|
|
Аналого-цифровые преобразователи. КУРСАЧ_ЭЛЕКТРОНИКА_V3. Аналогоцифровые преобразователи
АЗЕРБАЙДЖАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НЕФТИ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Факультет: Информационные технологии и управление
Кафедра: Приборостроительная инженерия
Группа: 634.7
Специальность:050648- Инженер по биомедицинским технологиям
КУРСОВАЯ РАБОТА
Предмет: «Медицинская электроника и микропроцессорная техника»
Тема: «Аналого-цифровые преобразователи»
Студент: Наггаев Н.О.
Руководитель: ст.препод. Рамазанов К.Ш.
Нормоконтролер: ст. лаб. Леонюк И.А.
Зав.кафедрой: д.т.н., доцент Бекирова Л.Р.
БАКУ 2019
АЗЕРБАЙДЖАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ
ЗАДАНИЕ ПО КУРСОВОЙ РАБОТЕ№ 40
Группа № 634.7 Специальность: 050648
Студент: Наггаев Наггов
Руководитель курсовой работы: Рамазанов Кемаледдин Ширин
Дата выдачи задания 18.10.2019
Дата сдачи курсовой работы ____________
Тема курсовой работы «Аналого-цифровые преобразователи»
Исходные данные курсовой работы____________________________________
___________________________________________________________________
Литература:
Подпись заведующего кафедрой________________________Бекирова Л.Р.
Подпись руководителя курсовой работы_________________Рамазанов К.Ш.
Подпись студента____________________________________Наггаев Н.О.
____________________________________________________________________
Дата выполнения работы____________________ Оценка________________
Председатель комиссии_____________________________ (Бекирова Л.Р.)
Члены комиссии: 1. ________________________________ (Мамедов Г.А.)
2.____________________________________(Рамазанов К.Ш.)
РЕФЕРАТ
.
ABSTRACT
.
REFERAT
.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………
|
7
|
ТЕОРЕТИЧСКАЯ ЧАСТЬ………………………………………….………...
1.1. Аналого-цифровые преобразователи............................................................
1.2. Классификация существующих устройств……………………………….
1.3. Разработка структурной схемы…………………………………………….
1.4. Разработка функциональной схемы ………………………………….........
|
8
10
11
13
|
РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ……………………………………...............................
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………….
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ………………………….
|
|
ВВЕДЕНИЕ
Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи АЦП находят широкое применение в различных областях современной науки и техники. Они являются неотъемлемой составной частью цифровых измерительных приборов, систем преобразования и отображения информации, программируемых источников питания, индикаторов на электронно-лучевых трубках, радиолокационных систем, установок для контроля элементов и микросхем, а также важными компонентами различных автоматических систем контроля и управления, устройств ввода – вывода информации ЭВМ. На их основе строят преобразователи и генераторы практически любых функций, цифроуправляемые аналоговые регистрирующие устройства, корреляторы, анализаторы спектра и т. д.
Велики перспективы использования быстродействующих преобразователей в телеметрии и телевидении. Несомненно, серийный выпуск малогабаритных и относительно дешевых АЦП еще более усилит тенденцию проникновения метода дискретно-непрерывного преобразования в сферу науки и техники. Одним из стимулов развития цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователей в интегральном исполнении в последнее время является широкое распространение микропроцессоров и методов цифровой обработки данных. В свою очередь потребность в АЦП стимулирует их разработку и производство с новыми, более совершенными характеристиками. В настоящее время применяют три вида технологии производства АЦП: модульную, гибридную и полупроводниковую.
При этом доля производства полупроводниковых интегральных схем (ИМС ЦАП и ИМС АЦП) в общем объеме их выпуска непрерывно возрастает и в недалеком будущем, по-видимому, в модульном и гибридном исполнениях будут выпускаться лишь сверхточные и сверхбыстродействующие преобразователи с достаточно большой рассеиваемой мощностью.
1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1. Аналого-цифровые преобразователи
Аналого – цифровые преобразователи (АЦП) являются устройствами, которые принимают входные аналоговые сигналы и генерируют соответствующие им цифровые сигналы, пригодные для обработки микропроцессорами и другими цифровыми устройствами.
Принципиально не исключена возможность непосредственного преобразования различных физических величин в цифровую форму, однако эту задачу удается решить лишь в редких случаях из-за сложности таких преобразователей. Поэтому в настоящее время наиболее рациональным признается способ преобразования различных по физической природе величин сначала в функционально связанные с ними электрические, а затем уже с помощью преобразователей напряжение код в цифровые. Именно эти преобразователи имеют обычно в виду, когда говорят об АЦП. На рисунке 1.1 приведены виды АЦП.
 Рисунок 1.1 – Виды АЦП
Процедура аналого – цифрового преобразования непрерывных сигналов, которую реализуют с помощью АЦП, представляет собой преобразование непрерывной функции времени U(t), описывающей исходный сигнал, в последовательность чисел {U'(tj)}, j=0,1,2, отнесенных к некоторым фиксированным моментам времени. Эту процедуру можно разделить на две самостоятельные операции. Первая из них называется дискретизацией и состоит в преобразовании непрерывной функции времени U(t) в непрерывную последовательность {U(tj)}. Вторая называется квантованием и состоит в преобразовании непрерывной последовательности в дискретную {U'(tj)}.
Дискретизация – это представление непрерывной функции (т. е. какого-то сигнала) в виде ряда дискретных отсчетов (по-буржуйски дискрет означает отличный, различный). По-другому можно сказать, что дискретизация – это преобразование непрерывной функции в непрерывную последовательность. На рисунке 2 изображен принцип дискретизации.
Рисунок 1.2 – Принцип дискретизации
При квантовании (рисунок 1.3) шкала сигнала разбивается на уровни. Отсчеты помещаются в подготовленную сетку и преобразуются в ближайший номер уровня квантования.
Рисунок 1.3 – Квантование
1.2 Классификация существующих устройств
Классификация АЦП делится на 3 типа:
- АЦП последовательного приближения, заключается в возможности организации синхронной и циклической работы, производства уменьшения числа разрядов и вывода данных в последовательном коде;
- АЦП считывания, выполняет функцию параллельного преобразования входного напряжения в один из видов цифрового кода: двоичного (прямого или обратного) и с дополнением до двух (прямого или обратного);
- Интегрирующие АЦП, предназначены для применения в измерительной аппаратуре различного назначения.
Основными характеристиками АЦП являются: разрешающая способность, точность и быстродействие. Разрешающая способность определяется разрядностью и максимальным диапазоном входного аналогового напряжения, точность – абсолютной погрешностью полной шкалы, нелинейностью и дифференциальной нелинейностью. Быстродействие АЦП характеризуется временем преобразования т.е. интервалом времени от момента заданного изменения сигнала на входе до появления на выходе, устанавливающегося кода.
По структуре построения АЦП делятся на два типа: с применением ЦАП и без них. В настоящее время в интегральном исполнении реализованы АЦП развёртывающего типа. Развёртывающие АЦП переводят аналоговый сигнал в цифровой последовательный, начиная с младшего значащего разряда до цифрового кода на выходе, соответствующего уровню входного аналогового напряжения АЦП. К этому типу можно отнести АЦП последовательного приближения со счётчиком.
К схемам АЦП без применения ЦАП относятся АЦП двойного интегрирования и параллельного действия. Способ двойного интегрирования позволяет хорошо подавлять сетевые помехи; кроме того, для построения схемы АЦП не требуется ЦАП с высокоточными резистивными матрицами.
1.3 Разработка структурной схемы
В настоящее время, при разработке проектов радиоэлектронных устройств, приоритетными являются разработки, предусматривающие интегральное исполнение.
Исходя из этого, предлагается схема аналого-цифрового преобразователя, обладающая в интегральном исполнении (т.е. выполненная в одном кристалле) более высокими параметрами, чем при изготовлении на дискретных элементах. Так как изготовления прецизионных конденсаторов в интегральном исполнении является сложной технологической проблемой, в предлагаемой разработке из измерительных цепей конденсаторы исключены.
Схема АЦП с буферной памятью состоит из следующих блоков: генератор тактовых импульсов, счётчик формирователь адресов, буферную память составляет динамическое ОЗУ, мультиплексор, регистр последовательного приближения, буферный регистр, компаратор, ЦАП и три логических элемента.
Генератор и счётчик формируют адресные коды в стартстопном или непрерывном режиме. Тактовая частота, с которой производится дискретизация входного аналогового сигнала Ux, зависит от динамических параметров элементов АЦП, главным образом от времени установления ЦАП. С выхода микросхемы памяти мы снимаем восьмиразрядный цифровой код. Время одного измерения равно длительности установления на выходе буферного регистра цифрового кода, отображающего значения амплитуды выборки входного сигнала Ux.
Структурная схема приведена на рисунке 1.4
Рисунок 1.4 – Структурная схема
1.5 Разработка функциональной схемы
Устройство может работать в режимах измерения, хранения измеренной информации и её вывода для индикации или регистрация в цифровой и аналоговой форме представления.
При наличии на входе «Измерение» сигнала 1 АЦП с частотой тактовых импульсов выбирает значения напряжения аналогового сигнала Ux и преобразует их в восьмиразрядный цифровой код, снимаемый с выхода буферного регистра. Микросхема памяти включена параллельно цепи преобразования и находится в режиме записи. Цифровые сигналы с выхода компаратора поступают на вход микросхемы памяти и поразрядно записываются в накопитель по мере изменения адресов. Эта информация может быть сохранена заданное время при снятии разрешения со входа «Измерение». Микросхема в этом случае находится в режиме считывания, но мультиплексор при отсутствии сигнала разрешения «Вывод» закрывает её выход для считывания.
В режиме вывода микросхема памяти включена через мультиплексор в цепь преобразования считываемых с её выхода, по мере возрастания адресов, сигналов в восьмиразрядный параллельный код на выходе буферного регистра и в соответствующий ему аналоговый уровень напряжения на выходе ЦАП. Выходные сигналы можно подать на регистрирующее устройство и индикатор, например на экране осциллографа.
В режиме вывода измерительной информации из накопителя мультиплексор исключает из цепи преобразования компаратор, следовательно, изменения его состояния под воздействием сигнала на входе Ux не влияют на вывод информации.
РРисунок 1.14 – Схема функциональная
|
|
|
|
|
|
Заключение
Аналого-цифровое преобразование используется везде, где требуется принимать аналоговый сигнал и обрабатывать его в цифровой форме.
- специальные видео-АЦП используются в компьютерных ТВ-тюнерах, платах видеовхода, видеокамерах для оцифровки видеосигнала. Микрофонные и линейные аудиовходы компьютеров подключены к аудио-АЦП.
- АЦП являются составной частью систем сбора данных;
- АЦП последовательного приближения разрядностью 8..12 бит и сигма-дельта АЦП разрядностью 16..24 бита встраиваются в однокристальные микроконтроллеры;
- очень быстрые АЦП необходимы в цифровых осциллографах (используются параллельные и конвеерные АЦП);
- современные весы используют АЦП с разрядностью до 24 бит, преобразующие сигнал непосредственно от тензометрического датчика. (сигма-дельта АЦП);
- АЦП входят в состав радиомодемов и других устройств радиопередачи данных, где используются совместно с процессором ЦОС в качестве демодулятора;
- сверхбыстрые АЦП используются в антенных системах базовых станций и в антенных решётках РЛС.
АЦП превратились из базовых устройств, имеющих отдельные ограниченные диапазоны изменения входных сигналов, в более интегрированные, программируемые микросхемы, предлагающие несколько различных диапазонов измерения входных сигналов и программно конфигурируемые интерфейсы.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы. Горячая Линия – Телеком. 2007 г.
Шарапов А. В. Микроэлектроника: Учебное пособие. — Томск: Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2007. — 158 с.
Кормилин В.А. Цифровые устройства и микропроцессоры. Часть2. Томск-2001 г.
|
|
|
Скачать 169.68 Kb.