POLITECHNIKA LSKA WYDZIAŁ INYNIEII ODOWISKA I ENEGETYKI INSTYTUT MASZYN I UZDZE ENEGETYCZNYCH LABOATOIUM ELEKTYCZNE Przeworniki analogowo-cyfrowe. (E 17) www.imiue.polsl.pl/~wwwzmiape Opracował: Dr in. Włodzimierz OGULEWICZ Sprawdził: Dr in. Włodzimierz OGULEWICZ Zawierdził: Dr hab. in. Janusz KOTOWICZ
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. 2.1. 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 ]. 2.2. 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
2.3. Przegld wybranych meod przewarzania analogowocyfrowego. Przegld zawiera: schemay blokowe, wykresy czasowe i opis podsawowych własnoci poszczególnych meod. 2.3.1. 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. 2.3.2. 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). 0000 0000 0000 1111 1111 1111 0000 0000 0000
2.3.3. 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.
2.3.4. 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. 2.3.5. 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. 2 4 6 8 10 12 14
2.3.6. 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. 2.3.7. 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
3. Badania i pomiary. 3.1. 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.
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. 3.2. 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.
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 100 103 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-018-1 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
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