Лабораторная работа №3 "Изучение квантования, преобразования и восстановления сигналов в среде Micro Cap 6"



Скачать 442.67 Kb.
страница3/3
Дата17.10.2016
Размер442.67 Kb.
ТипЛабораторная работа
1   2   3

3. ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ



Рис. 3.1. Цифро-аналоговый преобразователь.
Показанный на рис. 3.1 п -разрядный ЦАП содержит регистр из п фиксаторов, где находится преобразуемое двоичное число. Каждый фиксатор управляет транзисторным ключом, связанным с определенным резистором в резисторной матрице.

Прецизионный источник опорного напряжения задает диапазон изменения выходного напряжения ЦАП.

Выходной ОУ выполняет функцию, обеспечивая сложение результатов при одновременной активации того или иного набора ключей. Для простых ЦАП общего назначения все эти компоненты можно объединить в одной интегральной микросхеме. ЦАП с высокими техническими характеристиками, обладающие высоким разрешением и высоким быстродействием, изготавливаются по гибридной технологии или из дискретных компонентов.


Рис. 3.2. Базовая схема ЦАП
На рис. 3.2 показана базовая принципиальная схема 4-разрядного ЦАП. Четыре бита, фиксируемые в регистре, управляют состояниями четырех ключей и обеспечивают 16 различных комбинаций. ОУ включен по схеме сумматора.

При замыкании одного из ключей выходное напряжение ЦАП равно произведению опорного напряжения Епит на отношение сопротивлений резистора обратной связи и резистора матрицы, находящегося в цепи данного ключа.

При установке в разряде 3, т.е. в СЗР логической 1 замыкается верхний ключ и выходное напряжение:

(3.1)


При установке логической 1 в разряде 1:





(3.2)


Замыкание каждого следующего ключа (в направлении увеличения веса разрядов) вызывает прирост выходного напряжения, вдвое превышающий результат замыкания предыдущего ключа. При замыкании нескольких ключей результирующее выходное напряжение определяется суммой вкладов от каждого замкнутого ключа.

При установке логической 1 в разрядах 1 и 3 выходное напряжение:






.

(3.3)

















Рис. 3.3. ЦАП с R-2R матрицей.
Можно получить 16 дискретных уровней выходного напряжения по числу двоичных комбинациям на входе ЦАП. Соотношения сопротивлений резисторов должны быть выдержаны с высокой точностью для обеспечения линейности преобразования. Создать подобный ЦАП на одном кристалле трудно из-за большого диапазона сопротивлений резисторов.

В 4-разрядном ЦАП сопротивление входного резистора в цепи МЗР должно быть в 16 раз больше сопротивления резистора обратной связи R. Для n-разрядного ЦАП нужны n + 1 резисторов, а сопротивление резистора в цепи МЗР должно быть в 2n раз больше сопротивленияR резистора обратной связи.

Сопротивление резистора на кристалле определяется его длиной и шириной. Для создания резисторов с высокими сопротивлениями нужны значительные по площади участки поверхности кристалла.

Поэтому данный тип резисторной схемы не находит практического применения в однокристальных ЦАП, а используется лишь в гибридных ЦАП.

Возможности интегральной технологии реализуются лучше всего при повторении на одном кристалле одной и той же структуры. При этом получаются функциональные элементы с очень близкими (согласованными) характеристиками. Поэтому, желательно создавать ЦАП с малыми и одинаковыми сопротивлениями резисторов.

Ток, втекающий в матрицу через какую-либо ветвь, в каждом узле к концу “лестни­цы” делится на два равных тока, уходящих по двум ветвям.

Переключение разрядных ключей вызывает такое же изменение выходного напряжения, как и в базовой схеме ЦАП.

R-2R резисторная матрица (рис.3.3) содержит почти в 2 раза (2n + 1) больше резисторов, чем простая резисторная матрица, но сопротивления этих резисторов малы – обычно 5 и 10 кОм.



Они требуют небольшого участка полезной площади кристалла и, кроме того, могут быть изготовлены с хорошо согласованными значениями сопротивлений.
Методика выполнения работы




  1. Mc6
    Изучив теоретические сведения о квантовании, восстановлении и преобразовании сигналов, открыть папку Micro-Cap 6 и запустить программу файлом mc6.exe или двойным щелчком мыши по иконке программы Mс6 на рабочем столе.

  2. Открыть папку Data, затем открыть для исследования АЦП и ЦАП соответствующие файлы, предварительно скопированные из электронного пособия в эту папку программы Micro-Cap 6:

  • adcdac16.CIR - для 16-разрядных АЦП и ЦАП;

  • adcdac12.CIR - для 12-разрядных АЦП и ЦАП;

  • adcdac8.CIR - для 8-разрядных АЦП и ЦАП.




  1. Е1
    Вернуться к открытому файлу adcdac16.CIR и двойным щелчком мыши по модели источника преобразуемого сигнала Е1 открыть окно задания его свойств. Затем щелкнуть по кнопке Expand и в открывшемся окне редактирования задать форму входного сигнала, записав в него выражение в соответствии с номером своего варианта (табл. М.1). Для этого лучше скопировать данные табл. М.1, а затем вставить их в соответствующее окно. Потом, нажав кнопки OK, вернуться к основной схеме.

Таблица М.1

Номер
варианта

Выражение для преобразуемого сигнала

1

5+1.0*SIN(2*PI*T*10E5)+2.0*COS(2*PI*T*20E5)+3.0*SIN(2*PI*T*8E5)

2

5.9+1.5*SIN(2*PI*T*10E5)+1.8*COS(2*PI*T*18E5)+3.1*SIN(2*PI*T*8.2E5)

3

6.2+1.6*SIN(2*PI*T*10E5)+1.7*COS(2*PI*T*17E5)+3.2*SIN(2*PI*T*8.3E5)

4

6.8+1.8*SIN(2*PI*T*10E5)+2.1*COS(2*PI*T*17E5)+3.3*SIN(2*PI*T*8.4E5)

5

7+1.9*SIN(2*PI*T*10E5)+2.1*COS(2*PI*T*17E5)+3.4*SIN(2*PI*T*8.5E5)

6

7.5+1.0*SIN(2*PI*T*10E5)+2.2*COS(2*PI*T*18E5)+3.5*SIN(2*PI*T*8.6E5)

7

6.8+1.2*SIN(2*PI*T*10E5)+2.3*COS(2*PI*T*18E5)+3.5*SIN(2*PI*T*8.1E5)

8

6+1.4*SIN(2*PI*T*10E5)+2.4*COS(2*PI*T*19E5)+3.4*SIN(2*PI*T*8.2E5)

9

7.4+1.4*SIN(2*PI*T*10E5)+2.5*COS(2*PI*T*20E5)+3.3*SIN(2*PI*T*8.3E5)

10

6.7+1.6*SIN(2*PI*T*10E5)+2.6*COS(2*PI*T*21E5)+3.2*SIN(2*PI*T*8.4E5)

11

5.5+1.0*SIN(2*PI*T*10E5)+2.1*COS(2*PI*T*20E5)+3.1*SIN(2*PI*T*8E5)

12

5.6+1.0*SIN(2*PI*T*10E5)+2.1*COS(2*PI*T*20E5)+3.2*SIN(2*PI*T*8E5)

13

5.7+1.0*SIN(2*PI*T*10E5)+2.2*COS(2*PI*T*20E5)+3.3*SIN(2*PI*T*8E5)

14

5.2+1.0*SIN(2*PI*T*10E5)+2.2*COS(2*PI*T*20E5)+3.4*SIN(2*PI*T*8E5)

15

5.5+1.0*SIN(2*PI*T*10E5)+2.3*COS(2*PI*T*20E5)+3.5*SIN(2*PI*T*8.1E5)

16

5.6+1.0*SIN(2*PI*T*10E5)+2.4*COS(2*PI*T*20,1E5)+3.6*SIN(2*PI*T*8.2E5)

17

5.7+1.1*SIN(2*PI*T*10E5)+2.0*COS(2*PI*T*20.2E5)+3.1*SIN(2*PI*T*8.3E5)

18

5.4+1.1*SIN(2*PI*T*10E5)+2.0*COS(2*PI*T*20.3E5)+3.2*SIN(2*PI*T*8.4E5)

119

6.1+1.2*SIN(2*PI*T*10E5)+2.1*COS(2*PI*T*20.4E5)+3.3*SIN(2*PI*T*8.3E5)

20

6.4+1.2*SIN(2*PI*T*10E5)+2.1*COS(2*PI*T*20.5E5)+3.3*SIN(2*PI*T*8.2E5)

21

7.4+1.3*SIN(2*PI*T*10E5)+2.1*COS(2*PI*T*20.5E5)+3.2*SIN(2*PI*T*8.1E5)

22

6.2+1.3*SIN(2*PI*T*10E5)+2.1*COS(2*PI*T*20.6E5)+3.1*SIN(2*PI*T*8.5E5)

23

6.8+1.1*SIN(2*PI*T*10E5)+2.1*COS(2*PI*T*20.5E5)+3.0*SIN(2*PI*T*8.4E5)

24

5.8+1.2*SIN(2*PI*T*10E5)+2.3*COS(2*PI*T*20.1E5)+3.0*SIN(2*PI*T*8.2.E5)

25

5.7+1.0*SIN(2*PI*T*10E5)+2.3*COS(2*PI*T*20.2E5)+3.1*SIN(2*PI*T*8.3E5)

26

6.2+1.3*SIN(2*PI*T*10E5)+2.3*COS(2*PI*T*20.3E5)+3.4*SIN(2*PI*T*8.1E5)

27

6.4+1.4*SIN(2*PI*T*10E5)+2.4*COS(2*PI*T*20.4E5)+3.2*SIN(2*PI*T*8.1E5)





  1. Рис. М.1. Окно задания параметров анализа процесса преобразования сигнала


    Выполнить анализ преобразования непрерывного входного сигнала в цифровой на выходе АЦП и аналоговый на выходе ЦАП. Для этого через меню Analysis, Transient … или нажатием клавиш Alt+1 войти в окно задания параметров моделирования переходных процессов.

  2. В графе Time Range установить значение 2000n , в графе X Range во всех включенных в колонке Р строках – 2e-006,0 . Начать моделирование работы схемы нажатием на кнопку Run.




  3. Scale
    Ознакомиться с результатами моделирования, посмотрев сигналы B0-B15 на различных разрядах АЦП, на входе V(In) и выходе V(Out) схемы, тактовые сигналы D(Convert).







  4. Vertical Tag Mode






    Horizontal Tag Mode
    Клавишей масштабирования Scale выбрать на графике выходного сигнала участок, близкий к максимальному значению, и увеличить его. Затем на полученных графиках определить точные значения разницы амплитуды и фазы входного выходного сигнала схемы с АЦП и ЦАП. Для этого включить режим горизонтальных и вертикальных измерений кнопками Horizontal Tag Mode и Vertical Tag Mode. Затем установить мышью курсор на нужные точки. При этом на графиках появятся стрелки и численные значения по осям.

  5. Полученные значения занести в отчет в документ Word.

  6. Cкопировать через меню Edit/ Copy to Clipboard/ Copy the Visible Portion of Window in BMP Format окно программы Micro-Cap 6 с графиками входного и выходного сигнал схемы и вставить в отчет в документ Word.

  7. Закрыть окно моделирования переходных процессов и повторить пп. 4-7 для других схем – 12-ти, и 8-ми разрядных АЦП и ЦАП, используя файлы adcdac12.CIR, adcdac8.CIR. Результаты анализа занести в отчет в документ Word.

  8. Замерив на любой из схем при анализе длительность периода тактовых сигналов D(Convert и входного сигнала V(In), найти отношения частот квантуемого сигнала и частоты опроса.

  9. Повторить пп. 4-7 для первой схемы, увеличив частоту составляющих входного сигнала в 10 раз. Для этого в выражении для своего варианта заменить значения Е5 на Е6 во всех трех составляющих. С учетом возросшей частоты сигнала следует в окне задания параметров моделирования (рис. М.1) в графе Time Range установить значение 200n , в графе X Range во всех строках– 2e-007,0. Начать моделирование работы схемы нажатием на кнопку Run.

  10. Повторить п. 10 для нового входного сигнала.

  11. Сравнить полученные результаты квантования и восстановления входного сигнала при различных соотношениях частот сигнала и тактового генератора.

  12. Титульный лист отчета взять в файле Титул отчета.doc . Отчет сохранить на сервере Server IM в папке АМЦ5-х-х/ ФИО .

Контрольные вопросы


  1. Механизм квантования. Теорема квантования. Частота Найквиста.

  2. Восстановление сигналов. Приближение нулевого и первого порядков.

  3. Выбор периода квантования. Критерии выбора частоты опроса. Рекомендуемые значения частоты опроса различных величин.

  4. АЦП, их характеристики, параметры и погрешности.

  5. Методы аналого-цифрового преобразования.

  6. АЦП с динамической компенсацией и следящий АЦП.

  7. АЦП последовательного приближения.

  8. Двухтактный интегрирующий АЦП.

  9. АЦП с ПНЧ.

  10. АЦП параллельного преобразования.

  11. ЦАП, преобразователи с R-2R матрицей.

  12. Влияние частоты квантования и разрядности АЦП и ЦАП на погрешность преобразования.

1. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC./ Под ред. У. Томпкинса, Дж. Уэбстера. - М.: Мир, 1992. - 592 с.



2. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования Micro-Cap V. – М.: Солон, 1997. – 273 с.
Составитель – доц., к.т.н. Буралков А.А.
Каталог: sites -> icm.institute.sfu-kras.ru -> files
sites -> Нормы морфологии и синтаксиси трудные случаи морфологии
sites -> Большой зал Детской филармонии Общее количество мест – 500 (+ 4 для людей с офв) На сцене рояль –
sites -> Печатная Сб Научно-методическая конференция «Вопросы совершенствования предметных методик в условиях информатизации образования» Славянск на Кубани 2011 0,3
files -> Руководство по ее прохождению для подготовки дипломированных специалистов по направлению 651300 "Металлургия" специальности 110500
files -> Рабочая программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом профессионального высшего образования, утвержденным
files -> «Основы проектирования и строительное дело» Цель преподавания дисциплины
files -> Лабораторная работа №5 " Разработка асутп в среде scada системы trace mode 6"
files -> Исследовательская работа Казаченко Р., уч. 8 «Б», моу сош №6 Худолеева Е. Е., моу сош №6
files -> Государственные вузы чехии


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2019
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал