Przetworniki analogowo-cyfrowe.

Transkrypt

1 POLITECHNIKA LSKA WYDZIAŁ INYNIEII ODOWISKA I ENEGETYKI INSTYTUT MASZYN I UZDZE ENEGETYCZNYCH LABOATOIUM ELEKTYCZNE Przeworniki analogowo-cyfrowe. (E 17) Opracował: Dr in. Włodzimierz OGULEWICZ Sprawdził: Dr in. Włodzimierz OGULEWICZ Zawierdził: Dr hab. in. Janusz KOTOWICZ

2 1. Cel wiczenia. Celem wiczenia jes poznanie meod przewarzania analogowo cyfrowego a w szczególnoci meody kompensacyjnej równomiernej oraz poznanie przeworników napicie czsoliwo (U/f) i rezysancja szeroko impulsu (/). 2. Wprowadzenie Przewarzanie analogowo cyfrowe. Pojcia podsawowe. Przeworniki (konwerery) analogowo-cyfrowe (P A/C) o urzdzenia, przewarzajce cigły analogowy sygnał wejciowy (jedno wejcie) na odpowiadajcy mu dyskreny cyfrowy sygnał wyjciowy (n wyj dwusanowych). W procesie konwersji analogowo cyfrowej zachodzi: kwanowanie sygnału (dyskreyzacja w poziomie przewanie w dziedzinie napicia), próbkowanie sygnału (dyskreyzacja w dziedzinie czasu), kodowanie sygnału. Procesy e mog przebiega równoczenie lub kolejno. [Parz równie insrukcja M 15 LABOATOIUM METOLOGII ] Meody przewarzania A/C (analogowo-cyfrowego) (ang. Analog-o-Digial Converer) Meody przewarzania A/C dzielimy na: Meody porednie meoda czasowo-impulsowa prosa (pojedynczego całkowania) z podwójnym całkowaniem z porójnym całkowaniem meoda czsoliwociowa prosa z podwójnym przewarzaniem dela sigma ( Σ) Meody bezporednie meoda kompensacyjna kompensacji równomiernej kompensacji wagowej meoda bezporedniego porównania równoległego porównania Meody kombinowane (dwusopniowe)(dwuakowe)(kaskadowe) szeregowo-równoległego porównania czsoliwociowo-kompensacyjna czsoliwociowo-czasowa

3 2.3. Przegld wybranych meod przewarzania analogowocyfrowego. Przegld zawiera: schemay blokowe, wykresy czasowe i opis podsawowych własnoci poszczególnych meod Meoda czasowo impulsowa prosa. U NL G. I. W. K. G. N. L. U IW K. Licznik STAT Oznaczenia poni ej. U IW STAT U NL STAT Meoda czasowo-impulsowa prosa przewarzania A/C jes mało dokładna i sosunkowo wolna (im wiksze napicie mierzone ym dłuszy czas odpowiedzi). Meoda a przewarza waroci chwilowe wejciowego przebiegu analogowego Meoda czasowo impulsowa z podwójnym całkowaniem. STAT G. I. W. U N sng U IW Udx K. Licznik STAT U N sng STAT STAT U IW STAT przewarzania Oznaczenia: K. - komparaor (układ porównujcy). G.I.W. - generaor impulsów wzorcowych. G.N.L. - generaor napicia liniowo narasajcego. Udx - inegraor (układ całkujcy). Meoda przewarzania A/C czasowo-impulsowa z podwójnym całkowaniem jes rednio dokładna i wolna (czas odpowiedzi zaley od waroci napicia mierzonego). Meoda a przewarza waroci rednie wejciowego przebiegu analogowego (czas uredniania jes zmienny, zaleny od waroci napicia)

4 Meody czsoliwociowe. G.O.T.W. U TW Udx K. Licznik U W G.I.. f X U W STAT Oznaczenia: G.O.T.W. - generaor odcinka czasu wzorcowego. G.I.. - generaor impulsów rozładowujcych. - ródło napicia wzorcowego. U W f X U TW Meody czsoliwociowego przewarzania A/C s rednio dokładne i wolne (czas odpowiedzi nie zaley od waroci napicia wejciowego). Meody e przewarzaj waroci rednie wejciowego przebiegu analogowego (czas uredniania jes sały). Meoda czsoliwociowa z podwójnym przewarzaniem jes znacznie szybsza od meody prosej. Meoda dela-sigma ( Σ ) 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 Wywielacz Zał. Wył. Napicie Wzorcowe -U W sgn f W >> f G Syg Meoda przewarzania A/C czsoliwociowa dela-sigma ma cechy analogiczne do meody czsoliwociowej prosej.

5 Meoda kompensacyjna równomierna. G. I. W. K. U IW Licznik STAT Przewornik C/A (cyfrowoanalogowy ) STAT Wpis ejesr równoległy Układ próbkujcopamiajcy Meoda kompensacyjna równomierna przewarzania A/C jes dokładna i wolna (im wiksze napicie mierzone ym dłuszy czas odpowiedzi). Meoda a przewarza waroci chwilowe wejciowego Meoda kompensacyjna wagowa. U S K. Układ serujcy 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 zaley od napicie wejciowego). Meoda a (z koniecznym układem próbkujco pamiajcym) przewarza waroci chwilowe wejciowego przebiegu analogowego

6 Meoda bezporedniego porównania równoległa. sygnał analogowy Komparaor n L ródło Napicia 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 bezporedniego porównania równoległa przewarzania A/C jes mało dokładna i bardzo szybka (czas przewarzania jes sały równy czasowi propagacji sygnału, nie zaley od napicie wejciowego). Meoda a przewarza waroci chwilowe wejciowego przebiegu analogowego Meoda dwusopniowa szeregowo równoległego porównania. sygnał analogowy Przewornik A/C (szybki) np. bezporedniego porównania równoległy Układ odejmujcy np. wzmacniacz operacyjny Przewornik C/A (cyfrowo- -analogowy) Przewornik A/C (szybki) np. bezporedniego porównania równoległy Meoda szeregowo równoległego porównania jes mało dokładna ale bardzo szybka (czas przewarzania jes sały nie zaley od napicie wejciowego). Meoda przewarza waroci chwilowe przebiegu wejciowego. ejesr buforowy

7 3. Badania i pomiary Schemay układów pomiarowych. wiczenie wykonuje si kolejno na rzech sanowiskach pomiarowych. Schemay układów pomiarowych przedsawiono na poniszych rysunkach. Generaor impulsów akujcych ródło napicia mierzonego Komparaor Bramka Licznik V V Przewornik C/A (cyfrowoanalogowy) U O V ródło napicia odniesienia ys.1. Układ pomiarowy przewornika kompensacyjnego równomiernego. Opornica dekadowa Przewornik / (rezysancjaprzedział czasu) Oscyloskop ys.2. Układ pomiarowy przewornika rezysancja przedział czasu.

8 Generaor impulsów akujcych Licznik Przewornik U / f ródło napicia mierzonego (napicie-czsoliwo) GMC-018 f X f Oscyloskop V ys.3. Układ pomiarowy przewornika napicie czsoliwo Przebieg wiczenia. 1. W układzie pomiarowym przewornika kompensacyjnego równomiernego (rys.1.) naley dokona odczyu słowa binarnego 10 biowego z wywielacza złoonego z 10 diod elekroluminescencyjnych LED (dioda załczona wiecca 1, dioda wyłczona zgaszona 0) dla kolejnych, podanych przez prowadzcego zajcia, napi wejciowych. Naley usali momen przepełnienia licznika i wyznaczy waro napicie odniesienia (referencji). Przed kolejnym pomiarem licznik rzeba wyzerowa!. Wyniki pomiarów naley sukcesywnie noowa w abeli pomiarowej (przedsawionej poniej). Przewornik kompensacyjny równomierny ( / ) U n X liczba [V] liczba binarna dziesina 0,1 1,0 1,9 id. Po dokonaniu pomiarów liczb binarn nale y przeliczy na dziesin.

9 2. W układzie pomiarowym przewornika rezysancja przedział czasu (rys.2.) naley dokona pomiaru czasu rwania impulsu prosoknego na wyjciu przewornika X / X w funkcji rezysancji wejciowej (waroci rezysancji podaje prowadzcy wiczenia). Pomiaru czasu rwania impulsu dokonuje si oscyloskopem umoliwiajcym, oprócz obserwacji przebiegu, cyfrowy pomiar odcinka czasu pomidzy usawianymi na ekranie znacznikami poczku i koca impulsu prosoknego. Wyniki pomiarów naley sukcesywnie noowa w abeli pomiarowej (przedsawionej poniej). Przewornik ( X / X ) Ω id. UWAGA: Wskazania wywielacza pomiaru czasu zsynchronizowane s z nasawami generaora podsawy czasu oscyloskopu co zdecydowanie uławia pomiar. 3. W układzie pomiarowym przewornika napicie czsoliwo (rys.3.) naley dokona pomiaru czsoliwoci na wyjciu przewornika U/f w funkcji napicia wejciowego (waroci napi wejciowych podaje prowadzcy wiczenia). Do wyjcia przewornika podłczony jes równie oscyloskop dwukanałowy umoliwiajcy obserwacj przebiegu wyjciowego (kanał 2) na le przebiegu odniesienia napicie z generaora impulsów akujcych (kanał 1). Przewornikiem badanym o monoliyczny układ hybrydowy GMC o napiciu wejciowym 0 2 [V]. Proponowana czsoliwo odniesienia 10 khz. (Kara kaalogowa przewornika napicie-czsoliwo do wgldu u prowadzcego zajcia). Wyniki pomiarów naley sukcesywnie noowa w abeli pomiarowej (przedsawionej poniej). ms Przewornik ( / f X ) U V 0,05 0,10 id. f khz

10 4. Opracowanie wyników pomiarów. 1. Sporzdzi wykresy zalenoci: a. = f( ) (dla przewornika kompensacyjnego równomiernego rzy serie na jednym wykresie). b. X = f( X ) (dla przewornika rezysancja przedział czasu rzy serie na jednym wykresie). c. f X = f( ) (dla przewornika napicie czsoliwo rzy serie na jednym wykresie). 2. Na wykresach naley nanie linie rendu wraz z podaniem współczynników regresji liniowej (y = ax + b => prosa regresji). 5. Sprawozdanie. Sprawozdanie powinno zawiera: 1. Sron yułow (nazw wiczenia, numer sekcji, nazwiska i imiona wiczcych oraz da wykonania wiczenia). 2. Schemay układów pomiarowych. 3. Tabele wyników pomiarowych ze wszyskich sanowisk. 4. Wykresy podanych (w pk 4) zalenoci. 5. Uwagi i wnioski (doyczce przebiegu charakerysyk, ich odspsw od przebiegów eoreycznych, rozbienoci wyników rónych serii pomiarowych ip.). Wszelkie prawa zasrze one