РефератыИнформатикаТеТехнология АЦП

Технология АЦП

РАЗРАБОТКА АЦП.


ВВЕДЕНИЕ


В данном курсовом проекте разработан аналого-цифровой преобразователь (АЦП)


поразрядного кодирования, преобразующий входное напряжение (0-5 в) в 12 –


разрядный цифровой код.


Пояснительная записка содержит 2 раздела:


В первом разделе производится анализ метода преобразования и разрабатывается


структура устройства;


Второй раздел включает разработку устройства (функциональная и принципиальная


схемы). Объем пояснительной записки составляет листов, в том числе 3 из них


приложения.


АНАЛИЗ МЕТОДА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И ВЫБОР СТРУКТУРЫ АЦП.


Анализ метода преобразования.


Метод поразрядного кодирования, при котором входная величина (Uвх)


последовательно сравнивается с суммой эталонов, имеющих значение квантов, где i


= n-1,n-2,….2,1,0 (n=12 – число разрядов выходного кода). Таким образом два


соседних эталона отличаются в два раза по значению. Уравновешивание входной


величины начинается с эталона имеющего максимальное значение. В зависимости от


результата сравнения получается цифра в старшем разряде выходного кода,


снимаемого с АЦП. Если эталон больше входной величины, то в старшем разряде кода


ставится 0 и дальше происходит уравновешивание входной величины следующим


эталоном в два раза меньшего значения. Если же первый эталон меньше (или равен)


входной величине, то в старшем разряде выходного кода ставится 1 и дальше


производится уравновешивание разности входной величины и первого эталона.


Аналогичные действия производятся для всех используемых эталонов. Следовательно,


после окончания преобразования входная величина будет уравновешена суммой тех


эталонов, у которых в соответствующих им разрядах кода стоят 1. Сравнение


входной величины и суммы эталонов производится с помощью одного сравнивающего


устройства [8].


Из описанного выше алгоритма классического метода поразрядного кодирования


видно, что при реализации этого метода преобразования необходим набор из 12


эталонных величин от минимальной Uэ1 = q равной кванту до максимальной Un = 2 ,


минимальную можно рассчитать по формуле:


(1.1)


где Uэ1 – величина напряжения младшего значащего разряда; Uвмах максимальное


входное напряжение АЦП; n – число разрядов в выходном коде.


Исходя из заданных значений по формуле 1.1 рассчитаем Uэ1:


Таким образом величина младшего значащего разряда приблизительно равна 1mv, что


с заданной точностью соответствует рассчитанному значению.


Таким образом, величина старшего разряда будет вычисляться по формуле:


Т.е. величина старшего разряда будет равна 0,001220*2048=2.4985 в.


Преобразователи напряжения в код выполненные в виде замкнутых систем со


сравнением аналоговых величин имеют цепь обратной связи, в которую включен


цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) преобразующий параллельный код в


постоянное напряжение, которое сравнивается с входным напряжением АЦП.


Выбор структуры АЦП.


Проанализировав алгоритм преобразования можно выбрать следующую структуру


устройства рис.1.2.


Данная структура содержит:


устройство управления (УУ), предназначенное для формирования выходного кода АЦП;


ЦАП, необходимого для преобразования кодов в напряжение;


Схему сравнения (СС), необходимую для сравнения входного напряжения АЦП и


напряжения с выхода ЦАП.


Данный АЦП работает в двух режимах:


Режим сравнения входного напряжения АЦП с эталонным.


Режим хранения результата преобразования.


В первом режиме работы на схему приходит сигнал запуска и начинается процесс


сравнения входного напряжения АЦП и суммы эталонных напряжений формируемых при


помощи УУ на выходе ЦАП.


Во втором режиме внутри УУ формируется сигнал“конец преобразования”, после чего


АЦП хранит результат преобразования в виде цифрового кода на выходе АЦП.


РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ И ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ АЦП.


2.1 Разработка функционально схемы АЦП.


Функциональная схема АЦП (Приложение 2) реализующая метод поразрядного


кодирования и построенная по структуре рис.1.2, состоит из генератора тактовых


импульсов (ГТИ), регистра последовательного преобразования (РПП), компаратора,


ЦАП и ОУ.


Функцию каждого блока можно описать следующим образом:


УУ АЦП реализовано на (РПП), который обеспечивает выдачу эталонных кодов и


сохранение результатов сравнения их со входной величиной.


12 разрядный ЦАП, предназначенный для формирования эталонных напряжений с ОУ на


выходе т.к. ЦАПы такого типа имеют токовый выход.


Компаратор – сравнивающее устройство, которое обеспечивает сравнение входного


напряжения АЦП и напряжения с выхода ЦАП. В случае если входное напряжение


больше напряжения с выхода ЦАП на выходе компаратора появится 1.


Работу АЦП можно ра

збить на два этапа:


В первом этапе на РПП приходит сигнал запуска со схемы инициализации (СИ) и


тактовая частота с ГТИ, после чего в старшем разряде выходного кода РПП


устанавливается 1, код с РПП подается на ЦАП, который преобразует его в


напряжение равное 2,5 в, это напряжение поступает на сравнивающее устройство


(СУ) и сравнивается с входным напряжением ЦАП. В случае если входное напряжение


больше напряжения с выхода ЦАП на выходе компаратора появится 1, которая


поступает на информационный вход D РПП, в следствии чего произойдет сохранение


1в старшем разряде кода. В обратном случае в старший разряд РПП запишется 0.


Дальше происходит уравновешивание входной величины следующим эталоном в два раза


меньшего значения. Аналогичные действия производятся для всех используемых


эталонов.


На втором этапе на выходе Qcc (conversion complete) получаем информацию о


завершении преобразования, когда на этом выходе появляется низкий логический


уровень. С этого момента на выходе РПП будет хранится результат преобразования в


виде цифрового кода.


2.2. Разработка принципиальной схемы АЦП.


Все цифровые элементы принципиальной схемы (Приложение 3) выполнены на ТТЛ


логике 155 серии микросхем, так как она имеет наибольшее быстродействие и


сравнительно малое энергопотребление. Перечень элементов представлен в


спецификации (Приложение 1).


Работа устройства начинается с подачи сигнала запуска на вход S регистра РПП (DD


2), когда на него поступает низкий уровень регистр в первый момент тактового


импульса сбрасывается. Для инициализации схемы применена RC цепь с двумя


триггерами Шмидта на выходе, параметры цепи рассчитываются по следующей


формуле[9]:


где t - один такт работы АЦП и равен сумме времен установки всех элементов


схемы, т.е. tзRG+tзЦАП+tзкомп=28нс+3,5мкс+200нс=3,728мкс;


R1 = 5,1 Ком.


Отсюда С1= t/0,7*R1 = 3,728мкс/07*5,1Ком=1.004мкФ.


Для работы схемы необходим тактовый генератор, он реализован на логических


элементах DD1.1, DD1.2, DD1.3, резисторах R2, R3, R4, емкости C2 и кварцевом


резонаторе BQ.


После инициализации и подачи сигналов с тактового генератора регистр РПП


реализованный на микросхеме К155ИР17 (DD 2) начинает выдавать параллельный код


на входы ЦАП (DD 3), выбор которого осуществлялся из следующих условий:


необходимо преобразовывать12 разрядный код;


выходное напряжение ЦАП изменяется от 0 до 5 вольт.


Из выше перечисленных требований выбран 12 разрядный ЦАП К1108ПА1Б[3,6]. Для


обеспечения выдачи эталонного напряжения к выходу ЦАП подключен ОУ К140УД7 [3]


(DA 1)т.к. ЦАП имеет токовый выход. Для того чтобы выходное напряжение


изменялось в заданном диапазоне 0 – 5 в на ЦАП подано опорное напряжение.


Опорное напряжение ЦАП можно рассчитать по следующей формуле [7]:


,


где - максимальное напряжение с выхода ЦАП; - число двоичных разрядов входного


кода.


Максимальное напряжение с выхода ЦАП не должно превышать 5 В, а разрядность


выходного кода равна 12.


;


.


Также для обеспечения работы в заданном режиме к ОУ подключены резисторы R5,R6 и


конденсатор С3. Электрические параметры ЦАП [6] приведены в таблице 2.1.


Таблица 2.1


Электрические параметры ЦАП


Напряжение смещение нуля на выходе(0.3…0.6) мВ


Время установления выходного напряжения3,5 мкс


Входное напряжение низкого уровня0…0.8 В


Входное напряжение высокого уровня2.4 В


Сопротивление нагрузки2 кОм


Выходное напряжение(0…10) В


Напряжение опорного питания(0…15) В


Также в схеме необходимо сравнивающее устройство, для выполнения этой функции


выбран прецезионный компаратор К554СА3 [3] т.к. необходимо обеспечить сравнения


величины младшего значащего разряда (1мв).


После окончания преобразования на выходе “не С0” регистра РПП (DD 2) появляется


низкий логический уровень, что говорит о том что на выходе АЦП сохраняется код


поданного на АЦП напряжения определенного с заданной точностью.


2.3. Параметры АЦП.


К параметрам АЦП относится энергопотребление и частотные характеристики.


Энергопотребление АЦП складывается из потребляемых мощностей ИМС [3,6]:


=3.5 Вт.


Частотные характеристики будут определяться элементом время задержки, которого


максимально DA2 (К1108ПА1Б). Максимальная частота при которой устройство


работоспособно: f = 1/3,5 мкс=285 714 Гц 285 кГц.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ


При выполнении курсового проекта было разработано АЦП поразрядного кодирования.


Устройство может работать в синхронном режиме с максимальной тактовой частотой


285 КГц, от источников питания +15-15в,+5в. Устройство имеет относительно


небольшое энергопотребление и осуществляет процесс преобразования за 4,471 мкс.

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Технология АЦП

Слов:1296
Символов:11092
Размер:21.66 Кб.