Методические указания по выполнению лабораторных работ Лысьва 2012

Лабораторная работа № 8

Исследование работы цифро-аналогового преобразователя

Цель работы – приобрести практические навыки в исследовании работы цифро-аналогового преобразователя. Исследовать зависимость выходного напряжения ЦАП от логических значений входных битов. Ознакомиться с работой D-триггера и счетчика, а также проверить линейность шкалы ЦАП.

Описание лабораторной установки

Работа выполняется на лабораторном комплексе «Цифровая и цифро-аналоговая схемотехника» - ЛКЭЛ-4М. Комплекс предназначен для выполнения работ по электронике и смежным дисциплинам в вузах.

В каркасе комплекса установлен блок питания и крейт с функциональными модулями. Электронные компоненты и схемы смонтированы внутри модулей, их условные обозначения (мнемосхемы) и выводы вынесены на контактное поле на лицевой панели размерами 150х180 мм. Все модули имеют питание. Питание к каждому модулю отдельно подается через разъемы СГ-7 на задней панели крейта.
В работе используются контактное поле панели ИЛ (импульсная логика), измерительный прибор типа мультиметр и источник питания, входящие в состав лабораторного комплекса.

Краткие теоретические сведения

Принцип цифро-аналогового преобразования прост: каждый бит вносит в качестве своей доли соответствующую аналоговую величину в сигнал, возникающий на выходе аналогового сумматора. На рис. 8.1 показана практическая схема 8-разрядного цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), удобная для непосредственного подключения к порту микро-ЭВМ. Он рассчитан на питание от источников напряжением ±5В, которые имеются во вспомогательном разъеме питания микро-ЭВМ. Две интегральные микросхемы КМОП-типа (комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник) 74НС4016 представляют собой восемь аналоговых ключей, с помощью которых входные резисторы подключаются к мнимой земле в зависимости от логических значений входных битов. Калибровка осуществляется опорным напряжением U_вх, которое подбирается потенциометром RV1, сопротивлением 1 кОм. Сопротивление каждого из резисторов имеет величину, обратную «весу» бита, который управляет соответствующим ключом. Таким образом, сопротивление резистора в младшем разряде (1,28 МОм) в 128 раз больше сопротивления резистора в старшем разряде (10 кОм). Резистор обратной связи здесь выбран так, чтобы выражение для аналогового выходного напряжения U₀ было простым:

где D_IN – десятичный эквивалент числа на цифровом входе (от 0 до 255).

Если эта схема подключена к порту вывода, на котором осуществляется двоичный счет в прямом или обратном направлении, то на аналоговом выходе возникнет линейно-изменяющееся напряжение. Полезно отметить, что напряжение на аналоговом выходе U₀ пропорционально произведению двоичного числа на опорное напряжение. Поэтому большинство ЦАП по природе своей может служить умножителем аналогового напряжения на число на цифровом входе. Некоторые преобразователи специально рассчитаны на выполнение этой функции; их называют перемножающими ЦАП и используют во множестве применений для цифрового управления аналоговым усилением.