10.2.1 Розрахунок ацп

В АЦП здійснюється квантування (дискретизація) за рівнем і часом (рисунок 10.12). На вхід перетворювача надходить аналогова напруга U_вх, що перетворюється в дискретну величину, яка визначається у фіксовані моменти часу найближчим до безперервної (аналогової) величини рівнем квантування.

На виході АЦП кожному дискретному значенню відповідає комбінація двійкового коду, число розрядів якого позначимо буквою N_p. Величина N_p залежить від числа дискретних значень N_д на виході АЦП, включаючи нульове. Вибір N_p робиться відповідно до співвідношення:

(10.1)

Число дискретних значень (рівнів квантування) залежить від похибки квантування за рівнем.

Абсолютна похибка квантування за рівнем:

(10.2)

де U - величина кроку квантування за рівнем, що дорівнює

(10.3)

З наведеного співвідношення (10.2) випливає, що максимальна абсолютна похибка дорівнює половині кроку квантування за рівнем. Відносна похибка квантування за рівнем:

(10.4)

У наведеній формулі з N_д віднімається одиниця, тому що одним з дискретних значень є нульове. Звідси необхідне число дискретних значень, що відображує нашу безперервну функцію з заданою точністю, визначається :

(10.5)

Наприклад, при _від 0,2% N_д повинно бути не менше 251. Приймаючи N_д=256 визначаємо, що число розрядів N_p у цьому випадку повинно бути 8 (2⁸=256). Якщо вхідна безперервна величина змінюється, наприклад, у діапазоні від 0 до 2,55 В, то величина кроку квантування за рівнем при N_д=256 дорівнює _U=10 мв; _абс. 5 мв; _від.  50/255 < 0,2%.

При проектуванні АЦП важливе значення має вибір величини кроку квантування за часом _t=Т. Значення Т визначає необхідну швидкодію АЦП і тракту обробки інформації.

По теоремі Котельникова значення _t=T повинне задовільняти виразу:

(10.6)

де f_мах - частота вищої гармоніки спектру вхідного сигналу АЦП.

Фізично цей вираз варто трактувати в такий спосіб: на один період максимальної гармоніки вхідного аналогового сигналу необхідно взяти не менш двох відліків при переході до дискретної величини.

10.2.2 АЦП К1113 ПВ1

10.2.2.1 Опис мікросхеми к1113 пв1

Мікросхема К1113 ПВ1 (рисунок 10.13) являє собою функціонально-закінчений АЦП послідовного наближення з часом перетворення < 30 мкс, розрахований на вхідні напруги (0...10,23)В (уніполярний сигнал) чи (-5,12 ...+5,11)В (біполярний сигнал).

Для переключення діапазонів вхідних напруг використовується вхід LZ. Якщо LZ=0, то перетворюються уніполярні вхідні сигнали від 0 до 10,23В, якщо ж LZ=1, то перетворювач працює в двухполярному режимі (U_вх= -5,12...+5,11)В. Коефіцієнт передачі АЦП К_пер= .

Якщо використовувати не всі десять розрядів вихідного двійкового коду розглянутого АЦП, то існує кілька варіантів його підключення. Наприклад, якщо N_p = 8, то можна підключити вісім виходів АЦП, що відповідають молодшим розрядам. Інші два розряди не підключаються. У цьому випадку коефіцієнт передачі К_пер=, а U_вх.max= = . Якщо використовувати вісім виходів АЦП, що відповідають старшим розрядам, то К_пер=, а U_вх.max= .

Якщо N_p = 7, і вихідний ДК (двійковий код) знімається з семи старших виходів, то К_пер=, а U_вх.max= .

Процес аналого-цифрового перетворення здійснюється при нульовому сигналі на вході START(СТАРТ) (рисунок 10.5). Вхідний аналоговий сигнал подається на вхід AIN. По закінченні перетворення на виході READY (ГОТОВНІСТЬ) з'являється логічний нуль. Одночасно з цим сигналом на інформаційних виходах D0...D9 встановлюється цифровий двійковий еквівалент вхідної аналогової величини. Рівні вихідних цифрових сигналів відповідають рівням цифрових ТТЛ - схем. Для скидання поточного вихідного коду перетворювача необхідно подати одиницю (мінімум на 2мкс) на вхід START. У процесі скидання і перетворення на виході READY присутня логічна одиниця, а кодові виходи АЦП знаходяться у високоімпедансному стані. Сказане відображають часові діаграми роботи АЦП, приведені на рисунку 10.5. Для підвищення точності перетворення АЦП має два окремих земляних виводи: аналогова земля (GNDA) і цифрова земля (GNDD). Різниця потенціалів між ними повинна бути  200мв. Регулювання чутливості АЦП можна робити за допомогою змінного резистора (100...200 Ом), що включається між джерелом вхідного сигналу Uвх і аналоговим входом AIN АЦП (рисунок 10.4). Для регулювання зсуву нуля в межах +1/2 значення молодшого значущого розряду (МЗР) можна включати змінний резистор (5...50 Ом) між виводами GNDA АЦП і зовнішньою землею.

Мікросхема виконана по n-МОП технології, живиться від двох джерел +5В і -15В; і споживає струм 10 і 18 мА відповідно.