ZESPÓŁ SZKÓŁ NR 9 im. ROMUALDA TRAUGUTTA
W KOSZALINIE

Instrukcja do ćwiczenia:

Badanie przetworników analogowo-cyfrowych.

Rok szkolny 2002/2003

Cel ćwiczenia: celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zasadą działania, budową i parametrami przetwornika analogowo-cyfrowego.

Utworzyć podstawowy układ pomiarowy jak na rysunku poniżej.

Powyższy układ po odpowiednich modyfikacjach będzie podstawą wszystkich pomiarów w tym ćwiczeniu.

1. Pomiar czasu przetwarzania.

Zbudować układ pomiarowy jak poniżej.

Ponieważ sygnał wejściowy jest falą prostokątną o wartości dodatniej, należy wartość napięcia V3 (U_VREF-) ustawić na 0 V.

Na wejście V IN podać sygnał prostokątny ze źródła „clock” o częstotliwości podanej na schemacie i napięciu 4.5 V. Do wejścia OSC podać sygnał prostokątny z generatora funkcyjnego o amplitudzie 2V z nałożoną składową stałą (ofset) równą 2V. Do wyjść D0÷D3 dołączyć czterowejściową bramkę OR jako detektor wykrywający pojawienie się jakichkolwiek jedynek kodu wyjściowego. Przyjmijmy, że czas przetwarzania to maksymalny czas liczony od pojawienia się napięcia (przedniego zbocza impulsu) na wejściu V IN do pojawienia się jedynki kodu wyjściowego. Wówczas na wyjściu bramki OR pojawi się narastające zbocze impulsu wyjściowego. Sygnał wyjściowy będzie opóźniony względem sygnału wejściowego o czas przetwarzania. Jako wynik pomiaru podać czas maksymalny. Pomiaru dokonać poprzez analizę czasową. Umożliwia ona obserwację kilku przebiegów jednocześnie. Z menu analysis wybrać polecenie transient. Pojawi się okno dialogowe:

Wypełnić pola jak powyżej. W polu

wstawić numery węzłów, które odpowiadają wejściu SOC, wejściu V IN, wyjściu bramki OR, następnie kliknąć przycisk simulate. Pojawi się wykres trzech przebiegów, z którego należy odnaleźć największą różnicę czasową pomiędzy sygnałem wejściowym i wyjściowym. Czas przetwarzania odczytać przy pomocy kursorów.

Kliknięcie przycisków

spowoduje wyświetlenie okienek

z których można odczytać dane kursorów oraz kolor przebiegu odpowiadającym odpowiednim węzłom.

Pomiaru czasu przetwarzania dokonać dla dwóch wartości częstotliwości taktowania generatora funkcyjnego.

fSOC	[kHz]	10	20
tprzetw.	μs

Wydrukować przebiegi czasowe w odpowiednim powiększeniu.

2. Pomiar rozdzielczości bezwzględnej ΔU.

Zbudować układ jak na rysunku poniżej.

Do wejścia V IN podać napięcie stałe z suwaka potencjometru R3 regulowane w niewielkim zakresie od 0 do 90mV. Parametry potencjometru ustawić w oknie

Suwak przesuwa się poprzez naciśnięcie klawisza R lub shift R.

Regulując napięcie na wejściu, zanotować wartości U_wej przy każdej zmianie wartości liczby kodu wyjściowego. Numer przedziału kwantowania odczytujemy na wyświetlaczu w kodzie heksadecymalmym. Wyniki zanotować w tabelce:

Numer przedziału kwantowania	Kod hex	00	01	02	03	04	05
Napięcie wejściowe	[mV]

Sporządzić wykres: numer kodu = f (U_wej)

3. Pomiar charakterystyki przetwarzania (przejściowej) U_wy = f(U_we)

Zbudować układ jak na rys. poniżej.

Aby na wyjściu otrzymać napięcie U_wyj­ należy za pomocą przetwornika c/a zamienić kod dwójkowy na analogową wartość napięcia wyjściowego. Zmieniając napięcie wejściowe odczytujemy wartość napięcia wyjściowego. Wyniki zanotować w tabelce i sporządzić wykres.

Uwej	[V]	0,1	0,2	0,5	0,8	1,0	1,5	2,0	3,0	4,0	5,0
Uwyj	[V]

4. Pomiar szumów kwantyzacji.

Każda zamiana sygnału analogowego na cyfrowy i z cyfrowego na analogowy niesie za sobą pewne zniekształcenia nazywane szumem kwantyzacji. Wiąże się to z tym, że wyjściowy sygnał analogowy może przyjąć tylko jedną z 256 wartości całego zakresu przetwarzania. Wielkość szumu kwantyzacji zależy od rozdzielczości przetwornika, amplitudy sygnału wejściowego oraz od częstotliwości przetwarzania. Ponieważ nasz przetwornik jest ośmiobitowy, nasz pomiar będzie uwzględniał tylko częstotliwość przetwarzania.

Pomiar polega na wyznaczeniu współczynnika zniekształceń nieliniowych obliczonego ze wzoru:

h =

100%

Gdzie: U_o - składowa podstawowa?··

U_1,2,3,4- kolejne harmoniczne

Aby wyznaczyć poszczególne harmoniczne należy wykonać analizę Fouriera

.Zbudować układ jak na rys. poniżej.

Na wejście przetwornika V IN podać sygnał o wartości 1V i częstotliwości 1 kHz. Z menu analysis wybrać polecenie Fourier. W oknie dialogowym

Wybrać opcje jak na rysunku z uwzględnieniem aktualnego numeru węzła i nacisnąć przycisk simulate. Na wykresie ukaże się szereg harmonicznych, których wartości należy odczytać za pomocą kursorów.

Pomiar wykonać dla częstotliwości sygnału zegarowego SOC 10 kHz i 20 kHz. Wyniki zanotować w tabeli i obliczyć współczynnik zniekształceń h.

	Numer harmonicznej		U0	U1	U2	U3	U4	U5	U6	U7	U8
SOC 10 kHz	Napięcie	[mV]
SOC 20kHz	Napięcie	[mV]

h_10kHz = .............................. %

h_20kHz = .............................. %

Spis treści.

7

Numer przedziału

U_wej

---