2.3 Выбор микропроцессора

В качестве блока обработки данных в системе применяется микропроцессорный измерительный контроллер для автоматизации измерений АТ89С51. Этот процессор имеет последовательный порт, два программируемых таймера с несколькими режимами работы и внутренний буфер на 128 байт. Программа обслуживания модуля записывается в энергонезависимую память программ процессора объемом 4 Кбайт. Модуль имеет внутреннюю 8-битную шину данных, к которой подсоединены 8-канальный 12-разрядный АЦП АD7859 с временем преобразования 5 мкс и 10-разрядный 4-канальный ЦАП АD7805.

Запуск АЦП осуществляется либо микропроцессором по прерыванию от внутреннего таймера, либо отрицательным внешним импульсом. Цифровой выход АЦП в данной конструкции работает в 8-битном режиме, так что чтение показаний производится в 2 этапа. АЦП работает с внутренним опорным напряжением. Диапазон преобразования напряжения 0÷2,5 В. Каждый выход АЦП должен быть защищен от перенапряжения. Эту функцию выполняют диоды, подключенные к аналоговой земле и к источнику питания. Обращение к ЦАП происходит в 3 этапа. Сначала в два этапа по внутренней 8-битной шине записывается 10-битное слово данных во внутренний регистр канала. Два младших бита слова данных отображены на адресном пространстве. ЦАП также работает с внутренним опорным напряжением и имеет диапазон выходных сигналов 0-2,5 В [5].

Возможности данного устройства позволяют решать такие задачи по автоматизации измерений, контролю и управлению экспериментом, в которых не требуется высокая производительность. Средняя скорость измерений в секунду 300-400 измерений в секунду. Такая производительность вполне достаточна для решения широкого круга задач.

Характеристики микропроцессора:

- напряжение питания, В 15;

- ток потребления, мА 50;

- частота тактовых импульсов, МГц 2,5;

- число входов 2;

- время пересылки данных в память, мкс 20;

- разрядность шины данных 12;

- разрядность шины адреса 16;

- память ПЗУ, Кб 4;

- напряжение на входе АЦП, В 0-2,4;

- напряжение на выходе ЦАП, В 0-2,4;

- период дискретизации ЦАП и АЦП, Гц^-1 6,5·10^-6;

- диапазон рабочих температур, С от минус 10 до +70.

Передаточная функция МП равна:

(21)

Так как максимальное напряжение на выходе ЦАП микропроцессора равно 2,4 В, а на максимальное входное напряжение УМЗЧ составляет 0,3 В, то для согласования сигналов, поступающих с выхода ЦАП микропроцессора на вход УМЗЧ применяется резисторный делитель напряжения.

Рисунок 4 – Схема делителя напряжения

Передаточная функция делителя напряжения:

(22)

(23)

Рассчитаем численные значения сопротивлений R₁, R₂.

По закону Ома, ток i, проходящий по цепи будет равен:

(24)

Падение напряжения U_выхДН на резисторе R₂:

(25)

Для обеспечения высокого входного сопротивления на входе УМЗЧ, сопротивление резистора R₂ должно быть высоким. Обычно сопротивление R₂ принимают равным входному сопротивлению УМЗЧ. Для рассчитанного выше УМЗЧ кОм.

Подставляя (24) в (25), и, зная значения U_выхДН, U_вхДН, R₂, найдем сопротивление резистора R₁.

(26)