Przetworniki AC i CA

Transkrypt

1 KATEDRA INFORMATYKI Wydział EAIiE AGH Laboratorium Techniki Mikroprocesorowej Ćwiczenie 4 Przetworniki AC i CA

2 Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest poznanie budowy i zasady działania wybranych rodzajów przetworników AC i CA. Ćwiczenie składa się z części sprzętowej realizowanej na płycie prototypowej i części symulacyjnej realizowanej na komputerze PC z oprogramowaniem Electronic Workbench. Wymagane wiadomości Kody binarne, Rodzaje i budowa przetworników AC i CA, Parametry przetworników AC i CA, Błędy przetworników. Twierdzenie Shanona o próbkowaniu sygnału. Budowa przetworników AC: z kompensacja wagowa, i bezpośredniego i CA: z siecią rezystorów. Wykorzystywany sprzęt Zestaw laboratoryjny do demonstracji przetworników AC i CA Woltomierz lub multimetr cyfrowy. Zasilacz laboratoryjny jako regulowane źródło napięcia. Komputer PC z oprogramowaniem Electronic Workbench 5.0 Literatura 1. Łakomy M., Zabrodzki J.: Scalone przetworniki analogowo-cyfrowe i cyfrowoanalogowe. PWN Warszawa Baranowski J., Kalinowski B., Nosal Z.: Układy elektroniczne cz. III Układy i systemy cyfrowe. WNT Warszawa Fedorowicz M.,Górka K., Gubała T., Kamiński R.: Zestaw do prezentacji przetworników AC i CA. Opr. Wew. KI AGH, Kraków

3 Wykonanie ćwiczenia Badanie przetwornika CA Sporządzić charakterystykę przetwornika CA Uwy=f(N) zależność wartości napięcia wyjściowego przetwornika od nastawionej przełącznikami wartości binarnego słowa wejściowego. W tym celu ustawić wszystkie przełączniki odpowiedzialne za wartość słowa wejściowego w pozycje 0. Do wyjścia przetwornika podłączy woltomierz o zakresie DC ± 10 V lub multimetr cyfrowy ustawiony na zakres 20V DC. Zanotować w tabeli wartości napięcia na wyjściu dla wszystkich kombinacji ustawień słowa wejściowego. Otrzymane wyniki zilustrować na wykresie. Na podstawie wykonanych pomiarów określić parametry przetwornika : rozdzielczość względną i bezwzględna, dokładność, błąd przesunięcia zera. Badanie równoległego przetwornika AC Uwaga! Maksymalne dopuszczalne napięcie wejściowe dla tego przetwornika wynosi +5V. Jego przekroczenie może spowodować uszkodzenie układu przetwornika. Do wejścia przetwornika podłączyć regulowane źródło napięcia stałego o zakresie 0-5V. Zmieniając wartości napięcia wejściowego obserwować zmiany wartości słowa wyjściowego. Napięcia odpowiadające zmianie słowa wyjściowego przetwornika zanotować. Na podstawie tych danych sporządzić charakterystykę przetwornika N=f(Uwe) i zilustrować ją wykresem. Dla wybranej wartości słowa wyjściowego określić zakres zmian napięcia wejściowego, które nie powoduje zmian w słowie wyjściowym. Na podstawie wyników określić parametry przetwornika : rozdzielczość, dokładność, błąd przesunięcia zera. Przetwornik AC w środowisku symulacyjnym NI Multisim Schemat przetwornika AC wykorzystywanego przez Multisim-a wygląda następująco: U1 Vin SOC OE ADC D0 EOC 3

4 Funkcje wyprowadzeń są następujące: VIN - wejście sygnału przetwarzanego, - wejścia napięcia odniesienia. SOC - wejście inicjalizacji przetwarzania ( przejście z logicznego 0 na 1 powoduje rozpoczęcie przetwarzania) OE - wejście blokowania wyprowadzania wyniku (podanie logicznego 1 powoduje pojawienie się wyniku przetwarzania na wyjściach D0- EOC - wyjście sygnalizujące zakończenie cyklu przetwarzania ( w trakcie przetwarzania przyjmuje wartość 0 a po jego zakończeniu jest ustawiane na 1) a) Połączyć układ pomiarowy według rysunku: XMM1 U2 DCD_HEX U3 DCD_HEX V3 V4 R1 10kΩ Key=Q 15% R2 1kΩ Key=A 15% Vin U1 D0 V1 V2 V5 1kHz SOC OE ADC EOC X1 2. Do wejścia VIN podłączyć regulowane źródło napięcia (zbudowane z dwóch baterii 5V oraz rezystorów regulowanych klawiszami Q i A. Do wejść i podłączyć napięcia referencyjne +5V do i -5V do Wejście OE podłączyć do wyjścia EOC Na wejście SOC podać sygnał z generatora fali prostokątnej Do wyjść D0- podłączyć wyświetlacze siedmiosegmentowe, do wyjścia EOC podłączyć lampkę sygnalizacyjną. b) Sporządzić charakterystykę przetwornika AC (zależność wartości słowa wyjściowego od napięcia na wejściu). Wartości napięć referencyjnych wybrać dowolnie. Sprawdzić w literaturze jak taka charakterystyka ma wyglądać. Przetwornik CA w środowisku symulacyjnym Multisim Schemat przetwornika CA z wyjściem napięciowym wykorzystywanego przez EWB wygląda następująco: 4

5 D0 VDAC8 Output U4 Funkcje wyprowadzeń: +, - - wejścia napięcia odniesienia wejścia bitów danych nieoznaczone wyprowadzenie - wyjście analogowe Napięcie na wyjściu jest proporcjonalne do wartości słowa podanego na wejścia 0-7. Napięcie pomiędzy wyprowadzeniami + i - określa maksymalne napięcie na wyjściu przetwornika. Przetwornik CA w programie EWB jest przetwornikiem unipolarnym. a) Połączyć układ pomiarowy: Wejścia napięcia referencyjnego połączyć odpowiednio + z +5V - z masą. Na wejścia 0-7 podać wartości z generatora słów lub przełączników pomiędzy masą a VCC. Wejścia nie podłączone traktowane są jako stan nieokreślony, co może powodować błędne działanie układu. Do wyjścia podłączyć multimetr, woltomierz lub oscyloskop b) Sporządzić charakterystykę przetwornika CA (zależność napięcia na wyjściu od słowa podanego na wejście). Wartości napięć referencyjnych wybrać dowolnie. Sprawdzić, jak powinna wyglądać taka charakterystyka. c) zaproponować ciąg wartości z generatora słów, aby uzyskać przebieg zbliżony do piłokształtnego i trójkątnego. d) sprawdzić jak wpływa na kształt przebiegu wyjściowego dołączenie filtru dolnoprzepustowego na wyjściu (układ RC szeregowo do wyjścia podłączona rezystancja R i równolegle pojemność C. e) Jakie konsekwencje niesie fakt, że przetwornik jest unipolarny? Tor przetwarzania sygnału Połączyć przetwornik AC i CA. Na wejście przetwornika AC podać z generatora przebieg sinusoidalny o częstotliwości 1 Hz. Na wejście SOC podać sygnał z generatora słów lub innego źródła periodycznego sterujący wyzwalaniem przetwornika. Do wejścia przetwornika AC podłączyć kanał A oscyloskopu. Kanał B podłączyć do wyjścia przetwornika CA. Zaobserwować na oscyloskopie różnice pomiędzy sygnałem wejściowym i wyjściowym dla różnych częstotliwości wyzwalania przetwornika AC. Zbadać zachowanie się toru dla różnych kształtów sygnału wejściowego i różnych częstotliwości sygnału sterującego wejście SOC przetwornika AC. 5