ТЕМА. Цифро-аналогове перетворення сигналів

МЕТА. Вивчення методів цифро-аналогове перетворення

ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

Цифро-аналогові перетворювачі (ЦАП) виробляють напругу або струм, функціонально пов'язані з керуючим кодом. ЦАП застосовуються для формування вихідних аналогових сигналів цифрових вимірювальних і обчислювальних пристроїв. Для перетворення двійкового коду в аналоговий сигнал звичайно формуються струми, пропорційні вагам розрядів коду, а потім підсумовуються ті з струмів, які відповідають ненульовим розрядам вхідного коду.

Застосовуються в основному два методи цифро-аналогового перетворення: підсумовування одиничних еталонних величин і підсумовування еталонних величин, ваги яких розрізняються. У першому при формуванні вихідної аналогової величини використовується тільки одна еталонна величина вагою в один квант. У другому методі застосовуються еталонні величини з вагами, що залежать від номера розряду, і в підсумовуванні беруть участь тільки ті еталонні величини, для яких у відповідному розряді вхідного коду встановлена одиниця.

У випадку використання на вході двійкового позиційного коду значення всіх розрядів надходить одночасно, і робота таких ЦАП описується виразом:

,

де X – аналогова величина; a_i – коефіцієнти відповідних двійкових розрядів, які приймають дискретні значення одиниця або нуль; Р – опорний сигнал; b - число розрядів.

У перетворювачах з опорної напруги формуються еталонні величини, що відповідають значенням розрядів вхідного коду, які підсумуються й утворюють дискретні значення вихідної аналогової величини.

ЦАП класифікують за наступними ознаками:

способом формування вихідної напруги (з підсумовуванням напруг, розподілом напруг, підсумовуванням струмів); родом вихідного сигналу (із струмовим виходом, виходом за напругою); полярністю вихідної напруги (постійна, змінна) і т.і.

Основні структури інтегрального виконання, що використовуються в ЦАП:

- з підсумовуванням струмів;

- зі зваженими резисторами в ланцюгах емітерів;

- зі зваженими резисторами в ланцюгах навантаження;

- зі сходовою матрицею R=2R у ланцюгах емітерів транзисторів джерел струмів;

- з вихідною сходовою матрицею R=2R.

До основних параметрів ЦАП відноситься: число розрядів n керуючого коду, номінальний вихідний струм, час встановлення вихідного сигналу після зміни вхідного керуючого коду, погрішність повної шкали, погрішність лінійності, диференціальна нелінійність.

Погрішності ЦАП можуть бути виражені у відсотках або інших відносних одиницях, а також у частках кванта.

Спрощену схему ЦАП для перетворення вхідного коду в струм (напругу) необхідної величини наведено на рис. 4.1.

Рисунок 4.1 – Схема ЦАП для перетворення вхідного коду в напругу

 

Якщо співвідношення резисторів ЦАП як 8R, 4R, 2R, 1R, то при включенні всіх комутаторів, відповідно до закону Ома напруга в точці OUT буде дорівнювати напрузі VCC. Якщо включити комутатор резистора R8, напруга в крапці OUT буде дорівнює напрузі меншу ніж VCC на величину падіння напруги на резисторі R8. Аналогічно можна визначити значення напруги, при різних комбінаціях вхідного коду.

У складі учбово-відлагоджувального стенду є мікросхема ЦАП КР572ПА1, що включена як десяти розрядний ЦАП з виходом за напругою (напруга повної шкали вказується на платі розширення). Для спостереження вихідного сигналу з мікросхеми ЦАП необхідно підключити осцилограф до BNC рознімання й замкнути перемичку J4. Цифровий код подається через лінії РА0-РА7 і РС0-РС1 мікросхеми паралельного прийомопередавача DD10.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1 Вивчити систему переривань ОЕОМ КР1816ВЕ31 і особливості опитування дискретних датчиків із механічними контактами.

2 Розробити алгоритм для виконання індивідуального завдання (табл. 4.1).

3 Розробити програму для виконання індивідуального завдання.

4 Набрати програму індивідуального завдання на персональному комп'ютері.

5 За допомогою ПВЗ проаналізувати виконання програми.

6 Завантажити програму в стенд ОЕОМ. Переконатися в правильному виконанні індивідуального завдання (формування заданої форми сигналу) використовуючи осцилограф, при негативному результаті здійснити зміну алгоритму або програми. Повторити завантаження програми в стенд ОЕОМ.

Таблиця 4.1 – Варіанти індивідуальних завдань

№	Текст індивідуального завдання
	Сформувати пилкоподібну напругу з частотою повторення 50 Гц. Відображати на статичній індикації число імпульсів, що генеруються
	По натисканні S1 сформувати трикутні імпульси, передній фронт – 20 мс, задній – 10 мс
	По натисканні S2 сформувати трапецієподібні імпульси, передній фронт – 1 мс, задній – 15 мс.
	Сформувати синусоїду з частотою повторення 120 Гц.
	Сформувати пилкоподібну напругу із частотою повторення 200 Гц і тривалістю переднього фронту 2 мс.

 

ПРИКЛАД ВИКОНАННЯ

 

Написати програму, що формує два прямокутних сигнали з 1/2 амплітуди й 1/4 повної амплітуди виходу ЦАП.

А55 equ 8000h; Адреса порту А

В55 equ 8001h; Адреса порту В

C55 equ 8002h;Адреса порту З

RUS55 equ 8003h; Адреса порту керуючого слова equ 80h

UW equ 80h; Керуюче слово – всі порти налагоджено на вивід

ORG 0000

MOV DPTR,#RUS55

MOV A,#UW

MOVX @DPTR,A; ініціалізація ВВ55

M2: MOV R0,#00h; в RO зберігаються старші частини коду ЦАПа

MOV DPTR, #C55; обнуління старших

MOV A, R0; розрядів ЦАПа

MOV @DPTR, A; D9-D8

MOV DPTR, #A55; обнуління молодших

MOV A, R0; розрядів ЦАПа

MOV @DPTR, A; D7-D0

CALL ZAD; підпрограма затримки на 0.1 с

MOV A, #02h; в А занести ½ максимального значення коду

MOV DPTR, #C55

MOVX @DPTR, A; запис у порт А молодшої частини коду

CALL ZAD; підпрограма затримки на 0.1 с

MOV A, #01h; в А занести ½ максимального значення коду

MOV DPTR, #C55

MOVX @DPTR, A; запис у порт А молодшої частини коду

CALL ZAD; підпрограма затримки на 0.1 с

CALL ZAD; підпрограма затримки на 0,1 с

JMP M2; перехід на новий цикл

END

ЗМІСТ ЗВІТУ

1 Титульна сторінка.

2 Назва роботи, її мета.

3 Початкові дані.

4 Програмний код розробленого програмного забезпечення

5 Висновки за результатами роботи програми.

 

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1 Охарактеризуйте найбільш відомі методи і типи ЦАП.

2 Назвіть основні статичні параметри ЦАП.

3 Дайте визначення дискретності, квантуванню, дозволяючи здатність ЦАП.

4 Дайте визначення характеристиці перетворення, нелінійності ЦАП.

5 Поясніть поняття: напруга зсуву нуля, допустима напруга на виході ЦАП.

6 Перерахуйте динамічні параметри ЦАП.

7 Назвіть основні фактори, що впливають на помилку ЦАП.

8 Дайте характеристику апаратним реалізаціям ЦАП.

9 Наведіть приклади практичного застосування ЦАП.

 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №5