Μετατροπέας A/D 8-bit (ADC0801): υπολογισμός ανάλυσης μέτρησης (V_max/256), ρόλος V_REF/2, βελτίωση ανάλυσης για μικρά σήματα και αντιστοίχιση τάσης↔ψηφιακής λέξης.
Ζητούμενο: 4. Να μετρήσετε την τάση στο Pin 9 (\(V_{REF}/2\)). Με βάση αυτή τη μέτρηση να προσδιορίσετε τη μεγίστη αναλογική τάση (με ακρίβεια εκατοστού) που μπορεί να μετατρέψει ο ADC. 5. Να υπολογίσετε την ανάλυση μέτρησης του κυκλώματος και τα πηλίκα \(\dfrac{V_{IN}}{\text{Ανάλυση μέτρησης}}\) να τα μεταφέρετε στον παρακάτω πίνακα. 6. Για την ανάλυση μέτρησης που υπολογίσατε στο βήμα 5, για κάθε μία από τις αναλογικές τάσεις \(V_{IN}\) του πίνακα, να βρείτε τη ψηφιακή λέξη που αντιστοιχεί σε αυτές και να την καταχωρήσετε στην αντίστοιχη θέση του παρακάτω Πίνακα (Θεωρητικές τιμές). 7. Για κάθε μία από τις αναλογικές τάσεις \(V_{IN}\) του πίνακα, να πραγματοποιήσετε τα παρακάτω βήματα: – Να θέσετε τους διακόπτες S1=H, S2=H και S3=H. – Να ρυθμίσετε με το ποτενσιόμετρο RΠ την τάση \(V_{IN}\). – Να θέσετε διαδοχικά τους διακόπτες: S1=L, S3=L και στη συνέχεια S3=H και S2=L. – Παρατηρώντας τις καταστάσεις των LEDs, να καταχωρήσετε την ψηφιακή λέξη εξόδου στην αντίστοιχη θέση του πίνακα (Πραγματικές τιμές). (Τάσεις \(V_{IN}\) του πίνακα: 1, 1.5, 2, 3.5, 4 V.)
Πώς σκεφτόμαστε: Με το Pin 9 ασύνδετο («στον αέρα») ισχύει \(V_{REF}/2\approx2{,}5\ V\) (η μισή τάση τροφοδοσίας). Η μέγιστη τάση που μετατρέπεται είναι \(V_{max}=2\cdot(V_{REF}/2)\) και η ανάλυση μέτρησης του μετατροπέα 8 bit είναι \(V_{max}/2^8\). Η ψηφιακή λέξη προκύπτει από το πηλίκο \(V_{IN}/\text{ανάλυση}\), στρογγυλοποιημένο στον πλησιέστερο ακέραιο και γραμμένο ως δυαδικός αριθμός 8 bit.
Λύση:
Απάντηση: \(V_{max}\) = 5,00 V, ανάλυση = 5/256 ≈ 19,5 mV. Θεωρητικές ψηφιακές λέξεις: 1 V → 00110011, 1.5 V → 01001101, 2 V → 01100110, 3.5 V → 10110011, 4 V → 11001101· οι πραγματικές είναι ίσες ή διαφέρουν κατά ±1 LSB.
Πρόσεξε:
Ζητούμενο: 10. Να αποσυνδέσετε την τάση 1.5 V από το Pin 9. 11. Να ρυθμίσετε την \(V_{IN}\) στη μεγίστη τιμή που προσδιορίσατε στο βήμα 4. 12. Θέτοντας τους διακόπτες: S1=L, S3=L και στη συνέχεια S3=H, S2=L και παρατηρώντας τα LEDs, να σημειώσετε την ψηφιακή λέξη στην έξοδο. 13. Να ρυθμίσετε την \(V_{IN}\)=0 V. Να θέσετε τους διακόπτες S1=H και S2=H. Ποια είναι η ψηφιακή λέξη που εμφανίζεται στην έξοδο; Είναι αυτή η ψηφιακή λέξη η αντίστοιχη της αναλογικής τάσης εισόδου; Γιατί συμβαίνει αυτό; 14. Ποιες είναι οι λειτουργίες του ADC0801, όταν θέτουμε τους διακόπτες S1=L, S3=L και στη συνέχεια S3=H, S2=L;
Πώς σκεφτόμαστε: Στο Σχήμα Ε.21.1 οι διακόπτες S1, S2, S3 οδηγούν τους ακροδέκτες \(\overline{CS}\) (Pin 1), \(\overline{RD}\) (Pin 2) και \(\overline{WR}\) (Pin 3) του ADC0801, που είναι ενεργοί στο «0» (L). Νέα μετατροπή γίνεται μόνο όταν το Ο.Κ. είναι επιλεγμένο και δοθεί παλμός στο \(\overline{WR}\)· το αποτέλεσμα εμφανίζεται στις εξόδους μόνο όταν \(\overline{RD}=0\).
Λύση:
Απάντηση: Για \(V_{IN}\)=5,00 V: 11111111. Για \(V_{IN}\)=0 V με S1=S2=H η ένδειξη δεν αντιστοιχεί στην τάση εισόδου, γιατί δεν έγινε νέα μετατροπή και οι έξοδοι είναι απενεργοποιημένες. S1=L: επιλογή του Ο.Κ. (\(\overline{CS}\))· S3=L→H: έναρξη μετατροπής (\(\overline{WR}\))· S2=L: ενεργοποίηση των εξόδων (\(\overline{RD}\)).
Πρόσεξε:
Ζητούμενο: 8. Να συνδέσετε στο Pin 9 μια τάση DC 1.5 V. 9. Να επαναλάβετε τις εργασίες των βημάτων 5-7, για κάθε μία από τις αναλογικές τάσεις \(V_{IN}\) του παρακάτω πίνακα και να τον συμπληρώσετε. (Τάσεις \(V_{IN}\) του πίνακα: 1, 1.5, 2 V.)
Πώς σκεφτόμαστε: Με \(V_{REF}/2=1{,}5\ V\) η μέγιστη τάση γίνεται \(V_{max}=3\ V\): οι 256 στάθμες μοιράζονται σε μικρότερο εύρος, άρα η ανάλυση μικραίνει (βελτιώνεται).
Λύση:
Απάντηση: Με \(V_{REF}/2\) = 1,5 V: \(V_{max}\) = 3 V, ανάλυση ≈ 11,7 mV. Θεωρητικές λέξεις: 1 V → 01010101, 1.5 V → 10000000, 2 V → 10101011. Καλύτερη ανάλυση για μικρά σήματα.
Πρόσεξε:
Ζητούμενο: 15. Να προσδιορίσετε την τάση εισόδου \(V_{IN}\) για να εμφανιστεί στην έξοδο η ψηφιακή λέξη 00010110 όταν: α) το Pin 9 είναι στον «αέρα» β) συνδέεται στο Pin 9 τάση DC 1.5 V.
Πώς σκεφτόμαστε: V_IN = ψηφιακή λέξη × ανάλυση. Η λέξη 00010110 = 22.
Λύση:
Απάντηση: Λέξη 00010110=22. α) V_IN≈0,43V (ανάλυση 19,5mV). β) V_IN≈0,26V (ανάλυση 11,7mV).
Πρόσεξε: