Badanie przetwornika analog - cyfra (A/C) - Ćwiczenie 10 1. Cel

(1)

Badanie przetwornika analog - cyfra (A/C)

Wszystkie grafiki, zdjęcia, programy oraz treść instrukcji podlegają ochronie prawnej na mocy ustawy o prawie autorskim. Używanie ich w jakikolwiek sposób bez uprzedniego, pisemnego zezwolenia wydanego przez AGH jest zabronione i może spowodować pociągnięcie do odpowiedzialności cywilnej i karnej w maksymalnym zakresie dopuszczalnym przez prawo.

1

Badanie przetwornika analog - cyfra (A/C) - Ćwiczenie 10

1. Cel ćwiczenia

Obserwacja działania przetworników analogowo-cyfrowych. Zapoznanie się z budową, sposobem wyznaczania podstawowych charakterystyk i parametrów cechujących przetworniki A/C.

2. Wykaz przyrządów

• zestaw laboratoryjny (generator funkcyjny + zasilacz + woltomierz),

• programowalny zasilacz laboratoryjny,

• oscyloskop 2-kanałowy z pamięcią,

• płytka montażowa z przetwornikiem A/C,

• komputer wyposażony w kartę pomiarową i oprogramowanie LabView

3. Przedmiot badań

o ADC0803 (8-bitowy przetwornik A/C)

4. Wprowadzenie teoretyczne

Do badań wykorzystany zostanie 8-bitowy przetwornik analogowo – cyfrowy ADC0803 wykorzystujący metodę kolejnych przybliżeń. Charakteryzuje się on czasem przetwarzania krótszym niż 100µs i zakresem napięć wejściowych 0 ÷ 5V przy standardowym napięciu odniesienia. Symbol graficzny tego przetwornika oraz opis wyprowadzeń pokazano na rysunku 1.

- C S * - w e j ś c i e w y b o r u u k ł a d u - R D * - a k t y w a c j a o d c z y t u - W R * - a k t y w a c j a z a p i s u

- C L K I N - w e j ś c i e g e n . z e g a r o w e g o - C L K R - s p r z . z w r . g e n . z e g a r o w e g o - I N T R * - s t a r t p o m i a r u

- V i n ( + ) - d o d a t n i b i e g u n n a p i ę c i a w e . - V i n ( - ) - u j e m n y b i e g u n n a p i ę c i a w e . - A G N D - m a s a a n a l o g o w a

- D G N D - m a s a c y f r o w a

- Vr e f/ 2 - w e j ś c i e n a p i ę c i a o d n i e s i e n i a - D B 0 . . . D B 7 - w y j ś c i a c y f r o w e

- U c c - z a s i l a n i e

*- aktywacja poprzez wygenerowanie 0 logicznego.

Rys.1. Symbol graficzny oraz opis wyprowadzeń przetwornika ADC0803

(2)

Dynamiczne badanie przerzutników

2

Przykładową aplikację pokazującą podłączenie przetwornika pokazano na rysunku 2.

Dla poprawnego działania układu na wejście Vref/2 podajemy napięcie ok. 2.56 V a na wejście Vcc napięcie ok. 5.12 V. Zapewni to rozdzielczość przetwornika na poziomie 20 mV.

Rys.2. Typowe wykorzystanie przetwornika ADC0803

Przedstawiona konfiguracja pozwala na zamianę analogowego sygnału napięciowego (wejście V_IN) na sygnał cyfrowy (wyjścia DB0, …, DB7) zgodnie ze wzorem:



 



 + + +

= ₁ ₂ ₈

2 ... 7 2

1 2

0 DB DB

V DB V_IN _REF

Biorąc pod uwagę problemy mogące wyniknąć z montażu licznych elementów powyższego schematu, do dyspozycji studentów przygotowana została płytka montażowa (pokazana na rysunku 3), zawierająca badany przetwornik.

Rys.3. Płytka montażowa z przetwornikiem ADC0803

(3)

3

W trakcie ćwiczenia należy wyznaczyć przedstawione poniżej wybrane parametry pracy przetwornika analogowo – cyfrowego, wpływające na dokładność i szybkość przetwarzania (statyczne i dynamiczne):

o Rozdzielczość (determinuje błąd kwantyzacji) o Nieliniowość całkowa

o Nieliniowość różniczkowa o Błąd przesunięcia zera

o Błąd skalowania (wzmocnienia) o Czas przetwarzania

5. Przebieg ćwiczenia

5.1. Wyznaczanie charakterystyki statycznej przetwornika analog - cyfra

Wykorzystując pokazaną na rysunku 3 płytkę montażową należy zbudować układ pomiarowy, przedstawiony na rysunku 4.

Rys.4. Schemat układu pomiarowego

Wykorzystując zasilacz laboratoryjny i woltomierz, stopniowo zwiększając napięcie Uwe, doprowadzamy do zaświecenia kolejnych diod LED, odpowiadających czterem najstarszym bitom sygnału cyfrowego. Postępując w ten sposób wyznaczamy charakterystykę statyczną badanego przetwornika. Badania należy przeprowadzić dwukrotnie, w pierwszym kroku zmieniając wartość napięcia od wartości najmniejszej do największej. W kolejnym kroku należy zarejestrować wartość napięcia w kierunku przeciwnym. Prowadząc badania należy zwrócić uwagę na odpowiedni kierunek dokonywania pomiarów - w przeciwnym wypadku niemożliwe będzie opracowanie wyników.

(4)

4

Dysponując zarejestrowanymi pomiarami należy wykonać dodatkowe pomiary, które pozwolą wyznaczyć parametry statyczne przetwornika oraz wartości błędów powstałych w procesie przetwarzania.

5.2. Wyznaczenie parametrów i błędów dynamicznych

W celu wyznaczenia parametrów i błędów dynamicznych przetworników należy zarejestrować odpowiedź przetwornika na zadany sygnał trójkątny i sinusoidalny o odpowiednio dobranym zakresie (zgodnym z zakresem przetwarzania przetwornika).

Sygnałem wejściowym jest sygnał z generatora lub wyjścia analogowego karty pomiarowej.

Schemat układu pokazano na rysunku 5.

Rys.5. Schemat układu pomiarowego

Przed podaniem sygnału z generatora na wejście przetwornika (Uwe) należy upewnić się, że jego amplituda nie przekracza 5 V !! W przeprowadzonym ćwiczeniu należy zarejestrować za pomocą karty pomiarowej wszystkie sygnały wejściowe i wyjściowe badanego przetwornika.

6. Sprawozdanie z przebiegu ćwiczenia

W sprawozdaniu z pierwszej części ćwiczenia należy umieścić zestawienie wyników oraz wykresy pokazujące zmiany wartości dziesiętnej ustawionej na bitach w stosunku do zmian napięcia wejściowego. Dodatkowo w sprawozdaniu należy zamieścić parametry statyczne i dynamiczne badanego przetwornika oraz wartości wyznaczonych błędów.

Sprawozdanie z drugiej części ćwiczenia powinno zawierać wygenerowane na wyjściach DB0,…,DB7 przebiegi (osobno trójkątny i sinusoidalny) dla dwóch częstotliwości: 0.5 Hz i 3 Hz oraz charakterystykę zarejestrowaną na wejściu VIN. Na osobnym wykresie należy porównać charakterystykę idealną z charakterystyką zarejestrowaną w laboratorium.