Цифровая схемотехника (практикум). Учебное пособие предназначено для выполнения практикума по дис циплинам "Схемотехника электронных средств, "Схемотехника эвм, "Основы микроэлектроники для
 Скачать 0.86 Mb.
|
|
7.2.2 Порядок выполнения практикума Для проведения практикума необходимо: осциллограф, генератор сигна- лов, лабораторный стенд "Схемотехника АЦП и ЦАП", цифровой вольтметр. Выполните работу в следующей последовательности: 1) измерьте временные и амплитудные параметры сигналов, формируемых генератором сигналов. Для этого включите сетевую вилку стенда в сеть, вклю- чите тумблер "Питание" в положение "Вкл", при этом должен светиться инди- катор "Питание"; 2) подключите осциллограф к гнездам "Выход" генератора сигналов (ГС). Последовательно в соответствии с таблицей 7.2 установите ручки управления ГС в необходимое положение, а кнопками задайте "Код канала". Для каждой позиции таблицы 7.2 измерьте перечисленные параметры сигналов и зарисуйте осциллограммы; 98 Таблица 7.2 – Алгоритм управления генератором сигналов № по зи ци и Наблю- даемый сигнал Код ка- на- ла Генератор пря- моугольных им- пульсов Генератор пилообраз- ных им- пульсов Генера- тор шума Измеряемые параметры Код канала Амплитуда Частота Регулиров - ка уровня Амплитуда Частота Регулиров - ка ур овня Амплитуда 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 Импульс 00 00 + + * * * * * Амплитуда, частота, спад фронт и срез импульса 2 Импульс 00 11 + + * * * * * Амплитуда, частота, спад фронт и срез импульса 3 Постоян- ный уро- вень 11 01 * * + * * * * Постоянный уровень на- пряжения 4 Пилооб- разный импульс 01 * * * * + + * Амплитуда, частота, фронт и срез 5 Шумо- вой сиг- нал 10 01 * * + * * * + Max и min ам- плитуда 6 Импульс случай- ной ам- плитуды 10 00 + + * * * * + Max, среднюю и min ампли- туда Обозначения в таблице: * - положение ручки управления может быть произвольной; + - ручкой управления можно регулировать наблюдаемый параметр сигнала. 3) установите ручки управления ГС в соответствии с позицией 3 таблицы 7.2 и лабораторного стенда (ЛС) с позицией 1 таблицы 7.3; 99 Таблица 7.3 – Алгоритм управления лабораторным стендом Положение ручек управления ЛС Преобразование Частота преобра- зований, кГц "АЦП- ЦАП" ИОН, цена младшего раз- ряда, мВ № по- зиции Ручное Автомат 5 10 15 АЦП ЦАП 5 10 1 + + + + 2 + + + + Обозначения в таблице: + - положение ручки управления. 4) соберите схему рабочего места в соответствии с рисунком 7.8; Рисунок 7.9 – Схема эксперимента 5) включите стенды тумблерами "Сеть" и "Питание"; 6) устанавливайте ручкой "Регулировка уровня" по цифровому вольтмет- ру ряд напряжений 10, 20, 30, 40, 100мВ и 0,5; 1; 2; 3, 5, 7, 9 В. Для каждого зна- чения напряжения несколько раз (не менее 5) нажимайте кнопку "Сброс", затем кнопку "Ручное" и записывайте цифровой код с индикаторов схемы индикации ЛС. Вычисляйте среднее значение кода и записывайте в столбцы "Входное напряжение" и "Среднее значение кода" таблицы измерений. Вычислите цену МЗР (младшего значащего разряда) АЦП, т.е. ширину канала из выражения: МЗР = ( 3,00 – 0,01) / (Y К - Y Н ) , где: Y К , Y Н - цифровые коды, соответствующие максимальному и мини- мальному уровням входного напряжения. 100 Постройте передаточную характеристику АЦП и определите интеграль- ную нелинейность преобразований; 7) отключите цифровой вольтметр. Установите ручки управления ГС и ЛС в соответствии с позицией 1 таблицы 2 и с позицией 2 таблицы 3. Посмот- рите осциллограммы осциллографом 1 и измерьте параметры входных прямо- угольных импульсов в гнезде "U ВХ АЦП " и сигналов в гнездах "f такт", "Сброс и начало преобразования", "Конец преобразования - записи". Осциллографом 2 наблюдайте за процессом последовательных приближений уровней осцилло- граммы "U ВЫХ ЦАП " к уровню сигнала "U ВХ АЦП ", зарисуйте осциллограмму "U ВЫХ ЦАП ". Запишите показания цифрового кода и по его значению определите амплитуду входного сигнала; 8) установите ручки управления ГС в позицию 4 (таблицу 7.2), а ЛС в по- зицию 2 (таблицу 7.3). Ручками "Амплитуда", "Частота грубо", "Частота плав- но" генератора пилы установите по осциллографу 1 амплитуду импульсов 7,5 В с частотой 1 кГц; 9) запишите не менее 100 показаний цифрового кода с индикатора ЛС, переведите каждое показание в десятичный код и постройте гистограмму рас- пределения уровней пилообразного напряжения в координатах, показанных на рисунке 7.10; Рисунок 7.10 - Гистограмма распределения амплитуды пилообразного сигнала В каждый из интервалов, содержащих 50 последовательных цифровых кодов, необходимо вносить по оси ординат число отсчетов, попавших в этот интервал; 10) установите ручки управления ГС в соответствии со строкой 5 (табли- цу 7.2), а ЛС - со строкой 2 (таблицу 7.3). Ручкой "Амплитуда" генератора шума ГС установите по осциллографу максимальную амплитуду шумов в пределах 4 -5 В. Повторите регистрацию данных в соответствии с п.9 настоящей методики и постройте гистограмму распределения уровней шумового сигнала. 11) установите ручки управления ГС согласно строки 6 таблицы 7.2, а ЛС - строки 2 таблицы 7.3. Ручками "Амплитуда" генератора прямоугольных им- пульсов и генератора шума ЛС отрегулируйте максимальную амплитуду пря- 101 моугольных импульсов с наложенными шумами в пределах 6 - 7 В. Повторите запись данных и постройте гистограмму распределения случайной амплитуды сигнала (амплитудного спектра) по методике п.9; 12) найдите математическое ожидание A (среднестатистическое значе- ние), среднеквадратическое отклонение σ гистограммы распределения случай- ной амплитуды импульсов из выражений: A = ∑A i n i / ∑n i , σ = ∑ ∑ = − = i i m i i n n A A d / ) ( 1 2 , где: A i - номер канала (А i = 1, 2, 3,..,10, .. , 20 рисунок 7.10); n i - число отсчетов в i- канале. При суммировании число каналов i необходимо выбирать в пределах гис- тограммы амплитудного спектра. 7.2.3 Контрольные вопросы к практикуму 1 Какие виды АЦП используются в технических системах? Перечислите преимущества и недостатки каждого вида АЦП. 2 Объясните алгоритм работы АЦП двойного интегрирования. 3 Каким образом происходит преобразование амплитуды сигналов в циф- ровой вид в АЦП параллельного действия? 4 Как работает АЦП последовательных приближений? Назовите предель- ные параметры этого вида АЦП. 5 Дайте определение дифференциальной и интегральной нелинейностей. 102 Список использованных источников 1 Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая элек- троника. /Полный курс/: Учебник для вузов /Под ред. Глудкина О.П. – М.: Горячая линия – Телеком, 2002. – 768 с. 2 Степаненко И.П. Основы микроэлектроники, - М.: Лаборатория базовых знаний, 2002. – 3 Лачин В.И., Савелов И.С. Электроника: Учеб.пособие. –Ростов-на-Дону: Изд-во Феникс, 2001. – 4 Нефедов В.И. Основы радиоэлектроники и связи: Учебник для вузов/ В.И.Нефедов – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2002. – 5 Шило В.Л. Линейные интегральные схемы. М.:- Советское радио. 1989. – 6 Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. т.1- т3. - М.: МИР, 1994. – 7 Букреев И.Н., Мансуров Г.М., Горячев В.И. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. М.: Сов.радио, 1975. – 8 Потемкин И.С. Функциональные узлы цифровой автоматики. - М.: Энер- гоатомиздат, 1988. – |