3.8. Схема опре деления знака

Схема определения знака построена на компараторе MAX912 (рис.13). Переключение компаратора происходит при переходе входного сигнала через ноль. Для отслеживания этого события сигнал подаем на прямой вход компаратора, а инверсный заземляем. При положительном сигнале на входе компаратора на его выходе будет логическая единица, при отрицательном – логический ноль.

Рис.13. Схема определения знака

Выводы «защелки» LEA, LEB заземлим для работы компаратора в обычном режиме.

3.9. Аналого-цифровой преобразователь

В данном курсовом проекте используется аналого-цифровой преобразователь (АЦП) последовательного приближения (рис.14).

Рис.14. Аналого-цифровой преобразователь

АЦП состоит из следующих элементов:

• регистр последовательного приближения (DD8)

• цифро-аналоговый преобразователь (DA24)

• преобразователь ток-напряжение (DA25)

• выходные регистры (DD9, DD10)

• компаратор (DA26)

С приходом на вход S регистра последовательного приближения импульса низкого уровня длительностью не менее двух тактов тактовой частоты f_т происходит сброс регистра. Затем РПП выставляет на выходе код, эквивалентный половине шкалы выходного напряжения ЦАП, это напряжение сравнивается со входным от УВХ и результат сравнения записывается в старший разряд выходного кода РПП. После выставляются коды и сравниваются напряжения, равные четверти шкалы выходного напряжения ЦАП, восьмой части и т. д. (принцип дихотомии). По окончании преобразования на выходе QСС РПП выставляется сигнал низкого уровня. По его cпаду, предварительно проинвертировав, будем производить запись кодов с РПП в выходной регистр.

Зная частоту дискретизации, рассчитаем частоту тактовых сигналов подаваемых на тактовые выводы РПП и ЦАП. Время преобразования АЦП, у которого используется 8 разрядов, рассчитывается исходя из того, что каждый разряд устанавливается за два та кта и, вдобавок к этому, время, необходимое для старта и сигнала завершения преобразования (4t_такт).

(3.9.1)

где t_пр – время преобразования;

t_такт – период тактовой частоты;

f_д – частота дискретизации;

Частота тактовых импульсов , поступающих на вход С РПП равна 17,8 МГц. По рассчитанной, необходимой тактовой частоте в качестве РПП выбираем 8-разрядный регистр последовательного приближения, микросхему DM2503 (рис.15). Характеристики микросхемы указаны в Приложении И.

Рис.15. Регистр последовательного приближения

Для ввода данных в выходной регистр на вход C, на выводе QCC установим инвертор К155ЛН1.

Суммарное время срабатывания ЦАП, преобразователя ток-напряжение и компаратора (см. п.3.8 «Схема определения знака») не должно превышать время установления разрядов РПП, равное .

В качестве ЦАП выбираем 8-разрядный цифро-аналоговый преобразователь, микросхему AD9708 (см. приложение К), в качестве преобразователя ток-напряжение используем микросхему ОУ КР154УД4А (см. приложение Л), в качестве компаратора микросхему MAX912 (см. приложение Г).

Максимальное время установления тока ЦАП составляет 35 нс. Время установления напряжения на выходе ОУ можно определить, поделив выходное напряжение (3 В) на скорость его нарастания (для КР154УД4 она составляет 600В/мкс), получим:

Время срабатывания компаратора MAX912 составляет 16 нс.

Таким образом, общее время срабатывания составляет:

,

что полностью удовлетворяет условию .

На компараторе напряжение с УВХ сравнивается с компенсирующим напряжением. Так как напряжение с УВХ находится в пределах 0…3В, то компенсирующее напряжение также необходимо привести к этому диапазону. Реализуется это с помощью преобразователя ток-напряжение (ПТН), включенного на выходе ЦАП (рис.16).

Рис.16. ЦАП с преобразователем ток-напряжение и компаратор

Полный выходной ток ЦАП I_{вых max} равен 20 мА, опорное напряжение U_оп равно 1,2 В. Рассчитаем номинал резистора R54.

(3.9.2)

Емкости конденсаторов С13 и С14 аналогичны емкостям, приведенным в схеме включения ЦАП (см. Приложение К).

С13 = С14 = 0,1 мкФ

Нужно обеспечить шаг квантования сигнала h = 0,05 В, при разрядности n=8.

(3.9.3)

Напряжение на выходе ПТН определяется следующим образом:

(3.9.4)

Определим максимальный выходной ток ЦАП при использовании 8 разрядов:

(3.9.5)

(DAC CODE) =

Номинал подстроечного резистора R56* находится из соотношения R56* = 0,1R55. Тогда R55 = 597 Ом, R56* = 59,7 Ом.

Выберем резисторы и конденсаторы следующих типов и номиналов [3], [5]:

R54: C2-29В-0,125Вт-1,93 кОм±0,1% (ряд Е192);

R55: C2-29В-0,125Вт-590 Ом±1% (ряд Е96);

R56*: CП5-2ВА-0,5Вт-59 Ом±5% (ряд Е96);

C13, С14: К71-6-300В-0,1 мкФ±5% (ряд Е96).

Выходной код АЦП имеет формат, представленный в таблице 1.

Таблица 1. Выходной код аналого-цифрового преобразователя

D13

D12

D11

D10

D9

D8

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

знак

Q7

Q6

Q5

Q4

Q3

Q2

Q1

Q0

P1

P0

A2

A1

A0

_{Код преобразования АЦП необходимо выдавать на выход лишь после того, как РПП закончит свой цикл преобразования. Код, полученный в результате предыдущего цикла необходимо держать на выходе в течение всего следующего цикла преобразования. Данную функцию выполняют выходные регистры (DD9, DD10). Схема включения выходных регистров представлена на рис.17.}

_{Рис.17. Схема включения выходных регистров}

Выходной код АЦП имеет 14 разрядов:

D13 – знак: лог.1 – напряжение положительное (высокий уровень)

лог.0 – напряжение отрицательное (низкий уровень)

D12-D5 – 8-разрядный выходной код

D4-D3 – предел измерения: 00 – предел измерения 0,1В

01 – предел измерения 1 В

10 – запретная комбинация

11 – предел измерения 11 В

D2-D0 – 3-разрядный код номера канала измерения:

000 – 1-ый канал

001 – 2-ый канал

010 – 3-ый канал

011 – 4-ый канал

100 – 5-ый канал

101 – 6-ый канал

110 – 7-ый канал

111 – 8-ый канал

В качестве выходных регистров использованы 2 8-разрядных регистра с защелкой К555ИР35. Характеристики микросхемы К555ИР35 приведены в Приложении М. Так как запись кода в регистры производится по положительному перепаду сигнала на входе С, то сигнал с выхода QCC РПП необходимо инвертировать. Для этого используем инвертор К155ЛН1 (DD1.2).