Експериментальне дослідження характеристик багаторозрядного ЦАП порту вводу-виводу комп’ютерної системи діагностики

1.

Кафедра проектування та експлуатації електронних апаратів
КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА
на тему:
“Експериментальне дослідження характеристик
багаторозрядного ЦАП порту вводу-виводу
комп’ютерної системи діагностики”
Здобувач групи ВСАм-22-1
ЧЕРНЯК Іван Олександрович
Керівник роботи
Професор кафедри ПЕЕА
ХОРОШАЙЛО Юрій Євгенійович
1

2.

Актуальність та мета роботи
Актуальність роботи полягає в необхідності перетворювання цифрової
інформації в аналогову із заданою точністю і достовірністю.
Мета роботи
–
дослідження
багаторозрядного
ЦАП,
шляхом
експериментального визначення його характеристик, які найбільш повно та
достовірно оцінюють точність перетворення даного ЦАП і відповідність їх заданим
технічним вимогам.
2

3.

Задачі роботи
1) вибрати характеристики, які найбільш повно і вірогідно оцінюють точність перетворення
даного ЦАП;
2) вибрати методи та засоби вимірювання параметрів і характеристик ЦАП;
3) розробити і створити експериментальну установку для експериментального визначення
параметрів і характеристик досліджуваного ЦАП;
4) розробити методику проведення експерименту;
5) провести необхідні експерименти;
6) на основі отриманих експериментальних даних побудувати характеристику перетворення ЦАП;
7) визначити реальні характеристики досліджуваного ЦАП і відповідність їх заданим вимогам;
8) розробити програмне забезпечення для розрахунків реальних точністних характеристик ЦАП.
3

4.

Структурна схема
14-розрядногог ЦАП,
призначеного для
використання в складі
порта вводу-виводу
комп’ютерної системи
діагностики
4

5.

Характеристики і параметри досліджуваного ЦАП
Розрядність, n
Числове значення або
фізична величина
14
Вхідний код
Двійковий, потенціальний
Назва характеристики
Максимальний двійковий код, що подається на вході, Nmax(2) 10111011100000(2)
Максимальне число, що подається на вхід, Nmax(10)
12000(10)
Рівень напруги логічного «0»
0 ÷ 0,4 B
Рівень напруги логічної «1»
2,8 ÷ 4,5 B
Вид аналогового вихідного сигналу
Напруга постійного струму
Діапазон вихідного сигналу
0 ÷ 12 B
Час перетворення
≤1 мс
Розділна здатність
≤1 мB
Похибка перетворення
≤±1 Омp
Напруга живлення
+5 B; +15 В
5

6.

Основна загальна характеристика
перетворювачів всіх типів (ідеальна)
Характеристика
(функція)
перетворення,
y=f(x)
–
це
залежність вихідної величини від
вхідної.
Чутливість, S=dy/dx – це
відношення
зміни
вихідної
величини
перетворювача
до
викликавшої її зміни вхідної
величини.
6

7.

Ідеальна
характеристика
перетворення
ЦАП
7

8.

Реальні характеристики
перетворювачів різних типів
з урахуванням адитивної похибки
(обумовлена неномінальним значенням вихідної
величини y0, при нульовому значенні вхідної
величини Δy = y0 – yном, має постійне значення)
з урахуванням мультиплікаційної помилки
(Обумовлена неномінальним значенням
чутливості S, залежить від вхідної величини)
8

9.

Реальні характеристики
перетворювачів різних типів
з відхиленнями
в початковій і кінцевій точках
з явищами нелінійності і немонотонності
9

10.

Характеристики та параметри ЦАП,
обрані для дослідження
-
початкова та кінцева точки ХП;
діапазон зміни вихідної величини, Uшк;
адитивна похибка, δа;
роздільна здатність, Δк;
характеристика перетворення (ХП);
нелінійність ХП, δ;
диференціальна нелінійність ХП, δдиф.
10

11.

Структурна схема експериментальної установки
для визначення характеристик і параметрів ЦАП
11

12.

Методика проведення досліджень
1) визначення основних точок ХП
а) при Nвхmin10=0 (Nвхmin2=00000000000000) визначити початкову точку
шкали Uшк.п.
б) при Nвхmax10=0 (Nвхmax2=10111011100000) визначити кінцеву точку шкали
Uшк.к.
2) визначення адитивної похибки δа = Uшк.п.
3) визначення діапазону зміни вихідної величини D = Uшк.к.-Uшк.п.
4) визначення реальної роздільної здатності
Δк =
D
Nвх макс ×10
12

13.

Методика проведення досліджень
13
5) розділення ХП на наступні ділянки:
а) початкова Nвх10=0÷256;
б) середня Nвх10=4098÷4222;
в) кінцева Nвх10=11776÷12000.
6) побудова розрахункових ХП на обраних ділянках на основі виразу
Uвихi=Nвхі·Δк
7) побудова реальних ХП на обраних ділянках на основі експериментальних
вимірювань;
Uвих і розр -Uвих і вим
8) визначення нелінійності δ=
Δk
9) визначення диференційної нелінійності
δi -δi+1
h
δLD = h- × OMP =
× OMP
Δk
h

14.

Методика проведення досліджень
14
5) розділення ХП на наступні ділянки:
а) початкова Nвх10=0÷256;
б) середня Nвх10=4098÷4222;
в) кінцева Nвх10=11776÷12000.
6) побудова розрахункових ХП на обраних ділянках на основі виразу
Uвихi=Nвхі·Δк
7) побудова реальних ХП на обраних ділянках на основі експериментальних
вимірювань;
Uвих і розр -Uвих і вим
8) визначення нелінійності δ=
Δk
9) визначення диференційної нелінійності
δi -δi+1
h
δLD = h- × OMP =
× OMP
Δk
h

15.

N10
Uвих, мВ
0
2
1
2,65
2
3,75
3
4,3
4
5,65
5
6,8
6
7,7
7
8,5
8
9,8
Результати
експериментального
визначення ХП
на початковій ділянці
15

16.

Результати
експериментального
визначення ХП
на середній ділянці
16

17.

Результати
експериментального
визначення ХП
на кінцевій ділянці
17

18.

Нелінійність ХП на різних ділянках
На початковій ділянці
На середній ділянці
18

19.

Нелінійність ХП на різних ділянках
На кінцевій ділянці
19

20.

Диференційна нелінійність ХП на різних ділянках
На початковій ділянці
На середній ділянці
20

21.

Диференційна нелінійність ХП на різних ділянках
На кінцевій ділянці
21

22.

Результати експериментальних досліджень
-
початкова точка ХП, Uшк.п = 0,002 В;
кінцева точка ХП, Uшк.к = 11,9985 В;
діапазон зміни вихідної величини, D = 0,002 ÷ 11,9985 В;
адитивна похибка, δа = 2 мВ;
роздільна здатність, Δк = 0,9997·10-3 В;
нелінійність не перевищує 0,7 ОМР;
диференціальна нелінійність не перевищує 0,45 ОМР.
22

23.

Алгоритм
програми
розрахунків
параметрів
ЦАП
23

24.

Вікна програми розрахунків
параметрів ЦАП в
середовищі MathLAB
24

25.

Висновки
1) визначені характеристики та параметри ЦАП, від яких залежить точність
перетворення і які слід експериментально визначати;
2) обрані метод вимірювання ХП та обладнання для проведення ксперименту:
3) розроблена методика проведення експерименту;
4) розроблена і створена схема експериментальної установки для отримання
реальних характеристик і параметрів ЦАП;
5) проведені експериментальні дослідження і отримані дані на основі яких:
- побудована реальна характеристика перетворення ЦАП;
- визначена адитивна складова похибки, тобто систематична похибка ЦАП;
- визначена реальна роздільна здатність ЦАП;
- визначена максимальна нелінійність ХП ЦАП;
- визначена максимальна диференціальна нелінійність ХП ЦАП;
- експериментально доведено, що всі характеристики та параметри ЦАП
задовольняють заявленим технічним вимогам.
6) розроблена програма розрахунків параметрів та характеристик ЦАП.
25

26.

Презентацію завершено.
Дякую за увагу.
26