Порядок выполнения практикума

Для проведения практикума необходимо: осциллограф, генератор сигналов, лабораторный стенд "Схемотехника АЦП и ЦАП", цифровой вольтметр.

Выполните работу в следующей последовательности:

1) измерьте временные и амплитудные параметры сигналов, формируемых генератором сигналов. Для этого включите сетевую вилку стенда в сеть, включите тумблер "Питание" в положение "Вкл", при этом должен светиться индикатор "Питание";

2) подключите осциллограф к гнездам "Выход" генератора сигналов (ГС). Последовательно в соответствии с таблицей 7.2 установите ручки управления ГС в необходимое положение, а кнопками задайте "Код канала". Для каждой позиции таблицы 7.2 измерьте перечисленные параметры сигналов и зарисуйте осциллограммы;

Таблица 7.2 – Алгоритм управления генератором сигналов

Обозначения в таблице:

* - положение ручки управления может быть произвольной;

+ - ручкой управления можно регулировать наблюдаемый параметр сигнала.

3) установите ручки управления ГС в соответствии с позицией 3 таблицы 7.2 и лабораторного стенда (ЛС) с позицией 1 таблицы 7.3;

Таблица 7.3 – Алгоритм управления лабораторным стендом

Обозначения в таблице:

+ - положение ручки управления.

4) соберите схему рабочего места в соответствии с рисунком 7.8;

Рисунок 7.9 – Схема эксперимента

5) включите стенды тумблерами "Сеть" и "Питание";

6) устанавливайте ручкой "Регулировка уровня" по цифровому вольтметру ряд напряжений 10, 20, 30, 40, 100мВ и 0,5; 1; 2; 3, 5, 7, 9 В. Для каждого значения напряжения несколько раз (не менее 5) нажимайте кнопку "Сброс", затем кнопку "Ручное" и записывайте цифровой код с индикаторов схемы индикации ЛС. Вычисляйте среднее значение кода и записывайте в столбцы "Входное напряжение" и "Среднее значение кода" таблицы измерений. Вычислите цену МЗР (младшего значащего разряда) АЦП, т.е. ширину канала из выражения:

МЗР = ( 3,00 – 0,01) / (Y_К - Y_Н) ,

где: Y_К, Y_Н - цифровые коды, соответствующие максимальному и минимальному уровням входного напряжения.

Постройте передаточную характеристику АЦП и определите интегральную нелинейность преобразований;

7) отключите цифровой вольтметр. Установите ручки управления ГС и ЛС в соответствии с позицией 1 таблицы 2 и с позицией 2 таблицы 3. Посмотрите осциллограммы осциллографом 1 и измерьте параметры входных прямоугольных импульсов в гнезде "U_{ВХ АЦП} " и сигналов в гнездах "f такт", "Сброс и начало преобразования", "Конец преобразования - записи". Осциллографом 2 наблюдайте за процессом последовательных приближений уровней осциллограммы "U_{ВЫХ ЦАП}" к уровню сигнала "U_{ВХ АЦП}", зарисуйте осциллограмму "U_{ВЫХ ЦАП}". Запишите показания цифрового кода и по его значению определите амплитуду входного сигнала;

8) установите ручки управления ГС в позицию 4 (таблицу 7.2), а ЛС в позицию 2 (таблицу 7.3). Ручками "Амплитуда", "Частота грубо", "Частота плавно" генератора пилы установите по осциллографу 1 амплитуду импульсов 7,5 В с частотой 1 кГц;

9) запишите не менее 100 показаний цифрового кода с индикатора ЛС, переведите каждое показание в десятичный код и постройте гистограмму распределения уровней пилообразного напряжения в координатах, показанных на рисунке 7.10;

Рисунок 7.10 - Гистограмма распределения амплитуды пилообразного сигнала

В каждый из интервалов, содержащих 50 последовательных цифровых кодов, необходимо вносить по оси ординат число отсчетов, попавших в этот интервал;

10) установите ручки управления ГС в соответствии со строкой 5 (таблицу 7.2), а ЛС - со строкой 2 (таблицу 7.3).

Ручкой "Амплитуда" генератора шума ГС установите по осциллографу максимальную амплитуду шумов в пределах 4 -5 В. Повторите регистрацию данных в соответствии с п.9 настоящей методики и постройте гистограмму распределения уровней шумового сигнала.

11) установите ручки управления ГС согласно строки 6 таблицы 7.2, а ЛС - строки 2 таблицы 7.3. Ручками "Амплитуда" генератора прямоугольных импульсов и генератора шума ЛС отрегулируйте максимальную амплитуду прямоугольных импульсов с наложенными шумами в пределах 6 - 7 В. Повторите запись данных и постройте гистограмму распределения случайной амплитуды сигнала (амплитудного спектра) по методике п.9;

12) найдите математическое ожидание (среднестатистическое значение), среднеквадратическое отклонение гистограммы распределения случайной амплитуды импульсов из выражений:

= åA_i n_i / ån_i ,

= ,

где: A_i - номер канала (А_i = 1, 2, 3,..,10, .. , 20 рисунок 7.10);

n_i - число отсчетов в i- канале.

При суммировании число каналов i необходимо выбирать в пределах гистограммы амплитудного спектра.

7.2.3 Контрольные вопросы к практикуму

1 Какие виды АЦП используются в технических системах? Перечислите преимущества и недостатки каждого вида АЦП.

2 Объясните алгоритм работы АЦП двойного интегрирования.

3 Каким образом происходит преобразование амплитуды сигналов в цифровой вид в АЦП параллельного действия?

4 Как работает АЦП последовательных приближений? Назовите предельные параметры этого вида АЦП.

5 Дайте определение дифференциальной и интегральной нелинейностей.