Relazione ADC PDF

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Relazione ADC con esempi pratici di laboratorio (calcoli ecc)...

Description

Bilkic, De Stasio, Di Casola, Sarnataro

4ai 1 Q

Relazione sul convertitore A/D (ADC) Che cosa sono i convertitori? I convertitori sono dispositivi di interfacciamento per comunicare tra il mondo digitale e quello analogico. Ne esistono di 2 tipi: Il convertitore ADC (analog to digital converter) accettano in entrata una tensione analogica di un certo numero di volt e in uscita genera un segnale digitale proporzionale alla tensione di ingresso. Il convertitore DAC (digital to analog converter), un dispositivo che prende in ingresso un segnale digitale (espresso sotto forma di codice dove ogni numero è associato a un valore di tensione o corrente) e fornisce in uscita una tensione o una corrente proporzionale al segnale d’ingresso. A cosa servono i convertitori e dove si usano: I convertitori risultano essenziali nei sistemi di controllo, in particolare quelli analogico-digitale e digitale-analogico perché sono presenti nelle ca-tene di acquisizione e di elaborazione dati. A/D o ADC (A Analog Digital Il convertitore analogico-digitale, indicato come convertitore A/D Converter), risulta essenziale per collegare un segnale analogico ad un centro di elaborazione digitale. Prendiamo ad esempio il caso di un sistema a microprocessore per il controllo di grandezze fisiche (temperatura, pressione, umidità ecc.): il segnale in uscita dal trasduttore è generalmente di tipo analogico e di conseguenza deve essere convertito in un segnale digitale per poter essere elaborato dal microprocessore. Il convertitore digitale-analogico, indicato come convertitore D/A D/A o DAC (D Digital Analog Converter), esegue l’operazione inversa rispetto all’ADC. In effetti il DAC permette di trasformare il segnale digitale, fornito dal sistema di elaborazione, in un segnale analogico in grado di operare sui dispositivi di uscita come ad esempio gli attuatori (motori, altoparlanti, ecc.). Convertitori analogico/digitali Un convertitore analogico digitale ha la funzione inversa a quella di un convertitore DAC, poiché il suo scopo è quello di permetter ad un sistema a microprocessore di acquisire informazioni su grandezze analogiche, trasformandole in stringhe di bit corrispondenti. Quindi un ADC accetta in ingresso una grandezza analogica, per esempio una tensione, e restituisce in uscita un numero espresso in forma binaria secondo un opportuno codice, che rappresenta la grandezza analogica in ingresso. Nella conversione analogico/digitale è ineliminabile la perdita d’informazione. Infatti una grandezza analogica varia con continuità all’interno di un range quindi assume infiniti valori mentre la grandezza numerica in uscita può assumere un numero finito di valori in dipendenza del numero di bit che compongono il dato in uscita. Se, ad esempio, abbiamo un ADC ad otto bit che accetta in ingresso tensioni comprese fra 0 e 5 volt, poiché con 8 bit sono rappresentabili soltanto 28=256 combinazioni diverse, si possono rappresentare soltanto 256 valori diversi di tensioni d’ingresso, valori che differiscono fra loro di un quanto Q pari a 5 volt/256= 19,3 millivolt circa. Ciò significa che una variazione della tensione d’ingresso inferiore al quanto non verrebbe rilevata in uscita. Il quanto viene anche detto intervallo di quantizzazione. Tale intervallo di quantizzazione o errore di quantizzazione può essere minimizzato soltanto aumentando il numero di bit che costituiscono l’uscita dell’ADC.

Caratteristiche ADC

Un convertitore A/D è composto da quattro blocchi: • Un filtro antialias • un sample and Hold • Un quantizzatore • Un blocco di temporizzazione Il Sample and Hold (S/H), è necessario per presentare al successivo blocco (il quantizzatore) una tensione costante per l’ intero periodo di tempo necessario per la conversione. Se infatti durante questo periodo il segnale continuasse a variare (come in realtà succede a monte del S/H), il quantizzatore potrebbe fornire un risultato numerico non corretto. Il quantizzatore, mediante tecniche differenti, restituisce in uscita un codice (insieme di bit) che rappresenta il livello del segnale all' uscita del campionatore La sincronia di funzionamento dei due blocchi è garantita da un opportuno blocco di temporizzazione che si incarica della generazione dei segnali di campionamento, inizio conversione ed abilitazione dei buffer di uscita. -Il legame tra ingresso e uscita di un ADC può essere rappresentato con il grafico “a scala”, come riportato nell'esempio in figura. Descrizione grafico: La massima tensione che l'ingresso può assumere viene detta tensione di fondo scala (VFS). A volte, se è necessario, si specifica anche che VFS(min), cioè la minima tensione ammessa in ingresso. Nell'esempio sopra riportato la tensione in ingresso è compresa tra 0 V e 10 V. Quindi VFS è pari a 10 V; VFS(min) è pari a 0 V.

Con il termine risoluzione si indica il numero di bit necessari per esprimere il massimo numero in uscita al convertitore, che di solito è una potenza di due.

Nell'esempio in figura l'uscita dell'ADC è un numero intero compreso tra 0 e 7 (000... 111 in binario). Quindi la risoluzione è pari a 3 bit. Guardando il grafico si vede che la tensione di 3 V viene convertita nel numero 010; si noti che anche la tensione di 2,7 V viene convertita nello stesso numero 010, a causa delle approssimazioni introdotte. La tensione di 4,5 V viene invece convertita nel numero 011. La “lunghezza” di un gradino (in genere tutti uguali tra loro) si indica con il termine quanto (Q). Esso indica la minima variazione della tensione in ingresso che causa una variazione nel codice binario in uscita.

Strumenti delle prove: Componenti dei vari circuiti: Resistenze da 10kohm e 8,2kohm; Condensatori da 0,1 mF, 150 mF; Breadboard Cavi,, Morsetti , 8 Led Circuito integrato TL081(Amplificatore) cavi BNC; cavo BNC con uscita da breadboard; Sonda per Oscillatore; Connettore Bus a T BNC; ADC 0804; Strumenti usati per i dati: Alimentatore (marca/n. serie: HAMEG / HM8040-3) Oscilloscopio (marca/n. serie: PHILIPS / PM3050) Generatore di funzioni (marca/n. serie: HAMEG / HM8030-6) Alimentatore PHILIPS PE1542 (usato per controllare cavi, resistenze...)

Procedimento

Modifichiamo il circuito aggiungendo o modificando Vin e Vref/2

Conclusioni: La prova è stata svolta correttamente dato che non abbiamo riscontrato dei problemi gravi gli unici problemi riscontrati sono stati errori di collegamento. Problemi riscontrati e complicazioni varie nelle varie prove: -I fili che utilizzavamo potevano essere rotti e quindi si doveva controllare con il multimetro i fili che utilizzavamo. -Nelle breadboard c'era la presenza di alcuni collegamenti finti, mancanti nella breadboard che interferivano il passaggio di corrente. -Quando prendevamo le resistenze potevamo per sbaglio bruciarne alcune perchè eravamo carichi staticamente, quindi prima di prenderle dovevamo scaricarci. -Alcuni cavi di Vcc e quelli di massa erano rovinati e non funzionavano e si dovevano cambiare. -Dei problemi di collegamento avvenuti sulla breadboard rovinavano i componenti, a causa di ciò abbiamo riscontrato parecchi problemi più di una volta. -A causa di componenti difettosi i risultati finali non erano corretti.

Qui ti metto il link con le fotocopie https://www.intersil.com/content/dam/Intersil/documents/adc0/adc0803-04.pdf...