Схема испытания аналого-цифрового преобразователя развертывающего преобразования на наборном поле блока испытания цифровых устройств А1

Измеряемое напряжение в диапазоне от 0 до +5 В задается переменным резистором, подключенным к шинам питания (миниблок 5, рис. 1, набор 600.11.1).

Измеряемое напряжение сравнивается компаратором (3, рис. 1, набор 600.11.1) с напряжением ЦАП (1, рис. 1, набор 600.11.1). Состояние выхода компаратора отображается индикатором логических уровней. Сигнал с выхода компаратора через инвертирующий триггер Шмидта (миниблок из набора 600.11) поступает на вход элемента 2И-НЕ (миниблок из набора 600.11).

В качестве опорного напряжения ЦАП используется напряжение питания .

Напряжение ЦАП нарастает вместе с увеличением содержимого двоичного счетчика (4, рис. 1, набор 600.11.1) от 0 В (счетчик ) до максимальной величины В (счетчик ). Шаг увеличения напряжения ЦАП равен В. Эти величины определяют, соответственно, диапазон измерения и разрешающую способность испытываемого АЦП. При ином опорном напряжении ЦАП, соответственно изменяться шаг изменения и максимальное напряжение ЦАП, т. е. изменяется разрешающая способность и диапазон измерения АЦП.

Состояние счетчика отображают светодиоды миниблока индикаторов (набор 600.11). Индикатор 0 – младший разряд двоичного числа, 3 – старший.

Тактовые импульсы могут задаваться вручную от кнопки источника логических сигналов (пунктирная стрелка вверх от входа элемента И-НЕ) или от генератора (стрелка вниз к гнезду 1 Гц).

Сброс счетчика импульсов производиться кратковременным переводом тумблера «0» в положение 1.

Не используемые входы элементов подключены к шинам питания «0 В» или через резистор к «+5 В» (вспомогательный миниблок для подключения входов микросхем к шинам питания из набора 600.11).

Работа схемы.

1. На инвертирующем входе компаратора переменным резистором установлено некоторое измеряемое напряжение, отличное от 0 и меньшее максимального напряжения ЦАП. Рекомендуемый диапазон измеряемого напряжения 0,5…4,5 В.

2. По сигналу сброса (тумблер «0» кратковременно переводится в положение 1) счетчик устанавливается в состояние . Светодиоды миниблока индикаторов не светятся, выходное напряжение ЦАП равно 0.

3. Выход ЦАП задает на неинвертирующем входе компаратора напряжение равное 0. Напряжение неинвертирующего выхода компаратора ниже измеряемого напряжения на инвертирующем входе. На выходе компаратора – напряжение низкого уровня (логический 0). Это значение отображает индикатор логических уровней.

4. Выходной сигнал компаратора инвертируется триггером Шмидта и логическая 1 поступает на вход элемента И-НЕ. Тактовые импульсы со второго входа элемента И-НЕ после инвертирования появляются на его выходе.

5. Каждый нарастающий фронт тактового импульса на выходе элемента И-НЕ увеличивает содержимое счетчика на 1. Текущее состояние счетчика отображается миниблоком индикаторов и задает напряжение на выходе ЦАП.

6. Когда напряжение ЦАП превысит измеряемое напряжение, компаратор переключится, и на его выходе установится 1. Изменение состояния компаратора отобразит индикатор логических уровней.

7. Сигнал компаратора после инвертирования триггером Шмидта установит 0 на входе элемента И-НЕ. Выход элемента И-НЕ переключится в состояние 1. До тех пор, пока выход компаратора остается в состоянии 1 элемент И-НЕ не пропускает тактовые импульсы на вход счетчика. Схема остается блокированной до сброса счетчика тумблером «0». После сброса работа схемы повторится, начиная с пункта 2.

Перечень аппаратуры

Указания по проведению эксперимента

• Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.
• Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электропитания.
• Соберите исследуемую цепь на наборном поле блока испытания цифровых устройств А1.
• Включите устройство защитного отключения и автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.
• Включите выключатель «СЕТЬ» блока испытания цифровых устройств А1.
• Протестируйте работу схемы. При необходимости изменения исследуемой схемы отключите выключатель «СЕТЬ» блока испытания цифровых устройств А1, измените схему, включите выключатель «СЕТЬ».

Тестирование АЦП.

• Подключите вход тактовых импульсов элемента И-НЕ к гнезду кнопки источника логических сигналов (пунктирный провод вверх на схеме испытания АЦП).
• Измерьте мультиметром напряжение питания цепи (напряжение между гнездами «0 В» и «+5 В» на миниблоке переменного резистора).
• Вычислите шаг изменения напряжения на выходе четырехразрядного ЦАП и максимальное напряжение на выходе ЦАП .
• Установите переменным резистором некоторое измеряемое напряжение , не превышающее . Для контроля подключите мультиметр к гнезду «0 В» и к гнезду инвертирующего входа компаратора (отмечен кружочком).
• Вычислите ожидаемое двоичное число на выходе АЦП после измерения . Результат в десятичной системе счисления . Округлите полученное значение до ближайшего большего целого числа, т. к. преобразование останавливается, когда напряжение ЦАП превысит измеряемое. Переведите полученное целое число из десятичной системы счисления в двоичную.
• Подключите мультиметр к гнездам «0 В» и «U» миниблока ЦАП.
• Сбросьте счетчик АЦП кратковременным переключением тумблера «0» в
  положение 1.
• Нажатием на кнопку источника логических сигналов задайте тактовый импульс. Убедитесь в увеличении содержимого счетчика и нарастании напряжения на выходе ЦАП. Продолжайте подавать тактовые импульсы до момента переключения выходного сигнала компаратора.
• Убедитесь, что последующие тактовые импульсы не меняют состояние счетчика и сравните результат измерения с ожидаемым значением.
• Переключите вход тактовых импульсов от гнезда кнопки к одному из гнезд генератора импульсов («1 Гц», «10 Гц» или «100 Гц»). Убедитесь, что измерения повторяются после каждого сброса счетчика.
• Переменным резистором установите несколько произвольных значений напряжения, измерьте их величину испытываемым АЦП и мультиметром. Сравните результаты.
• По завершении работы отключите выключатель «СЕТЬ» блока испытания цифровых устройств А1 и автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.

3.3. Испытание аналого-цифрового преобразователя
следящего преобразования

- Принцип действия и схема исследуемой цепи

- Схемы электрические соединений

- Перечень аппаратуры

- Указания по проведению эксперимента