4.7 Выбор ацп
АЦП представляют собой устройства, преобразующие амплитуду (уровни) или другие параметры аналоговых сигналов различной природы в цифровой вид. Аналого-цифровые преобразователи позволяют вводить информацию, содержащуюся в массиве аналоговых сигналов, поступающих от датчиков, измерительных приборов и других устройств, в цифровые вычислительные или управляющие устройства, блоки и системы, в которых производится обработка цифровой информации.
К настоящему времени разработаны и широко применяются несколько основных разновидностей АЦП:
- АЦП двойного интегрирования;
- АЦП последовательного счета;
- АЦП поразрядного уравновешивания (последовательного приближения);
-АЦП параллельного действия.
Основными параметрами преобразователей являются: динамический диапазон входных сигналов, передаточная характеристика преобразования, число уровней квантования, цена младшего значащего разряда (МЗР) преобразования (ширина канала), быстродействие, погрешности преобразования (дифференциальная и интегральная нелинейности преобразования).
Из всех видов АЦП наиболее простыми по принципу действия, но и наиболее сложными по конструктивной и технологической выполнимости являются АЦП параллельного действия.
На рисунке 21 представлена структурная схема АЦП параллельного действия, который содержит: источник опорного напряжения (Uоп), делитель опорного напряжения (R1-Rn), n компараторов (K1-Kn) равное числу уровней квантования, шифратор унитарного кода в двоичный код (D1). Каждый компаратор имеет входной дифференциальный каскад с двумя входами: инвертирующим и неинвертирующим. АЦП параллельного действия работает следующим образом. Делитель напряжений задает ряд опорных напряжений на всех, например, инвертирующих входах компараторов. Опорное напряжение на любом из компараторов определяется из выражения:
Un= (Uоп/ N) ⋅ n ,
где: N - число уровней квантования АЦП;
n - номер компаратора (номер канала квантования);
Uоп/ N - ширина канала (цена младшего разряда АЦП).
Rn – резисторы прецизионного делителя;
Kn – компараторы уровня сигналов;
D1 – шифратор унитарного кода в двоичный
Рисунок 36 – Структурная схема АЦП параллельного действия
Входное преобразуемое напряжение Uвх поступает на все неинвертирующие входы компараторы. По сигналу "Строб", поступающего с устройства управления, входное напряжение сравнивается каждым компаратором с опорным напряжением. Компараторы выдают на выходе результат сравнения в виде "0" или "1" в зависимости от знака разности между опорным и входным напряжениями на их двух входах. После окончания сравнения кодовая комбинация с компараторов в виде унитарного кода поступает на шифратор, который на выходе выдает двоичный код уровня входного сигнала. Если для преобразователя известна цена младшего разряда (ЦМР), то величина уровня входного сигнала определяется произведением ЦМР и десятичного выходного кода преобразователя.
АЦП параллельного действия обладают самым высоким быстродействием из всех видов преобразователей. Время преобразования у современных устройств такого вида составляет величину 5-10 нс. Эти АЦП отличаются сравнительно небольшим числом уровней квантования (6-8 и редко 9-10 двоичных разрядов) и средней величиной погрешности. Следует отметить также технологическую сложность производства АЦП этого вида из-за большого числа элементов каждого вида, примерно равному числу уровней квантования.
Широкое распространение однобайтных процессоров вызвало разработку восьмиразрядных аналого-цифровых преобразователей. Таковыми, в частности, являются АЦП типов К572ПВ3 и К572ПВ4.
Рисунок 37 – Условное графическое обозначение АЦП К572ПВ3
Условное графическое обозначение АЦП К572ПВ3 показано на рисунке 3. Время преобразования этого АЦП равно 7,5 мкс, ток потребления от одного источника питания 5 В составляет всего лишь 5 мА. Управляется сигналами микропроцессора CS и RD, при этом АЦП функционирует подобно статической памяти с произвольной выборкой (RAM), постоянной памяти (ROM) или медленной памяти. Включает в себя компаратор, тактовый генератор и выходные схемы с тремя состояниями. Это значительно упрощает применение данного АЦП в системах сопряжения с микропроцессором. АЦП КР572ПВ3 выпускается по бКО.348.432-08ТУ в пластмассовом корпусе 238.18-3. В таблице 15 отображены назначения выводов микросхемы КР572ПВ3.
АЦП имеет два одинаковых входа AI1 и AI2, соединённых внутренними резисторами с одним входом компаратора. На этот же вход компаратора подаётся выходной ток цифро-аналогового преобразователя, управляемого регистром последовательного приближения. Таким образом, АЦП обеспечивает преобразование в код суммы напряжений, подаваемых на входы AI1 и AI2. При практическом использовании этого АЦП на вход AI1 подают входное напряжение Uвх, а на вход AI2 – напряжение, с помощью которого производят регулировку нуля АЦП.
Управление
работой АЦП К572ПВ3 осуществляется с
помощью сигналов, подаваемых на входы
(выбор кристалла) и
(чтение). Переход 0/1 на входе
запускает схему сброса АЦП, потенциал
0 на входе
осуществляет запуск преобразователя
при условии, что предварительно был
осуществлён его сброс. Таким образом,
если
=0,
то переход 0/1 на входе
обусловит
сброс и запуск преобразователя. Если
же
=1,
то этот переход вызывает только сброс,
а запуск произойдет по спаду 1/0 на входе
.
Выход BU (АЦП занят) принимает потенциал
«нуль» тогда, когда осуществляется
процесс преобразования. Данные на
кодовом выходе N существуют при сочетании
сигналов
=0,
=0,
=1,
если же этого сочетания нет, если же
этого сочетания нет, то выход находится
в высокоимпендансном состоянии.
Таблица 15 – Назначение выводов АЦП К572ПВ3
|
№ вывода |
Обозначение |
Наименование |
Назначение |
Тип сигнала |
Состояние |
|
|
Англ. |
Рус. |
|||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
1 |
Uсс |
Uп |
Напряжение питания |
Напряжение питания +5 В |
- |
- |
|
2 |
UREF |
Uоп |
Опорное напряжение |
Выполняет калибровочную функцию |
вх |
- |
|
3 |
BOFS |
Uсм |
Смещение характеристики преобразования |
Вход напряжения смещения характеристики |
вх |
- |
|
4 |
AIN |
Uвх |
Аналоговый вход |
Вход аналогового сигнала |
вх |
- |
|
5 |
AGND |
ОБЩ |
Аналоговая земля |
Напряжение питания 0 В |
- |
- |
|
6-9, 10-13 |
D7 – D0 |
Д7 – Д0 |
Шина данных |
Выход данных |
вых |
1,0 |
Продолжение таблицы 15
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
14 |
_____ BUSY |
ВC |
Выход состояния |
L-уровень сигнала отображает подключение преобразователя к ППИ |
вых |
0 |
|
15 |
___ RD |
СТБ |
Вход управления |
Управление схемой цифрового преобразования |
вх |
0 |
|
16 |
__ CS |
ВК |
Выбор кристалла |
Вход управления |
вх |
0 |
|
17 |
CLK |
СИНХР |
Вход тактирования |
Синхронизация со схемой ППИ |
вх |
1,0 |
|
18 |
DGND |
ОБЩ |
Цифровая земля |
L-уровень сигнала разрешает считывание информации с регистра, |
вх |
0 |
Восьмиразрядный код с АЦП подается на один из портов программируемого параллельного адаптера (ППА) КР580ВВ55. Этот адаптер позволяет по команде микропроцессора передавать данные из АЦП на шину данных, для их дальнейшей обработки. Дальнейшая обработка данных производится в соответствии с программой, обслуживающей процесс измерения. Основной задачей этой программы является опрашивание АЦП с заданной периодичностью и вывод результатов измерения на дисплей. Кроме того, микроЭВМ позволяет записывать данные о результатах измерений в оперативную память для их дальнейшей статистической обработки.