5.1. Мета роботи
Вивчення методів цифро-аналогового перетворення. Розробка програм для формування різних аналогових сигналів.
5.2. Теоретичні відомості
Цифро-аналогові перетворювачі (ЦАП) виробляють напругу або струм, що функціонально залежить від керуючого двійкового коду. Застосовуються ЦАП для формування вихідних аналогових сигналів цифрових вимірювальних і обчислювальних пристроїв. Для перетворення двійкового коду на аналоговий сигнал звичайно формуються струми, пропорційні вазі розрядів коду, і потім сумуються ті зі струмів, що відповідають ненульовим розрядам вхідного коду.
Застосовуються в основному два методи ЦАП: підсумовування одиничних еталонних величин і підсумовування еталонних величин, ваги яких розрізняються. У першому при формуванні вихідної аналогової величини використовується тільки одна еталонна величина вагою в один квант (наприклад, квант напругою 0,01В). В другому методі застосовуються еталонні величини вагою, що залежить від номера розряду, і в підсумовуванні беруть участь тільки ті еталонні величини, для яких у відповідному розряді вхідного коду встановлена одиниця.
У випадку використання на вході двійкового позиційного коду значення всіх розрядів надходить одночасно, і робота таких ЦАП описується виразом
,
де Х – аналогова величина;
aі – коефіцієнт у відповідних двійкових розрядах, що приймають дискретні значення одиниці або нуля;
Р – опорний сигнал (напруга);
b – число розрядів.
У перетворювачах з опорною напругою формуються еталонні величини, що відповідають значенням розрядів вхідного коду; вони сумуються й утворюють дискретні значення вихідної аналогової величини.
Класифікація ЦАП може бути проведена по таких ознаках:
по способові формування вихідної напруги (підсумовування напруг, розподіл напруг, підсумовування струмів);
по роду вихідного сигналу (з токовим виходом, з виходом по напрузі);
по полярності вихідної напруги (постійна, змінна) іт.д.
Основні структури, що використовуються в ЦАП інтегрального виконання - це:
структури з підсумовуванням струмів;
ЦАП зі зваженими резисторами в ланцюгах емітерів;
ЦАП зі зваженими резисторами в ланцюгах навантаження;
ЦАП зі сходинковою матрицею R=2R у ланцюгах емітерів транзисторів джерел струмів;
ЦАП з вихідною сходинковою матрицею R=2R
Параметри ЦАП: число розрядів керуючого коду, номінальний вихідний струм, час становлення вихідного сигналу після зміни вхідного керуючого коду, похибка повної шкали, похибка лінійності, диференціальна нелінійність.
Похибки ЦАП можуть бути виражені у відсотках або інших відносних одиницях, а також у частках кванта.
Спрощена схема ЦАП для розуміння роботи перетворення вхідного двійкового коду в напругу (струм) визначеної величини зображена на рис.5.1.
Рис.5.1. Перетворення вхідного двійкового коду в напругу.
Якщо співвідношення резисторів ЦАП рівні 8R, 4R, 2R, 1R, то при включенні всіх комутаторів, відповідно до закону Ома напруга в точці Vout буде дорівнювати напрузі Vcc. Якщо включити комутатор резистора R8, напруга в точці Vout буде дорівнювати Vcc/2. Аналогічно можна взнати значення напруги, при різних комбінаціях вхідного коду.
У складі стенда є мікросхема ЦАП AD7801. Вона являє собою восьмирозрядний ЦАП з розмахом вихідної напруги рівним напрузі живлення та з паралельним інтерфейсом. Для спостереження вихідного сигналу з мікросхеми ЦАП необхідно підключити осцилограф до BNC роз’єму (роз’єм J2) і замкнути перемичку J4. Доступ до ЦАП здійснюється як до комірки зовнішнього ОЗУ за адресою F000h.
Рис.5.2. Електрична схема під’єднання ЦАП та компаратора.
Приклад програми для лабораторної роботи №5.
Формувати почергово на ЦАП напругу величинами 1,5В та 4В. Значення вхідного коду ЦАП відображати на HG1.
ORG 0
Begin: mov A,#011b ;
mov DPTR,#0A004h ;
movx @DPTR,A ;погасити старші розряди HG1
continue:
cjne A,#076,lowV ;якщо А не= 76, перейти на мітку lowV
mov A,#0204 ;
out: mov DPTR,#0F000h ;встановити в DPTR адресу ЦАП
movx @DPTR,A ;встановити на ЦАП код із А
mov DPTR,#0A001h ;встановити в DPTR адресу
;молодших розрядів HG1
movx @DPTR,A ;вивести на HG1 код із А
call ZAD ;
jmp continue ;перейти на мітку continue
lowV: mov A,#076 ;
jmp out ;перейти на мітку out
ZAD: ;підпрограма затримки
mov R3,#0Fh
C3: mov R2,#0FFh
C2: mov R1,#0FFh
C1: djnz R1,C1
djnz R2,C2
djnz R3,C3
ret ;вихід з підпрограми
END