Лабораторная работа № 6 аналого-цифровой преобразователь

Цель работы: 1. Изучение функциональных возможностей аналого-цифрового преобразователя микроконтроллеров I80XC196KC.

2. Изучение порядка программирования и применения аналогово-цифрового преобразователя микроконтроллера I80XC196KC.

1. Общие сведения

1.1. Краткая характеристика аналого-цифрового преобразователя

Модуль аналого-цифрового преобразователя (АЦП),структура которого представлена на рис.6.1 преобразовывает напряжение на аналоговых входах в 8 или 10-битное цифровое представление.

Модуль АЦП содержит следующие основные компоненты:

- Восемь аналоговых входов (ACH0-ACH7).

- Восьмиканальный мультиплексор (8-Channel Analog Mux), для выбора одного из восьми входных каналов.

- Устройство выборки и хранения.(The sample-and-hold circuit)

- 10-битный аналого-цифровой преобразователь последовательного приближения (10-bit successive approximation).

- Регистр AD_COMMAND, который управляет работой преобразователя через логику управления (control logic).

- Двухбайтовый регистр AD_RESULT, в который помещаются результаты преобразования и информация о состоянии устройства.

- Регистр AD_TIME, который содержит времена выборки и преобразования .

Если АЦП получает команду начать преобразование, перед началом выборки проходит одно время состояния. В течение этой задержки выборки сбрасывается регистр последовательного приближения и выбирается требуемый канал мультиплексора.

После задержки выборки, выход мультиплексора соединяется с конденсатором выборки и остается соединенным с ним в течение определенного времени. После того, как это окно выборки закрывается, конденсатор выборки отсоединяется от мультиплексора и поэтому во время процесса преобразования изменения на входе микроконтроллера не будут изменять сохраненный заряд. Затем компаратор автоматически обнуляется и начинается преобразование.

Чтобы выполнить аналого-цифровое преобразование, AЦП использует алгоритм последовательного приближения. Аппаратные средства преобразователя состоят из многозвенной схемы с 256 резисторами, компаратора, разделительных конденсаторов и 10-битного регистра последовательного приближения (SAR) с логикой, которая обеспечивает работу АЦП.

Многозвенная схема из резисторов обеспечивает шаг 20 мВ ( VREF = 5.12 В ), в то время как емкостная связь (разделительные конденсаторы) создают шаг преобразования 5 мВ внутри напряжения 20 мВ этой многозвенной схемы. Следовательно, для сравнения с напряжением аналогового входа доступны 1024 опорных внутренних напряжения, чтобы сгенерировать 10-битный результат преобразования .

Преобразование последовательным приближением выполняется путем последовательного сравнения опорных напряжений с напряжением на аналоговом входе, поиском напряжения, которое наиболее близко соответствует напряжению на аналоговом входе . Сначала проверяется среднее значение всех опорных напряжений. Это соответствует 10-битному результату, где старший бит - нуль и все другие биты - 1 (0111.1111.11B). Если аналоговый вход был меньше тестируемого напряжения, бит 10 SAR остается равным “0” , и проверяется новое напряжение равное 1/4 от всей шкалы тестируемых напряжений (0011.1111.11B). Если напряжение на аналоговом входе было больше, чем напряжение теста, устанавливается бит 9 SAR. Затем, для следующего теста, очищается Бит 8 0101.1111.11B). Этот двоичный поиск продолжается до тех пор , пока выполнится 10 ( или 8 ) тестов, правильный результат преобразования постоянно находится в SAR, откуда он может быть прочитан программно. Результат равен отношению напряжения на аналоговом входе, к опорному напряжению. Если это отношение равно 1.00, то в результате преобразования SAR будет содержать единицы во всех разрядах (1111.1111.11B).