Temat ćwiczenia: Przetworniki cyfrowo-analogowe;

pomiary właściwości; aplikacje

pomiarowe

Data: 98-03-16

Ćwiczenie wykonali: Robert Rokicki i Mariusz Lotko

Grupa 5

Ćwiczenie nr 2.

I. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest przedstawienie istoty pracy przetwornika C/A, źródeł błędów przetwarzania, sposobu definiowania i pomiaru parametrów przetworników C/A oraz zaprezentowania przykładowych zastosowań przetworników.

II. Wykaz urządzeń i przyrządów użytych przy wykonywaniu ćwiczenia:

0. Makieta dydaktyczna C/A

Komputer z programem POLLAB

0. Multimetr cyfrowy V563

• błąd podstawowy ± 0,02 % U_x ± 0,005 % U_z

• U_x - wartość mierzona; U_z - wartość podzakresu

• rezystancja wejściowa na podzakresach

• - 100 mV, 1 V, 10 V > 16 Ω

• - 100 V i 1000 V = 10 MΩ ± 0,2 %

• impedancja wejściowa: 1 MΩ

Przebieg ćwiczenia

1.Schemat pomiarowy

2. Pomiar dokładności przetwarzania przetwornika zainstalowanego w makiecie.

Wartość 10-bitowej nastawy										Uobl	Uzm	ΔU	δU
A9	A8	A7	A6	A5	A4	A3	A2	A1	A0	[V}	[V]	[V]	[%]
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	5,12	5,11	-0,01	-0,1956
0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	5,11	5,10	-0,01	-0,1960
0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	5,10	5,09	-0,01	-0,1964
0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	5,08	5,07	-0,01	-0,1972
0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	5,04	5,03	-0,01	-0,1988
0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	4,96	4,95	-0,01	-0,2020
0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	4,80	4,79	-0,01	-0,2087
0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	4,48	4,47	-0,01	-0,2237
0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	3,84	3,84	0	0
0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	2,56	2,55	-0,01	-0,3921
1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0,00	0,00	0	0
1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	-5,11	-5,10	0,01	-0,1960
0	0	0	0	0	0	1	0	0	1	5,03	5,02	-0,01	-0,1992
0	0	0	1	0	0	1	0	0	0	4,40	4,39	-0,01	-0,2277
1	0	0	0	0	0	1	0	0	0	-0,08	-0,08	0	0
0	0	1	0	0	0	0	0	1	0	3,82	3,80	-0,02	-0,5263
0	0	0	0	0	1	0	1	0	0	4,92	4,91	-0,01	-0,2036
0	1	0	0	0	1	0	1	0	0	2,36	2,35	-0,01	-0,4256
1	0	0	0	0	0	0	0	1	1	-0,03	-0,03	0	0
1	0	1	0	0	1	0	0	0	0	-1,14	-1,44	0	0
1	1	1	1	0	0	0	0	0	0	-4,48	-4,48	0	0
0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	4,97	4,96	-0,01	-0,2016
1	1	0	0	0	0	0	0	1	1	-2,59	-2,59	0	0
0	0	1	1	0	0	1	1	0	0	3,08	3,07	-0,01	-0,3257
1	1	1	1	0	0	1	0	0	0	-4,56	-4,56	0	0

δU_max = - 0,5263 %

U_obl = 5,12 - 0,01 • (A9 • 2­⁹ + A8 • 2⁸ + ... + A0 • 2⁰)

ΔU = U_zm - U_obl

ΔU

δU = —— • 100 %

U_zm

Przykładowe obliczenia (dla nastawy 1111000100):

U_obl = 5,12 - 0,01 • (1 • 512 + 1 • 256 + 1 • 128 + 1 • 64 + 0 + 0 + 1 • 8 + 1 • 4 + 0 + 0) = -4,56 [V]

ΔU = - 4,56 - (-4,56) = 0 [V]

δU = (0 / (-4,56)) • 100 % = 0

IV. Wnioski

Wykonane ćwiczenie dotyczyło przetwornika C/A (cyfrowo-analogowego).

Przetworniki C/A i A/C są to układy umożliwiające współpracę systemów „cyfrowych” i analogowych. Zadaniem przetwornika C/A jest przetwarzanie sygnału wejściowego podanego w postaci N-bitowego słowa na sygnał analogowy zgodnie z pewną założoną dla danego przetwornika regułą. Przetwornik przetwarzający słowo o dłu­gości N nazywany jest przetwornikiem N-bitowym. W przetworniku N-bitowym liczba rozróżnia­nych poziomów wy­nosi maksymalnie 2^N, a „krok kwantowania” (rozdzielczość) U_roz = U_Zak/2^N (U_zak - napięcie zakre­su przetwarzania przetwornika)­­. Przetwornik, który badaliśmy jest przetwornikiem 10-bitowym, który może generować maksymalnie 1024 (2¹⁰) różne poziomy napięcia. Napięcie zakresu (U_Zak) wynosi 10,23 [V] (5,12 [V] - (-5,11 [V]) ), a rozdzielczość (U_roz) jest równa 10,23[V] / 1024 ≈ 0,01[V].

Celem naszego ćwiczenia była analiza błędów przetwarzania. Na podstawie wyników pomiarów mogliśmy stwierdzić jaki maksymalny błąd posiadała badana makieta (δU_max = - 0,5263 %). Można również stwierdzić, że

błąd bezwzględny całej nastawy nie daje się wyrazić jako suma błędów poszczególnych bitów. Gdyby taka zależność była prawdziwa, błąd maksymalny występowałby przy nastawie składającej się z dziesięciu jedynek, a tymczasem błąd bezwzględny dla tej nastawy wynosił ΔU = 0,01 [V]; wynik nie odstawał więc od reszty nastaw.

Po przeanalizowaniu błędów względnych stwierdzamy, że nie są one duże i wyrażają się w ułam­kach procenta.

Przetworniki C/A i A/C mają szerokie zastosowanie w telekomunikacji i informatyce, a także w wielu innych dziedzinach z życia codziennego. Pełnią one funkcję łączników pomiędzy naszym światem opisywanym wartościami analogowymi, a światem elektroniki, gdzie podstawową rolę odgrywa zapis cyfrowy. Przetworniki C/A mają również zastosowanie, gdy urządzenie analogowe ma być sterowane przez komputer lub inne urządzenie cyfrowe.

1

---