюдать изменение кода на входе ЦАП и скачкообразное изменение напряжения на его выходе. Отрегулировать положение лучей и масштабы изображения так, чтобы при изменении U ₁ осциллограмма оставалась в пределах экрана.

2.5. Плавно изменяя U ₁, добиться появления на экране одной из кодовых комбинаций табл. 15.1 (при этом нет необходимости искать минимальное значение U ₁= u _вх, как это требовалось в п. 1.6). Показания вольтметра на выходе ЦАП внести в нижнюю строку таблицы.

2.6. Заполнив табл. 15.1, построить графики:

u _выхЦАП = φ₁(u _вхАЦП);

u _шк = u _выхЦАП – u _выхИП = φ₂(u _вхАЦП).

Здесь U _шк – напряжение так называемого «шума квантования» – погрешность двойного преобразования «аналог–цифра–аналог»; u _выхИП – выходное напряжение ЦАП для гипотетического идеального преобразования «аналог–цифра–аналог». График u _выхИП (u _вхАЦП) представляет собой прямую, проведенную через начало координат и вершину одной из верхних «ступенек» графика φ₁.

2.7. Установить число разрядов n = 4. Повторить пп. 2.4 и 2.5 для n = 4.

3. Прохождение сложного сигнала через систему АЦП+ЦАП.

3.1. Установить частоту дискретизации f _д2 и разрядность n = 3. Соединить вход 1 АЦП с источником сигнала S ₄. Ко второму входу АЦП подключить первый вход осциллографа. Установить режим внутренней синхронизации по первому входу. Отрегулировать усиление и период развертки так, чтобы один период входного сигнала занимал верхнюю половину экрана.

3.2. Второй вход осциллографа подключить на первый выход ЦАП. Для более удобного наблюдения ступенчатой структуры выходного сигнала ЦАП можно уменьшить период развертки на 1-2 ступени и увеличить усиление обоих каналов так, чтобы «ступеньки» выходного сигнала стали более заметными. На осциллограммах этого пункта следует показывать именно эти фрагменты сигналов при неизменном временном масштабе:

- исходный сигнал S ₄(t);

- выходной сигнал ЦАП U _вых1(t) для числа разрядов n = 3, 4, 5, 8.

- выходной сигнал ЦАП U _вых2(t) (после фильтра) при такой же разрядности (n = 3…8);

- то же при n = 4 и f _д1.

Отчет

Отчет должен содержать:

1) структурную схему измерений;

2) таблицы, графики φ₁ и φ₂;

3) осциллограммы с условиями испытаний;

4) выводы о влиянии частоты дискретизации, разрядности и роли сглаживающего фильтра.

Контрольные вопросы

1. Изобразите функциональную схему цифровой системы связи для передачи аналоговых сигналов.

2. Каково назначение АЦП?

3. Какое отношение к работе АЦП имеет теорема В.А. Котельникова?

4. Какое влияние на работу АЦП и ЦАП оказывает разрядность?

5. Какой вид имеет статическая характеристика системы АЦП+ЦАП?

6. Что такое шум квантования? Каково его происхождение?

7. Какую функцию выполняет ЦАП?

8. Какова роль ФНЧ на выходе ЦАП? Как выбрать его частоту среза?

9. Является ли обратимым преобразование аналог–код–аналог?

10. Линейно ли это преобразование?