Ćwiczenie 4

Laboratorium Techniki Mikroprocesorowej
Informatyka studia dzienne
Ćwiczenie 4
Przetworniki AC i CA
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 cyfrowo-analogowe.
PWN Warszawa 1985
2. Baranowski J., Kalinowski B., Nosal Z.: Układy elektroniczne cz. III Układy i systemy
cyfrowe. WNT Warszawa 1994.
3. Fedorowicz M. ,Górka K. , Gubała T., Kamiński R.: Zestaw do prezentacji przetworników AC i
CA. Opr. Wew. KI AGH, Kraków 2001.
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.
Badanie przetwornika AC z kompensacja wagową
Uwaga ! Maksymalne dopuszczalne napięcie wejściowe dla tego
przetwornika wynosi od -5V do +5V. Jego przekroczenie może
spowodować uszkodzenie układu przetwornika.
Zaobserwować zasadzę działania przetwornika. Określić ile maksymalnie taktów zegara potrzeba
na wykonanie pełnego cyklu przetwarzania.
Określić rzeczywisty zakres poprawnej pracy przetwornika..
Wykonać pomiary i sporządzić charakterystykę i określić parametry jak dla przetwornika
równoległego.
Zaproponować inny algorytm działania rejestru kompensacyjnego.
Przetwornik AC w środowisku symulacyjnym EWB
2
Schemat przetwornika AC wykorzystywanego przez EWB wygląda następująco:
Funkcje wyprowadzeń są następujące:
VIN - wejście sygnału przetwarzanego
Vref+, Vref- - 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-D7
EOC - wyjście sygnalizujące zakończenie cyklu przetwarzania ( w trakcie przetwarzania przyjmuje
wartość 0 a po jego zakończeniu jest ustawiane na 1)
a) Połączyć układ pomiarowy.
Do wejścia VIN podłączyć regulowane źródło napięcia stałego.
Do wejść Vref+ i Vref- podłączyć napięcia referencyjne +5V do Vref+ i -5V do VrefWejście OE podłączyć do VCC
Wejście SOC połączyć do przełącznika pomiędzy masę a VCC (lub +5V)
Do wyjść D0-D7 i EOC podłączyć lampki sygnalizacyjne.
b) Zmieniając wartość napięcia wejściowego porządzić charakterystykę przetwornika AC (zależność
wartości słowa wyjściowego od napięcia na wejściu). Wartości napięć referencyjnych wybrać
dowolnie. Sprawdzić w literaturze jak taka charakterystyka ma wyglądać.
Uwaga ! W przypadku trudności z cyklicznym wyzwalaniem przetwornika zaleca się sprawdzić
następujące metody postępowania: pomiędzy wyjście generatora wyzwalającego
przetwornik a wejście SOC włączyć przełącznik, jako generator wyzwalający zastosować
generator przebiegu prostokątnego o symbolu jak na rysunku poniżej.
Przetwornik CA w środowisku symulacyjnym EWB
Schemat przetwornika CA z wyjściem napięciowym wykorzystywanego przez EWB wygląda
następująco:
Funkcje wyprowadzeń:
“+”, ”-“ - wejścia napięcia odniesienia
0-7 - wejścia bitów danych
nieoznaczone wyprowadzenie - wyjście analogowe
3
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.
4