План-конспект занятий «Аналогово-цифровые преобразователи»

План-конспект занятий

по теме: «Аналогово-цифровые преобразователи».

Глущенко Мария Игоревна,

педагог дополнительного

образования

МБУ ДО ЦНТТ

г. Армавир

2019г.

На этом этапе у учащихся происходит формирование определенных понятий об видах преобразования, общих сведениях об АЦП, и их применении. Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) — это устройства, предназначенные для преобразования аналоговых сигналов в цифровые. Для такого преобразования необходимо осуществить квантование аналогового сигнала, т. е. мгновенные значения аналогового сигнала ограничить определенными уровнями, называемыми уровнями квантования.

Рис.1

Характеристика идеального квантования имеет вид, приведенный на рис.1. Квантование представляет собой округление аналоговой величины до ближайшего уровня квантования, т. е. максимальная погрешность квантования равна ±0,5h (h — шаг квантования). К основным характеристикам АЦП относят число разрядов, время преобразования, нелинейность и др. Число разрядов — количество разрядов кода, связанного с аналоговой величиной, которое может вырабатывать АЦП. Часто говорят о разрешающей способности АЦП, которую определяют величиной, обратной максимальному числу кодовых комбинаций на выходе АЦП. Так, 10-разрядный АЦП имеет разрешающую способность (2¹⁰ = 1024)⁻¹, т. е. при шкале АЦП, соответствующей 10В, абсолютное значение шага квантования не превышает 10мВ. Время преобразования t_пp — интервал времени от момента заданного изменения сигнала на входе АЦП до появления на его выходе соответствующего устойчивого кода.

Рассмотрим АЦП с параллельным преобразованием входного аналогового сигнала. По параллельному методу входное напряжение одновременно сравниваются с n опорными напряжениями и определяют, между какими двумя опорными напряжениями оно лежит. При этом результат получают быстро, но схема оказывается достаточно сложной. 

Рис.2

При U_вх = 0, поскольку для всех ОУ разность напряжений (U₊ − U₋) < 0 (U₊, U₋ — напряжения относительно общей точки соответственно неинвертирующего и инвертирующего входа), напряжения на выходе всех ОУ равны −Е_пит а на выходах кодирующего преобразователя (КП) Z₀, Z₁, Z₂ устанавливаются нули. Если U_вх > 0,5U, но меньше 3/2U, лишь для нижнего ОУ (U₊ − U₋) > 0 и лишь на его выходе появляется напряжение +Е_пит, что приводит к появлению на выходах КП следующих сигналов: Z₀ = 1, Z₂ = Z_l = 0. Если U_вх > 3/2U, но меньше 5/2U, то на выходе двух нижних ОУ появляется напряжение +Е_пит, что приводит к появлению на выходах КП кода 010 и т.д.

Рассмотрим с последовательным преобразованием входного сигнала. Это АЦП последовательного счета, который называют АЦП со следящей связью рис.3

Рис

Рис.3

В АЦП рассматриваемого типа используется ЦАП и реверсивный счетчик, сигнал с которого обеспечивает изменение напряжения на выходе ЦАП. Настройка схемы такова, что обеспечивается примерное равенство напряжений на входе U_вх и на выходе ЦАП −U. Если входное напряжение U_вх больше напряжения U на выходе ЦАП, то счетчик переводится в режим прямого счета и код на его выходе увеличивается, обеспечивая увеличение напряжения на выходе ЦАП. В момент равенства U_вх и U счет прекращается и с выхода реверсивного счетчика снимается код, соответствующий входному напряжению.

Принцип действия рассматриваемого АЦП рис.4

Рис.4

Отмеченный во временной диаграмме момент времени t₁ соответствует началу измерения входного напряжения, а момент времени t₂ соответствует равенству входного напряжения и напряжения ГЛИН. Погрешность измерения определяется шагом квантования времени. Ключ Кл подключает к счетчику генератор импульсов от момента начала измерения до момента равенства U_вх и U_глин. Через U_Сч обозначено напряжение на входе счетчика.

В этом разделе учащиеся изучают принцип работы микросхемы 1583НВ025, микроконтроллеров. Микросхема представляет собой 12-разрядный аналого-цифровой преобразователь последовательного приближения. В состав АЦП входит: 12-разрядный ЦАП на R-2R матрице, компаратор, регистр последовательного приближения.

Рис.5

Рис.6

Использование полученных теоретических знаний и умений на практике является закреплением знаний учащихся. Так как группы обучающихся разновозрастные, уровень базовых знаний учащихся младшего и более старшего возрастов различаются, приходиться формы и методы организации занятий индивидуализировать, особенно на практической части занятий. Это выражается в том, что теоретический материал и практические задания подбираются для каждого возраста по разной степени сложности. Объем теоретического материала в теме дается в том минимуме, который объективно необходим для осмысленного выполнения практической работы. Практические занятия являются основой занятий, где учащиеся демонстрируют свой высокий уровень обученности и подготовленности к практической деятельности.

Основное условие – учащиеся должны овладеть предлагаемым материалом, и уметь его применять на практике.

Количественный состав участников занятия 10 человек.

Практическая часть занятия, обеспечивают доступность восприятия теоретического материала, облегчают понимание и усвоение материала.

Продолжительность занятия 1 часа по 30 минут.

Результатом занятий может стать уметь самостоятельно изготавливать технических устройств РЭА на основе АЦП, и их настраивать, самостоятельно произвести ремонт устройств РЭА любой сложности.

Задачи:

Предметные:

- формирование понятия о видах преобразования сигнала;

- формирования понятия об общих сведениях АЦП, и их применении;

- формирования понятия о простейших АЦП на интегральных схемах;

- формирования понятия о принципе работы микросхемы 1583НВ025, микроконтроллеров;

-закрепить и конкретизировать теоретические знания.

Личностные:

-формировать потребность в саморазвитии, самореализации;

формировать элементарное понимание причин успеха (неуспеха) учебной деятельности, способность конструктивно действовать даже в ситуации неуспеха;

- формировать навыки активного слушания, ведения диалога, желание принимать возможность существования различных точек зрения;

- развивать этические чувства: доброжелательность, эмоционально – нравственную отзывчивость, понимание, сопереживание чувствам других людей.

Метапредметные:

- развивать элементы планирования и оценки учебных действий в соответствии с поставленной задачей и условиями ее реализации;

- стараться выбрать наиболее эффективные способы достижения результата;

- излагать свое мнение и элементарно аргументировать свою точку зрения и оценку событий;

Ожидаемый результат: учащиеся самостоятельно изготавливают и настраивают устройства РЭА на основе АЦП любой сложности.

План проведения занятия

Методическое обеспечение:

учебно-методическая литература;

планы-конспекты занятий;

подшивки журналов «Радио»;

подборка статей из журналов по радиоэлектронике;

подборка конкурсных заданий по радиоэлектронике;

вопросы для проведения викторин.

Список литературы:

1. Осадченко В.Х., Волкова Я.Ю., Кандрина Ю.А., “Электротехника: фильтры высоких и низких частот”-М. Учебное пособие, 2019 г.

2. Осадченко В.Х., Волкова Я.Ю., Германенко А.В., Зеленский П.С., “Базовые элементы цифровой техники”-Екатеринбург. Учебно-методическое пособие, 2018 г.

3. Каганов В.И. “Радиотехника от источников до наших дней”-М. Учебное пособие 2018 г

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/380732-plan-konspekt-zanjatij-analogovo-cifrovye-pre