Rok akademicki:
2014/2015
Laboratorium Elektroniki
Rodzaj studiów:
Es1
Temat ćwiczenia:
Przetworniki analogowo-cyfrowe
Skład sekcji:
Marcin Spannbauer Kierunek: Elektrotechnika
Marcin Mucha Semestr: 3
Patryk Kuz
ma Grupa: 2
Filip Skoczylas Sekcja: 4
A
ukasz Gawron
Data wykonania: 21.11.2014
1
1. Cel ćwiczenia.
Celem ćwiczenia było zapoznanie się z działaniem wybranych przetworników
analogowo - cyfrowych (wagowy i z podwójnym całkowaniem)
2. Wprowadzenie.
Przetwornik A/C wagowy:
Dokładność(rozdzielczość) tego przetwornika jest równa wadze LSB (0,01V) i wynika
z ostatniego wyniku porównania komparatora. Ilość cykli takiego przetwornika jest równa
długości słowa wyjściowego. Czas pojedynczego przetwarzania nie zależy od wartości
napięcia przetwarzanego tylko od ilości bitów słowa wyjściowego.
Proces przetwarzania badanego przetwornika polegał na tym, że na wejście  -
komparatora podawane jest napięcie kompensujące z rejestru kolejnych
przybliżeń(przetworzone na wartość analogową przez przetwornik C/A) z wyłączanymi
kolejno bitami o największych wagach, a na wejście  + komparatora napięcie przetwarzane.
Jeśli napięcie na  + jest większe, to na wyjściu komparatora jest logiczne  1 , bit ten zostaje
załączony i napięcie to jest dodawane w kolejnych etapach przetwarzania, jeśli natomiast
napięcie wejściowe jest mniejsze to napięcie to pozostaje wyłączone. Wartości
poszczególnych bitów zapamiętuje rejestr kolejnych przybliżeń.
Rys.1. Schemat stanowiska pomiarowego do badania przetwornika A/C wagowego
Przetwornik A/C z podwójnym całkowaniem:
Przetwornik z podwójnym całkowaniem zamienia napięcie na przedział czasu, w
którym zliczane są impulsy z generatora. Liczba tych impulsów jest proporcjonalna do
wartości średniej napięcia. Aby uniknąć zakłóceń należy tak dobrać okres uśredniania T1, aby
był on równy lub większy o całkowitą ilość razy od zakłóceń pochodzących z sieci
energetycznej. W przypadku gdy nie będzie spełniony ten warunek w zależności od fazy
początkowej napięcia wejściowego i okresu T1, czas T2(proporcjonalny do napięcia
odniesienia) będzie dłuższy lub krótszy.
2
Rys.2. Schemat stanowiska pomiarowego do badania przetwornika A/C z podwójnym
całkowaniem
3. Tabele pomiarowe.
W tabelach 1,2,3,4 w ostatnim wierszu został zaznaczony stan komparatora: 0
oznacza, że napięcie wejściowe jest większe od napięcia z przetwornika C/A i bit zostanie
załączony, jeśli 1 to napięcie wejściowe jest mniejsze bit zostanie wyłączony.
Tab.1. Wyniki pomiarów dla przetwornika A/C wagowego przy napięciu wejściowym 0,5V
Takt 1 2 3 4 5 6 7 8
1,28V 0 0 0 0 0 0 0 0
0,64V 0 0 0 0 0 0 0 0
0,32V 1 1 0 1 1 1 1 1
0,16V 1 1 0 1 1 1 1 1
0,08V 1 1 1 0 0 0 0 0
0,04V 1 1 1 1 0 0 0 0
0,02V 1 1 1 1 1 0 1 1
0,01V 1 1 1 1 1 1 0 1
komp. Z C C Z Z C C Z
3
0,8
0,6
0,4
0,2
0
1 2 3 4 5 6 7 8
Takt
Rys.3. Poziomy napięć dla każdego kolejnego kroku przetwornika wagowego A/C przy
napięciu wejściowym 0,5V
Tab.2. Wyniki pomiarów dla przetwornika A/C wagowego przy napięciu wejściowym 1V
Takt 1 2 3 4 5 6 7 8
1,28V 0 0 0 0 0 0 0 0
0,64V 0 1 1 1 1 1 1 1
0,32V 1 0 1 1 1 1 1 1
0,16V 1 1 0 0 0 0 0 0
0,08V 1 1 1 0 0 0 0 0
0,04V 1 1 1 1 0 1 1 1
0,02V 1 1 1 1 1 0 0 0
0,01V 1 1 1 1 1 1 0 1
komp. C C Z Z C Z C Z
1,5
1
0,5
0
1 2 3 4 5 6 7 8
Takt
Rys.4. Poziomy napięć dla każdego kolejnego kroku przetwornika wagowego A/C przy
napięciu wejściowym 1V
Tab.3. Wyniki pomiarów dla przetwornika A/C wagowego przy napięciu wejściowym 1,5V
Takt 1 2 3 4 5 6 7 8
1,28V 1 1 1 1 1 1 1 1
0,64V 0 0 0 0 0 0 0 0
0,32V 1 0 0 0 0 0 0 0
0,16V 1 1 0 1 1 1 1 1
0,08V 1 1 1 0 0 0 0 0
0,04V 1 1 1 1 0 1 1 1
0,02V 1 1 1 1 1 0 1 1
0,01V 1 1 1 1 1 1 0 1
komp. Z Z C Z C C C Z
4
U[V]
U[V]
2,5
2
1,5
1
0,5
0
1 2 3 4 5 6 7 8
Takt
Rys.5. Poziomy napięć dla każdego kolejnego kroku przetwornika wagowego A/C przy
napięciu wejściowym 1,5V
Tab.4. Wyniki pomiarów dla przetwornika A/C wagowego przy napięciu wejściowym 2V
Takt 1 2 3 4 5 6 7 8
1,28V 1 1 1 1 1 1 1 1
0,64V 0 1 1 1 1 1 1 1
0,32V 1 0 0 0 0 0 0 0
0,16V 1 1 0 0 0 0 0 0
0,08V 1 1 1 0 1 1 1 1
0,04V 1 1 1 1 0 0 0 0
0,02V 1 1 1 1 1 0 0 0
0,01V 1 1 1 1 1 1 0 0
komp. C Z Z C Z Z Z Z
2,4
2,2
2
1,8
1,6
1 2 3 4 5 6 7 8
Takt
Rys.6. Poziomy napięć dla każdego kolejnego kroku przetwornika wagowego A/C przy
napięciu wejściowym 2V
Czasy T1 (całkowania napięcia mierzonego), oraz czasy T2 (całkowania napięcia odniesienia)
odczytaliśmy z ekranu oscyloskopu.
Rys.7. Zrzut ekranu oscyloskopu przy napięciu wejściowym 0,85V
5
U[V]
U[V]
Rys.8. Zrzut ekranu oscyloskopu przy napięciu wejściowym 1,43V
Rys.9. Zrzut ekranu oscyloskopu przy napięciu wejściowym 1,31V
Rys.10. Zrzut ekranu oscyloskopu przy napięciu wejściowym 2,35
Tab.2. Wyniki pomiarów dla przetwornika A/C z podwójnym całkowaniem
T1=4,13ms T1=4,19ms T1=4,08ms T1=4,20ms
T2=2,5ms T2=5,1ms T2=7,2ms T2=8,9ms
Uref=-1,31V Uref=-1,31V Uref=-1,31V Uref=-1,31V
Uwe=0,85V Uwe=1,43V Uwe=1,82V Uwe=2,35V
T=20ms T=20ms T=20ms T=20ms
6
Korzystając z poniższych przekształceń sprawdziliśmy czy czasy całkowania są zgodne z
wartościami odczytanymi na laboratorium. Wiadomo że po pierwszym całkowaniu wartości
napięć opisane są następującymi wzorami:
1
5ØHÜ5Ø6Ü1 = - 5ØHÜ5ØdÜ5ØRÜ 5ØGÜ1
5ØEÜ5Ø6Ü
1
5ØHÜ5Ø6Ü2 = - 5ØHÜ5ØEÜ5Ø8Ü5Ø9Ü5ØGÜ2
5ØEÜ5Ø6Ü
Przekształcając powyższe wzory otrzymujemy zależność:
5ØHÜ5ØdÜ5ØRÜ
5ØGÜ2 = 5ØGÜ1 5ØHÜ5ØEÜ5Ø8Ü5Ø9Ü gdzie 5ØGÜ1 = 5ØPÜ5Ø\Ü5Ø[Ü5Ø`Ü5ØaÜ, 5ØHÜ5ØEÜ5Ø8Ü5Ø9Ü = 5ØPÜ5Ø\Ü5Ø[Ü5Ø`Ü5ØaÜ
KorzystajÄ…c z powyższych zależnoÅ›ci możemy stwierdzić że 5ØGÜ2 = 5ØXÜ5ØHÜ5ØdÜ5ØRÜ gdzie 5ØXÜ = const
Z kolei aby wyznaczyć liczbę inkrementacji komparatora, korzystamy z zależności
5ØAÜ = 5ØSÜ5ØTÜ " 5ØGÜ2 ,a wiÄ™c 5ØAÜ = 5ØSÜ5ØTÜ5ØXÜ 5ØHÜ5ØdÜ5ØRÜ gdzie 5ØSÜ5ØTÜ = 5ØPÜ5Ø\Ü5Ø[Ü5Ø`Ü5ØaÜ = 1/5ØFÜ
4. Wnioski.
W aplikacjach z przetwornikiem wagowym wraz z kolejnymi taktami zegara
komparator sprawdza czy kolejne wagi napięcia odniesienia są większe lub mniejsze od
napięcia wejściowego. W przetworniku takim napięcie nie może zmieniać się w paśmie
ważenia.
W przypadku przetworników z podwójnym całkowaniem zmienia się jedynie czas
trwania drugiej fazy całkowania. Przetworniki z podwójnym całkowaniem są bardziej
odporne na zakłócenia niż przetworniki z kompensacją wagową. W Polsce woltomierze
z podwójnym całkowaniem mają czas pierwszego całkowania równy 20ms(f=1/T gdzie f to
częstotliwość sieci, która w Polsce wynosi 50Hz) dzięki temu tłumią zakłócenia sieciowe
wraz z harmonicznymi.
7