Przetworniki analogowo-cyfrowe.

Transkrypt

1 POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ INŻYNIEII ŚODOWISKA I ENEGETYKI INSTYTUT MASZYN I UZĄDZEŃ ENEGETYCZNYCH LABOATOIUM ELEKTYCZNE Przeworniki analogowo-cyfrowe. (E 11) Opracował: Dr inż. Włodzimierz OGULEWICZ

2 1. Cel ćwiczenia. Celem ćwiczenia jes poznanie meod przewarzania analogowo cyfrowego a w szczególności meody kompensacyjnej równomiernej oraz poznanie przeworników napięcie częsoliwość (U/f) i rezysancja szerokość impulsu (/). 2. Wprowadzenie Przewarzanie analogowo cyfrowe. Pojęcia podsawowe. Przeworniki (konwerery) analogowo-cyfrowe (P A/C) o urządzenia, przewarzające ciągły analogowy sygnał wejściowy (jedno wejście) na odpowiadający mu dyskreny cyfrowy sygnał wyjściowy (n wyjść dwusanowych). W procesie konwersji analogowo cyfrowej zachodzi: q kwanowanie sygnału (dyskreyzacja w poziomie przeważnie w dziedzinie napięcia), q próbkowanie sygnału (dyskreyzacja w dziedzinie czasu), q kodowanie sygnału. Procesy e mogą przebiegać równocześnie lub kolejno. [Parz również insrukcja M 15 LABOATOIUM METOLOGII ] Meody przewarzania A/C (analogowo-cyfrowego) (ang. Analog-o-Digial Converer) Meody przewarzania A/C dzielimy na: Meody pośrednie q meoda czasowo-impulsowa prosa (pojedynczego całkowania) z podwójnym całkowaniem ü z porójnym całkowaniem q meoda częsoliwościowa prosa ü z podwójnym przewarzaniem dela sigma (D - S) Meody bezpośrednie q meoda kompensacyjna kompensacji równomiernej kompensacji wagowej q meoda bezpośredniego porównania równoległego porównania Meody kombinowane (dwusopniowe)(dwuakowe)(kaskadowe) szeregowo-równoległego porównania ü częsoliwościowo-kompensacyjna ü częsoliwościowo-czasowa

3 2.3. Przegląd wybranych meod przewarzania analogowocyfrowego. Przegląd zawiera: schemay blokowe, wykresy czasowe i opis podsawowych własności poszczególnych meod Meoda czasowo impulsowa prosa. U NL G. I. W. K. G. N. L. U IW K. Licznik STAT Oznaczenia poniżej. U IW STAT U NL STAT Meoda czasowo-impulsowa prosa przewarzania A/C jes mało dokładna i sosunkowo wolna (im większe napięcie mierzone ym dłuższy czas odpowiedzi). Meoda a przewarza warości chwilowe wejściowego przebiegu analogowego Meoda czasowo impulsowa z podwójnym całkowaniem. STAT G. I. W. -U N sng U IW òudx K. Licznik STAT -U N sng STAT STAT U IW STAT przewarzania Oznaczenia: K. - komparaor (układ porównujący). G.I.W. - generaor impulsów wzorcowych. G.N.L. - generaor napięcia liniowo narasającego. òudx - inegraor (układ całkujący). Meoda przewarzania A/C czasowo-impulsowa z podwójnym całkowaniem jes średnio dokładna i wolna (czas odpowiedzi zależy od warości napięcia mierzonego). Meoda a przewarza warości średnie wejściowego przebiegu analogowego (czas uśredniania jes zmienny, zależny od warości napięcia)

4 Meody częsoliwościowe. G.O.T.W. U TW òudx K. Licznik U W G.I.. f X U W - STAT Oznaczenia: G.O.T.W. - generaor odcinka czasu wzorcowego. G.I.. - generaor impulsów rozładowujących. - źródło napięcia wzorcowego. U W f X U TW Meody częsoliwościowego przewarzania A/C są średnio dokładne i wolne (czas odpowiedzi nie zależy od warości napięcia wejściowego). Meody e przewarzają warości średnie wejściowego przebiegu analogowego (czas uśredniania jes sały). Meoda częsoliwościowa z podwójnym przewarzaniem jes znacznie szybsza od meody prosej. Meoda dela-sigma ( D S ) - sygnał analogowy Generaor Odcinka Czasu Wzorcowego G.I.W. Dz.Cz. U TW f / N Licznik C f W ejesr rów. k U K. f X D Q B 1 B 2 Deszyfraor U x / f x C Q Wyświelacz Zał. - Wył. Napięcie Wzorcowe -U W sgn f W >> f G Syg Meoda przewarzania A/C częsoliwościowa dela-sigma ma cechy analogiczne do meody częsoliwościowej prosej.

5 Meoda kompensacyjna równomierna. G. I. W. K. U IW Licznik STAT Przewornik C/A (cyfrowoanalogowy ) STAT Wpis ejesr równoległy Układ próbkującopamięający Meoda kompensacyjna równomierna przewarzania A/C jes dokładna i wolna (im większe napięcie mierzone ym dłuższy czas odpowiedzi). Meoda a przewarza warości chwilowe wejściowego Meoda kompensacyjna wagowa. U S K. Układ serujący 8 U Przewornik C/A (cyfrowoanalogowy ) Wpis 4 2 ejesr równoległy 1 Meoda kompensacyjna wagowa przewarzania A/C jes dokładna i szybka (czas przewarzania jes sały nie zależy od napięcie wejściowego). Meoda a (z koniecznym układem próbkująco pamięającym) przewarza warości chwilowe wejściowego przebiegu analogowego

6 Meoda bezpośredniego porównania równoległa. -sygnał analogowy Komparaor n L Źródło Napięcia Wzorcowego Komparaor n-1 Komparaor k+1 Komparaor k Komparaor k-1 L L L H TANSKODE sygnał cyfrowy Komparaor 3 Komparaor 2 Komparaor 1 H H H Meoda bezpośredniego porównania równoległa przewarzania A/C jes mało dokładna i bardzo szybka (czas przewarzania jes sały równy czasowi propagacji sygnału, nie zależy od napięcie wejściowego). Meoda a przewarza warości chwilowe wejściowego przebiegu analogowego Meoda dwusopniowa szeregowo równoległego porównania. - sygnał analogowy Przewornik A/C (szybki) np. bezpośredniego porównania równoległy Układ odejmujący np. wzmacniacz operacyjny Przewornik C/A (cyfrowo- -analogowy) - Przewornik A/C (szybki) np. bezpośredniego porównania równoległy Meoda szeregowo równoległego porównania jes mało dokładna ale bardzo szybka (czas przewarzania jes sały nie zależy od napięcie wejściowego). Meoda przewarza warości chwilowe przebiegu wejściowego. ejesr buforowy

7 3. Badania i pomiary Schemay układów pomiarowych. Ćwiczenie wykonuje się kolejno na rzech sanowiskach pomiarowych. Schemay układów pomiarowych przedsawiono na poniższych rysunkach. Generaor impulsów akujących Źródło napięcia mierzonego Komparaor Bramka Licznik V V Przewornik C/A (cyfrowoanalogowy) U O V Źródło napięcia odniesienia ys.1. Układ pomiarowy przewornika kompensacyjnego równomiernego. Opornica dekadowa Przewornik / D (rezysancjaprzedział czasu) Oscyloskop ys.2. Układ pomiarowy przewornika rezysancja przedział czasu.

8 Generaor impulsów akujących Licznik Przewornik U / f Źródło napięcia mierzonego (napięcie-częsoliwość) GMC-018 f X f Oscyloskop V ys.3. Układ pomiarowy przewornika napięcie częsoliwość Przebieg ćwiczenia. 1. W układzie pomiarowym przewornika kompensacyjnego równomiernego (rys.1.) należy dokonać odczyu słowa binarnego 10 biowego z wyświelacza złożonego z 10 diod elekroluminescencyjnych LED (dioda załączona świecąca 1, dioda wyłączona zgaszona 0) dla kolejnych, podanych przez prowadzącego zajęcia, napięć wejściowych. Należy usalić momen przepełnienia licznika i wyznaczyć warość napięcie odniesienia (referencji). Przed kolejnym pomiarem licznik rzeba wyzerować!. Wyniki pomiarów należy sukcesywnie noować w abeli pomiarowej (przedsawionej poniżej). Przewornik kompensacyjny równomierny ( / ) U n X liczba [V] liczba binarna dziesięna 0,1 1,0 1,9 id. Po dokonaniu pomiarów liczbę binarną należy przeliczyć na dziesięną.

9 2. W układzie pomiarowym przewornika rezysancja przedział czasu (rys.2.) należy dokonać pomiaru czasu rwania impulsu prosokąnego na wyjściu przewornika X /D X w funkcji rezysancji wejściowej (warości rezysancji podaje prowadzący ćwiczenia). Pomiaru czasu rwania impulsu dokonuje się oscyloskopem umożliwiającym, oprócz obserwacji przebiegu, cyfrowy pomiar odcinka czasu pomiędzy usawianymi na ekranie znacznikami począku i końca impulsu prosokąnego. Wyniki pomiarów należy sukcesywnie noować w abeli pomiarowej (przedsawionej poniżej). Przewornik ( X / D X ) W id. UWAGA: Wskazania wyświelacza pomiaru czasu zsynchronizowane są z nasawami generaora podsawy czasu oscyloskopu co zdecydowanie uławia pomiar. 3. W układzie pomiarowym przewornika napięcie częsoliwość (rys.3.) należy dokonać pomiaru częsoliwości na wyjściu przewornika U/f w funkcji napięcia wejściowego (warości napięć wejściowych podaje prowadzący ćwiczenia). Do wyjścia przewornika podłączony jes również oscyloskop dwukanałowy umożliwiający obserwację przebiegu wyjściowego (kanał 2) na le przebiegu odniesienia napięcie z generaora impulsów akujących (kanał 1). Przewornikiem badanym o monoliyczny układ hybrydowy GMC o napięciu wejściowym 0 2 [V]. Proponowana częsoliwość odniesienia 10 khz. (Kara kaalogowa przewornika napięcie-częsoliwość do wglądu u prowadzącego zajęcia). Wyniki pomiarów należy sukcesywnie noować w abeli pomiarowej (przedsawionej poniżej). ms Przewornik ( / f X ) U V 0,05 0,10 id. f khz

10 4. Opracowanie wyników pomiarów. 1. Sporządzić wykresy zależności: a. = f( ) (dla przewornika kompensacyjnego równomiernego rzy serie na jednym wykresie). b. D X = f( X ) (dla przewornika rezysancja przedział czasu rzy serie na jednym wykresie). c. f X = f( ) (dla przewornika napięcie częsoliwość rzy serie na jednym wykresie). 2. Na wykresach należy nanieść linie rendu wraz z podaniem współczynników regresji liniowej (y = ax + b => prosa regresji). 5. Sprawozdanie. Sprawozdanie powinno zawierać: 1. Sronę yułową (nazwę ćwiczenia, numer sekcji, nazwiska i imiona ćwiczących oraz daę wykonania ćwiczenia). 2. Schemay układów pomiarowych. 3. Tabele wyników pomiarowych ze wszyskich sanowisk. 4. Wykresy podanych (w pk 4) zależności. 5. Uwagi i wnioski (doyczące przebiegu charakerysyk, ich odsępsw od przebiegów eoreycznych, rozbieżności wyników różnych serii pomiarowych ip.). Grupa I Przewornik "rezysancja - odcinek czasu" ( - D) Przewornik "napięcie - częsoliwość" (U - f) Przewornik kompensacyjny równomierny (U - Nx) D U f U Nx n X W ms V khz V liczba binarna liczba dziesięna 102 0,10 0, ,25 1, ,40 1, ,55 2, ,70 3, ,85 4, ,00 5, ,15 6, ,30 7, ,45 8, ,60 9,1 X X 1,75 10,0 X X 1,90 X x x x x x x x x x x X

11 Grupa II Przewornik "rezysancja - odcinek czasu" ( - D) Przewornik "napięcie - częsoliwość" (U - f) Przewornik kompensacyjny równomierny (U - Nx) D U f U Nx n X W ms V khz V liczba binarna liczba dziesięna 101 0,05 0, ,20 1, ,35 2, ,50 3, ,65 4, ,80 5, ,95 6, ,10 7, ,25 7, ,40 8, ,55 9,7 X X 1,70 10,2 X X 1,85 X x x x x x x x x x x X Grupa III Przewornik "rezysancja - odcinek czasu" ( - D) Przewornik "napięcie - częsoliwość" (U - f) Przewornik kompensacyjny równomierny (U - Nx) D U f U Nx n X W ms V khz V liczba binarna liczba dziesięna 100 0,15 0, ,30 1, ,45 2, ,60 3, ,75 4, ,90 4, ,05 5, ,20 6, ,35 7, ,50 8, ,65 9,4 X X 1,80 10,1 X X 1,95 X x x x x x x x x x x X