LUCRAREA EL-49

LUCRAREA E7STUDIUL CONVERTOARELOR

NUMERIC/ANALOGICE (CNA) I

ANALOG/NUMERICE (CAN)

1. Scopul lucrrii

Lucrarea studiaz urmtoarele CNA i CAN:

CNA de 8 bii tip DAC 08; (DAC - Digital Analog Converter)

CAN cu aproximaii succesive;

CAN cu urmrire;

convertorul tensiune-frecven (V/F)

Se evideniaz principiului de funcionare i principalele caracteristici metrologice.

2. Principiile de funcionare i principalele caracteristici

metrologice ale CNA i CAN

2.1. Coduri de numeraie utilizate n CAN i CAN

- codul zecimal - baza de numeraie 10

(27.1)

unde: zi= 0,1,2,...,9

- codul binar - baza de numeraie

(27.2)

unde : bi= 0,1.

- codul BCD - binar codificat zecimal

(27.3)

unde: cki= 0,1 i

2.2.Principiul de functionare al CAN - DAC 08

DAC 08 este un CDA de 8 bii. La intrare se aplic un num n cod binar de 8 bii, iar la ieire se obine un curent continuu (ce poate fi convertit n tensiune).

Principial convertorul are n componen 8 generatoare de curent ponderate printr-o reea R-2R, curentul, respectiv tensiunea de la ieire fiind suma tensiunilor selectate de intrarea numeric, de forma:

(27.4)

unde N- numr binar aplicat la intrare, iar Uref = 2V

Fig.27.1. Convertor digital-analogic

2.3. Pricipiul de funcionare al CAN cu aproximaii succesive

Fig. 27.2. CAN cu aproximaii succesive.

Principiul de conversie const n compararea amplitudinii semnalului de intrare necunoscut (Uin) cu o tensiune generat de convertorul CNA. Algoritmul de conversie este similar cu cel al cntririi cu o balan analitic cu mase njumtite (1/2 kg, 1/4 kg, 1/8 kg....1/256 kg).

Se ncepe comparaia cu registrul setat pe 0. Se testeaz mai nti bitul cel mai semnificativ care se pune pe 1. CAN va genera la intrarea comparatorului U/2.

Daca Uin >Uout=U/2, bitul este validat pe 1i se testeaz bitul de rang imediat inferior. Se adaug astfel U/4. Daca Uin < Uout =3/4U, se valideaz i acest bit pe 1 (cazul nostru). Dac nu, se pune pe 0.

S e testeaz astfel toi biii registrului de aproximaii succesive pn la LSB, selectndu-se pe 1 acei bii care vor da Uout ( Uin. Relaia de conversie este:

(27.5)

2.4. Principiul de conversie al CAN cu urmrire

Se utilizeaz un numrtor reversibil al crui mod de numrare, prin incrementare (CU) sau decrementare(CD), este controlat de ieirea comparatorului. Se creeaz astfel o bucl de reacie negativ nchis prin CNA ctre intrare.

Dac Uin crete, comparatorul va comanda numrare inainte astfel c numrul crete i odat cu el Uout pna Uout ( Uin cnd se comanda numrarea napoi. Astfel N va urmri totdeauna pe Uin.

Fig. 27.3. Convertor CAD cu urmrire

2.5. Principiul convertorului tensiune frecven U/f.

Convertorul tensiune- frecven face parte din categoria convertoarelor analog-digitale cu conversie intermediar (timp sau frecven). (fig. 27.5.) Principiul su este cel al integrrii cu dou pante conform fazelor sale de funcionare:

- faza I - se integreaz mrimea de intrare Ux >0 cu un integrator inversor cu AD, tensiunea la ieirea acestuia scznd liniar pn la atingerea valorii Up(tensiunea de prag a comparatorului), moment cnd se declaneaz circuitul basculant monostabil (CBM) care acioneaz comutatorul S.

- faza II - se integreaz diferena dintre mrimea de intrare i cea de referin pe durata fix dat de CBM. Ciclul se reia, suma celor doi timpi (tx +() formnd perioada Tx a semnalului de ieire.

Fig.27.4. Convertorul tensiune frewcven

Simplificat ecuaia de funcionare se obine:

(27.6)

unde: Tx = tx + (deci:

(27.7)

2.6. Principalele caracteristici metrologice ale convertoarelor D/A i A/D Bitul cel mai puin semnificativ (LSB)

Este bitul cu ordinul cel mai mic sau bitul cu cea mai mic pondere n rezultat.

Liniaritatea

Maximul deviaiei dintre tensiunea de la ieire i cea definit teoretic de o linie dreapt trasat ntre capetele de scal ale funciei de transfer. Ea poate fi exprimat n procente din captul de scal sau fraciuni de LDSB. Un convertor trebuie s fie liniar n SYMBOL 177 \f "Symbol"1/2 LSB pentru a avea acurateea ntregii sale rezoluii.

Rezoluia

Numrul de bii de la intrarea sau ieirea unui convertor A/D sau D/A. Numrul de pai discrei sau stri este 2n unde n este rezoluia convertorului.

Monotonicitatea

CDA - semnalul analogic de la ieire crete sau rmne constant cu creterea codului numeric de la intrare

CAD - codul digital de la ieire crete sau rmne constant pentru o cretere a semnalului analogic de la intrare corespunztoare cu un LSB.

Eroarea de ctig

Eroarea raportului intrare/ieire, de obicei exprimat n procente. Se manifest ca o rotaie relativ la captul cel mai negativ al funciei de transfer.

Eroarea de offset

Eroarea de decalaj a caracteristicii reale de transfer funcie de cea teoretic, de obicei exprimat n LSB. Se manifest ca o abatere de la caracteristica ideal, a crei valoare se msoar funcie de captul cel mai negativ al funciei de transfer.

3. Chestiuni de studiat

3.1. CDA de 8 bii.

Se vor studia codul BCD i codul binar verificndu-se experimental conversia dintr-un cod n cellalt; se va studia caracteristica de conversie a convertorului.

3.2. CAD cu aproximaii succesiveSe va studia principiul de funcionare, cu vizualizarea formelor de und, i se va verifica conversia tensiunii de intrare n cod binar.

3.3. CAD cu urmrire.Se va studia principiul de funcionare cu vizualizarea formelor de und, i se va determina caracteristica de conversie.

3.4. Convertorul tensiune-frecven

Se va studia principiul de funcionare i se vor vizualiza formele de und, se va determina caracteristica de transfer fx=F(Uin) i se va calcula factorul de conversie i erorile.

4. Modul de experimentare

4.1.Schema montajelor utilizate pentru studiul CAN i CAN.

Schia plcii cu montajele pe care se studiaz CAN i CAN este dat n fig. 27.5.

4. 2. CNA tip DAC 08

Pentru masurri se utilizeaz schema de montaj din fig.27.5

Se trece comutatorul k1 pe CDA.

Se aplic la intrarea CDA numere de la comutator. Codul binar al numrului se citete pe indicatorul cu LED-uri, conform relaiei (27.2). Msurndu-se simultan tensiunea la ieire Uout se construiete caracteristica de conversie completnd tabelul 27.1.

Fig. 27.5. Schia plcii de montaj pentru studiul CAN i CAN.

Fig. 27. 6. Schema de montaj pentru studiul convertorului tensiune frecven

Tabelul 27.1

N10N2b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0UoutmsuratUoutcalculatSYMBOL 101 \f "Symbol"%

64

32

16

8

4

0

Eroarea de conversie se calculeaz cu relaia:

(27.8)

4. 4. CAN cu urmrire

Se studiaz un CAN de 8 bii.(fig.27.5.) Convertorul este realizat pentru a putea lucra cu semnale de intrare bipolare ntre -5V i +5V furniznd la ieire cod binar complementar deplasat:

U intrareCod binar de ieire

+5V0

0 V128

-5V255

Formula de calcul a codului de ieire funcie de tensiunea de intrare este:

(27.12)

unde: U ref =10 V. Se aplic la intrare o tensiune alternativ sinusoidal a f=100 Hz i amplitudinea 1-2V

Se va vizualiza pe osciloscop Uin i Uout. Se aplic Uin (tensiune continu) n valori cresctoare pn la circa 5V i se noteaz cu Uin.max valoarea pentru care toate LED-urile sunt stinse. Se determin factorul de scal:

(27.13)

Se efectueaz msurtori conform tabelului 27.3:

Tabelul 27.3

Uin(N2)ms(N10)ms(N10)calcSYMBOL 101 \f "Symbol"

Vb7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0--%

4

2

1

0

-1

-2

-4

unde:

(27.14)

4. 5. Convertor tensiune- frecven

Schema de montaj este dat n fig.27.6.

Se vor vizualiza Uc i semnalul de ieire fx. Se regleaz Ux=10V i se determin valoarea Ux max pentru care fx max=10 kHz. Factorul de conversie este:

(27.15)

Se regleaz Ux(SYMBOL 91 \f "Symbol"0(Ux maxSYMBOL 93 \f "Symbol" i se citesc rezultatele la frecvenmetru. Se determin eroarea de neliniaritate cu datele din tabelul 27.4:

Tabelul 27.4

Ux msfx msfx calcSYMBOL 101 \f "Symbol" N

VkHzkHz%

unde:

(27.16)

5. ntrebri

5.1. Care este codul binar i BCD al numerelor zecimale 99, 15, 37 ?

5.2. Care este eroarea de quantizare pentru un convertor D/A de 8 bii, dar pentru unul de 16 bii?

5.3. Care este durata ciclului de conversie al convertorului A/D cu urmrire (de 8 bii) dac tensiunea de intrare corespunde unei jumti din captul de scal i respectiv captului de scal ?

5.4.Care este durata ciclului de conversie pentru un CAD cu aproximaii succesive n condiiile de la punctul 3 ?

5.5.Presupunnd un convertor ideal tensiune-frecven cu factorul de conversie de 10 kHz/V i domeniul de msur 0-10V, s se precizeze care este rezoluia convertorului i frecvena de ieire pentru tensiuni de 1, 2 i 5V ?

182

_919988837.unknown

_922211884.unknown

_1011376111.unknown

_1013419592.doc

_922212801.unknown

_922213624.unknown

_922212214.unknown

_922206811.unknown

_922210719.unknown

_922210928.unknown

_922210333.unknown

_919989187.unknown

_919988790.unknown

_919988806.unknown

_919988771.unknown