Параллелные аналого-цифровые преобразаватели «напряжение-код» Исполнитель

Параллелные аналого-цифровые преобразаватели «напряжение-код»

 План:

1. Параллельные аналого-цифровые преобразователи «напряже­ние—код».
2. Параллельный микропроцессорный АЦП.

1. Параллельные аналого-цифровые преобразователи «напряже­ние—код»

 В основе работы АЦП параллельного типа лежит метод сравнения непрерывной входной величины с помощью 2^a - 1 компараторов с набором 2^a - 1 эталонных значений [6]. Код, сформированный компараторами, преобразуется в двоичный код специальными  шифраторами.

 {spoiler=Подробнее}

Схема параллельного АЦП биполярных сигналов приведена на рис. 12.7. Резистивными делителями, содержащими по 2" ре­зисторов с одинаковыми сопротивлениями R, и двумя эталон­ными напряжениями +U_э и — U_э формируются 2 (2^а — 1) по­роговых уровней U_ni перекрывающих весь возможный диапазон изменения входного сигнала ± U^max. В исходном состоянии на выходах всех компараторов устанавливается уровень логической

единицы. При U_вх > 0 и U_ni+1, > U_вх > U_ni срабатывают компараторы К*₀, …, К_i. В результате на выходах компарато­ров Ко, ..., К% устанавливается нулевой уровень, а на выходах остальных компараторов остается уровень логической единицы. Следовательно,   компараторы   Ко,…,    K_a-1    формируют    код п₁ = 11 ... 1100 ... 0, а   компараторы Ко,         Ka-1 — n₂ = 11 ...1111 ... 1. На выходах логических элементов И—НЕ устанавливается нормальный единичный код п₃ — 00 ... ООП ... 1, который является инверсией кода п,. Для отрицательного входного напря­жения на выходах логических элементов И—НЕ образуется нормальный единичный код, который является инверсией кода п_г.

Шифратором CD нормальные единичные коды преобразуются в двоичные коды. Знак преобразуемой величины задается напря­жением, снимаемым с компаратора знака K_lti. В рассмотренной схеме отрицательным значениям Ц_вк соответствует а_ан = 1, по­ложительным — a_SH = 0. Схемные решения и принцип работы последовательно-параллельных аналого-цифровых преобразова­телей изложены в работах  [6, 27].

В состав аналого-цифровых преобразователей «напряжение— код» входят как цифровые, так и непрерывные элементы. Цифро­вые элементы (счетчики, регистры, триггеры и т. д.) управляют процессом преобразования в соответствии с принятым алгоритмом и аналогично схемам ЦАП могут быть реализованы на интеграль­ных микросхемах серий К155, 133, 1.30, 530, 100, 500 и др. Для построения непрерывных узлов АЦП можно использовать гиб­ридные микросхемы серий 228, 240, 265, 250. Серия 240 содержит функционально полный набор интегральных микросхем для по­строения 10-разрядных АЦП с диапазоном входных напряжений ±5 В и со временем преобразования 100 мкс. В состав 240 серии входят компаратор напряжения 240СА1, операционный усили­тель 240УД1, аналоговый ключ 240КН1А.Б, ключ эталонного напряжения 240КН2, 4-разрядный коммутатор 240КНЗ, стабили­затор напряжения 240 ЕН1. Комплект БИС серии 240 может быть дополнен резистивной матрицей типа 301НС1. Другим набо­ром интегральных микросхем, предназначенным для построе­ния АЦП, является серия 252, состав которой приведен выше.

Микропроцессорные аналого-цифровые преобразователи. При построении микропроцессорного аналого-цифрового преобразова­теля «напряжение—код» ввод информации в микропроцессор мо­жет осуществляться как по инициативе собственно микропроцес­сора, так и по запросу внешнего устройства. При этом для после­довательных АЦП цифровой код, соответствующий ступенчатому пилообразному напряжению, формируется либо программно ми­кропроцессором и выводится через интерфейсное устройство в ЦАП, либо формируется отдельным счетчиком, что резко повы­шает скорость  преобразования.

Схема микропроцессорного АЦП со ступенчатым пилообраз­ным напряжением при считывании информации по инициативе микропроцессора   представлена  на  рис.   12.8.

В начале цикла преобразования микропроцессор обращается к подпрограмме циклического инкрементирования содержимого аккумулятора с выводом результата в канал. А периферийного параллельного интерфейса ППИ типа КР580ВВ55. При этом на выходах канала А цифровой код изменяется на единицу за цикл вывода, приводя. К ступенчатому пилообразному увеличению вы­ходного непрерывного сигнала U_к на выходе параллельного ЦАП. В момент превышения напряжением U_K входного сиг­нала U,_x на выходе компаратора К формируется положительный перепад напряжения, которым запускается схема укорочения импульса, вырабатывающая короткий положительный импульс. Выходной импульс схемы укорочения поступает на вход STB многорежимного буферного регистра МБР типа К589ИР12. В ре­зультате на выходе INT регистра возникает сигнал запроса пре­рывания, который через инвертор подается на вход INT централь­ного процессора. Микропроцессор входит в режим прерывания и по входу DSi сигналом разрешения прерывания INTA ини­циирует БИС регистра МБР. В результате сбрасывается сигнал TNT, а на шину данных ШД микропроцессора регистр МБР выдает код операции RST со стартовым адресом прерывающей программы. В число команд обработки прерывания должна входить команда IN — ввод в микропроцессор содержимого канала  А  интерфейса ППИ,  являющегося цифровым аналогом входного сигнала. На этом процесс преобразования завершается. Время преобразования в данном микропроцессорном АЦП при­близительно равно 2 мс. Оно сокращается в среднем на порядок в АЦП следящего типа. Дальнейшее повышение быстродействия микропроцессорных АЦП достигается применением микропро­цессорных комплектов БИС серий К589, 585, выполненных на диодах  Шотки.

2.Параллельный микропроцессорный АЦП

Схема параллельного микропроцессорного аналого-цифрового
преобразователя со считыванием информации по запросу прерывания от внешнего устройства ВУ представлена на рис. 12.9. Для ввода в микропроцессор цифрового кода с аналого-цифрового преобразователя используется параллельный периферийный интерфейс ППИ типа КР580ВВ55, в котором линии а₀    а₆ кана­ла А непосредственно соединены с одноименными выходами парал­лельного АЦП. Знаковый разряд АЦП подключен к линии а⁷интерфейса. Ввод информации с АЦП в микропроцессор производится в режиме прерывания. При этом интерфейс ППИ программируется в режим 1 с вводом информации по каналу А. Многорежимный буферный регистр МБР используется для пере­
дачи в микропроцессор кода операции RST, содержащей стартовый адрес прерывающей программы INP. В рассматриваемом устройстве интерфейс ППИ и регистр МБР имеют типовое включение.

Данный микропроцессорный АЦП работает следующим обра­зом. Внешнее устройство ВУ посылает импульс строба на схему выборки и хранения СВХ, которая за время действия строба берет выборку непрерывного входного сигнала Uвх и запоминает его  значение  на  время  преобразования.   В   результате  на  линиях a0, ..., a7 АЦП появляется

I

цифровой код, однозначно опре­деляющий выборку входного сигнала. Одновременно импульс строба подается на схему задержки, которая задерживает импульс на. время, большее времени преобразования сигнала в АЦП. Задержанный импульс в виде строба приема информации STB_A поступает на линию C4 интерфейса ППИ. По этому сигналу интер­фейс переписывает байт информации с выхода АЦП в регистр канала А.  Одновременно с линии с₃ на вход INT микропроцессора поступает сигнал запроса прерывания INTR_A, а с линии с₅ на внешнее устройство выдается сигнал подтверждения приема IBF_А каналом А информации с АЦП. При этом микропроцессор входит в режим прерывания и сигналом INTA с системного контроллера и шинного формирователя инициирует регистр МБР по входу DS/. В результате регистр передает код операции RST, содержащей стартовый адрес прерывающей программы «INP». В цикле об­работки прерывания микропроцессор считывает в аккумулятор байт информации из канала А интерфейса и сбрасывает с линии Сз сигнал запроса прерывания INTR_A, а с линии c₅ — сигнал под­тверждения приема IBF_A Снятие сигнала IBF_A завершает цикл преобразования входного сигнала в цифровой код.

Контрольные вопросы:

1.Параллельные аналого-цифровые преобразователи «напряже­ние—код»?

2.Параллельный микропроцессорный АЦП?

3.Знаковый разряд АЦП?

4.Прерывания в микропроцессоре?

{/spoilers}