POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA
LABORATORIUM MIERNICTWA CYFROWEGO
Temat: BADANIE PRZETWORNIKA A/C I C/A
Data wykonania ćwiczenia: 12.05.2009

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było:

- wykonanie pomiarów podstawowych parametrów przetworników A/C i C/A

- zadawanie i odbieranie sygnałów odbywa się za pomocą umieszczonych na pulpicie makiety przycisków i diod oraz za pomocą podłączonego do stanowiska komputera.

2. Dane o zastosowanych przyrządach:

- dwa mierniki cyfrowe M-4660A i DF-17305L5A

- przetwornik A/C (AD-7822)

- przetwornik C/A (TLC-7524)

- przetwornik analogowo/ cyfrowy

3. Opis stanowiska

Parametry przetworników wykorzystanych w ćwiczeniu:

*Przetworniki A/C

1) AD 7822

Szybki 8-bitowy przetwornik A/D z track and hold

• Napięcie zasilania: Zakr 3V: +2,7 do +3,3V

• Napięcie zasilania: Zakr 5V: +4,5 do +5,5V

• Pobór prądu: aktywny 12 mA max, Power-down 5uA max

• Czas przetw.:420 nS

• Nieliniowość ±0,75 LSB max

*Przetworniki C/A

1) TLC 7524

8-bitowy przetwornik D/A

• Napięcie zasilania: +5 do 15V

• Pobór prądu: 1mA max przy +5V

• Czas ustalania: 100ns max

• Nieliniowość: ±0,5 LSB max

4. Wstęp teoretyczny

Przetwornik analogowo- cyfrowy przetwarza mierzone napięcie analogowe na informację dyskretną, przedstawioną najczęściej w kodzie dwójkowym (2^k) lub w kodzie dwójkowo- dziesiętnym BCD. Przetwarzanie A/C odbywa się przez kwantowanie w czasie (przetwarzanie czasowe, przetwarzanie integracyjne) lub w amplitudzie (przetwarzanie kompensacyjne).

Przetwornik cyfrowo- analogowy przetwarza informację dyskretną (cyfrową) przedstawioną w kodzie dwójkowym lub kodzie dwójkowo- dziesiętnym (BCD), na wielkość analogową (napięcie lub prąd elektryczny). Analogowy sygnał wyjściowo powstaje w wyniku odpowiedniego sumowania lub podziału napięcie (lub prądu).

5. Tabele pomiarowe:

PRZETWORNIK A/C (AD7822)
KOD BCD
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111

Obliczenia błędów:

Błąd bezwzględny Δ = x - v

Błąd względny: $\delta = \frac{}{v} = \frac{x - v}{v}$

KOD BCD	KODDEC	Δ = x - v.	$$\delta = \frac{}{v} = \frac{x - v}{v}$$
0000	14	-14	-1
0001	128	-112	-0.875
0010	68	-36	-0.53
0011	196	-148	-0.755
0100	38	26	0.684
0101	164	-84	-0.512
0110	96	0	0
0111	228	-116	-0.509
1000	16	112	7
1001	148	-4	-0.027
1010	84	76	0.904
1011	212	-36	-0.17
1100	52	140	2.692
1101	178	30	0.168
1110	114	110	0.965
1111	240	0	0

Parametry przetwornika A/C AD 7822
Dokładność bezwzględna
Dokładność względna
Błąd przesunięcia
Nieliniowość różniczkowa

U_FS = 2,5 V = 2500 mV

Dokładność bezwzględna

Aby obliczyć dokładność bezwzględną w LSB obliczamy:

LSB = U_FS/2⁴ = 2500mV/16 = 156,25mV

$\text{Dok}l\text{adno}sc\ \text{bezwzgl}e\text{dna}\ w\ \text{LSB} = \frac{\text{Dok}l\text{adno}sc\text{\ bezwgl}e\text{dna\ w\ mV}}{\text{LSB}}$

$$\text{LSB} = \frac{88}{156.25} = 0.563$$

Nieliniowość różniczkowa

Jest ona określona maksymalną różnicą pomiędzy dwiema wartościami napięcia wyjściowego odpowiadającymi zmianie słowa wejściowego.

Nieliniowość różniczkową ε_r1 wyznaczamy według wzoru:

$$\varepsilon = \frac{\left| \text{Uwy}_{\max} - \frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}{\text{Uwy}_{i}} \right|}{\text{LSB}}$$

Uwy_max = 2000 mV

$$\varepsilon = \frac{\left| 2000 - \frac{1}{16}(1800) \right|}{156,25} = 5.6$$

gdzie:

ΔUwy_i - i-ta różnica między dwiema wartościami napięcia wyjściowego odpowiadającymi zmianie słowa wejściowego

ΔUwy - maksymalna różnica między dwiema wartościami napięcia wyjściowego odpowiadającymi zmianie słowa wejściowego (przedział kwantyzacji), wybraliśmy wartość dającą większy błąd.

n - ilość różnic

PRZETWORNIK C/A (TLC 7524)
KOD BCD
0000 0000
0001 0000
0010 0000
0011 0000
0100 0000
0101 0000
0110 0000
0111 0000
1000 0000
1001 0000
1010 0000
1011 0000
1100 0000
1101 0000
1110 0000
1111 0000

U_FS = 2,5V

Parametry przetwornika C/A TLC 7524
Idealny przedział kwantowania
Dokładność bezwzględna
Dokładność względna
Błąd przesunięcia
Nieliniowość różniczkowa

Idealny przedział kwantowania:

$$U_{\text{PK}\_\text{ID}} = \frac{U_{\text{FS}}}{2^{\frac{n}{2}}} = \frac{2.5\lbrack V\rbrack}{2^{4}} = 156.25\lbrack\text{mV}\rbrack$$

WNIOSKI

Wykonaliśmy badanie jednego przetwornika analogowo/ cyfrowego (A/C) i jednego przetwornika cyfrowo/ analogowego (C/A). Część pomiarów wykonaliśmy w trybie ręcznym, a część przy pomocy podłączonego komputera. Wszystkie wyniki zostały zawarte w powyższych tabelach.

Podczas ręcznego badania przetwornika A/C, poprzez nieostrożność (nie zwróciliśmy uwagi na 4-y najmłodsze bity), wystąpiły błędy które zostały zamieszczone w tabelach a następnie zostały wykreślone charakterystyki.

W naszych pomiarach przetwornik C/A cechuje się tym że nie wystąpił błąd przesunięcia. W przetwornik A/C AD7822 błąd przesunięcia wynosił 1[V] co mogło wynikać z błędnie wykonanego przez nas pomiaru.

Mimo większego błędu przesunięcia przetwornik A/C charakteryzuje się większą dokładnością bezwzględną która wyniosła 88[mV] (względna 1,76%) w przeciwieństwie do przetwornika C/A dokładność bezwzględna wynosi 1406[mV] (względna 56.24%).

Głównym zadaniem przetworników A/C i C/A jest przetwarzanie sygnałów analogowych na cyfrowe i odwrotnie, tak aby odwzorowanie było jak najbardziej dokładne – tutaj więc spodziewaliśmy się otrzymania liniowej charakterystyki co potwierdziła charakterystyka przetwornika C/A. Na wykresie przetwornika A/C da się zauważyć zakrzywienia początkowych fragmentów charakterystyk co tłumaczy wartość błędów przesunięcia.

Można zatem wyciągnąć ogólny wniosek że przetworniki lepiej sprawują się dla wyższych wartości napięć lub większych wartości kodów wejściowych, ponieważ jest mniejsza możliwość wystąpienia błędu przesunięcia.