Микропроцессорные цифроаналоговые преобразователи. Исполнитель

Микропроцессорные цифроаналоговые преобразователи.

План:

1. Микропроцессорные цифроаналоговые преобразователи.

     2. Последовательные аналого-цифровые преобразователи «напря­жение—код».

 {spoiler=Подробнее}

1. Микропроцессорные цифроаналоговые преобразователи.

При создании микропроцессорного преобразователя «код—напряже­ние» для вывода из микропроцессора цифрового кода могут при­меняться как параллельные, так и последовательные интерфейс­ные устройства. В ЦАП повышенного быстродействия целесооб­разно использовать параллельные интерфейсы, такие, как шин­ные формирователи типа К5.89 АШ6, К589АП26, многорежимный буферный регистр типа К589ИР12 или параллельный периферий­ный интерфейс типа К.Р580ВВ55, подробное описание которых дано в главах 3 и 4. При этом вывод цифрового кода из микро­процессора осуществляется либо по инициативе микропроцессора (программный вывод), либо по запросу внешнего устройства в ре­жиме  прерываний.

Схема 7-разрядного микропроцессорного параллельного ЦАП с программным выводом кода через БИС параллельного пери­ферийного интерфейса ППИ типа КР580ВВ55 приведена на рис. 12.3. В данную схему включены лишь те блоки и связи, ко­торые   принципиально   необходимы   для   реализации   процесса

преобразования информации, а именно, центральный процессор­ный элемент ЦПЭ типа КР580ИК80А, генератор тактовых им­пульсов ГТИ типа КР580ГФ24, системный контроллер и шинный формирователь СКФ типа КР580ВК28, шинные формирователи типа К589АП16, параллельный периферийный интерфейс ППИ типа КР580ВВ55, параллельный 7-разрядный ЦАП с резистивной матрицей на весовых сопротивлениях и дешифратор адреса ДША. Описание центрального процессорного элемента, генератора так­товых импульсов, системного контроллера и шинного формирова­теля приведено в гл. 3. Интерфейс в рассматриваемой схеме вы­ступает по отношению к микропроцессору как внешнее устрой­ство с номером, который дешифрируется в дешифраторе адреса ДША, и тем самым формируется сигнал выборки БИС интер­фейса CS. Младшие адресные линии АО и А1 шины адреса подклю­чаются к одноименным входам интерфейса и адресуют его каналы А, В и С. Системные управляющие сигналы вывода информации во внешнее устройство I'/OW и ввода информации из внешнего уст­ройства I/OR, снимаемые с системного контроллера и шинного формирователя, подводятся соответственно ко входам записи WR и чтения RD интерфейса и определяют направление передачи информации. Фиксация слова состояния микропроцессора для формирования системных управляющих сигналов I/OR и I/OW осуществляется системным контроллером по сигналу STSTB, снимаемому с генератора тактовых импульсов.

Вывод информации из микропроцессора происходит через канал А интерфейса по команде вывода OUT, второй байт которой является адресом канала А. Канал А программируется в режим О на вывод информации. При этом линии a₀ –a₆ канала А содержат код выводимого числа, а линия а₇ — знак числа. Линии а₀—а₇ непосредственно подключаются к соответствующим входам ЦАП. После прохождения команды OUT на выходе ЦАП появляется напряжение, однозначно соответствующее коду выводимого числа.

Схема 7-разрядного микропроцессорного ЦАП параллельного  типа с выводом информации по запросу внешнего устройства ВУ приведена на рис. 12.4. Вывод цифрового кода осуществляется через канал А интерфейса ППИ типа К.Р58ОВВ55, установленный в режим стробируемой передачи с подтверждением вывода инфор­мации. Инициирование БИС интерфейса осуществляется по входу CS сигналом с дешифратора адреса ДША. Линии с₆, с₇ канала С интерфейса используются для передачи сигналов управ­ления. Ввод в микропроцессор стартового адреса прерывающей программы происходит через многорежимный буферный ре­гистр МБР типа К589ИР12, на входной шине данных которого установлен код операции RST «OUTP». Для вывода цифрового кода из микропроцессора внешнее устройство посылает сигнал запроса прерывания INT на вход STB регистра МБР, который

на своем выходе INT устанавливает нулевой уровень. Сигнал запроса прерывания INT с регистра через инвертор поступает на вход INT центрального процессорного элемента ЦПЭ. Если режим прерывания программно предусмотрен, то на выходе ШТА системного контроллера СКФ устанавливается _нулевой уровень, который инициирует регистр МБР по входу DS₁ В результате регистр передает на шину данных  ШД код операции RST и мик­ропроцессор входит в прерывающую программу. По команде OUT, записанной в подпрограмме обработки прерывания, микропро­цессор сигналом вывода информации I/O ^переписывает байт данных из аккумулятора в регистр канала А интерфейса ППИ. Цифровой код с выхода канала А поступает в параллельный ЦАП и преобразуется в аналоговый сигнал U. Одновременно с выводом в канал А интерфейса байта информации на линии с₇ формируется сигнал готовности канала А к выводу информации OBF_А. В ответ на этот сигнал внешнее устройство сбрасывает сигнал запроса прерывания INT и на линию с₆ интерфейса выдает сигнал под­тверждения вывода АСК_А, по которому интерфейс снимает сиг­нал OBF_A, разрешая вывод из микропроцессора нового байта информации  по очередному запросу  внешнего устройства.

Рассмотренные цифроаналоговые преобразователи находят ши­рокое использование при построении различных аналого-цифро­вых преобразователей типа «напряжение—код». По методу пре­образования аналоговой величины в цифровой код АЦП делят на последовательные, параллельные, о промежуточным преобра­зованием и комбинированные. Из перечисленных преобразова­телей наивысшим быстродействием при хороших точностных характеристиках обладают параллельные АЦП. Наивысшую точ­ность обеспечивают последовательные преобразователи.

2. Последовательные аналого-цифровые преобразователи «напря­жение—код».

Данные преобразователи делятся на АЦП последо­вательного приближения, со ступенчатым пилообразным напря­жением, следящие, конвейерные и АЦП, построенные по методу последовательного  счета   [6,  27].

Принцип работы АЦП последовательного приближения осно­ван на последовательном делении входного напряжения на эта­лонное напряжение, определяемое весом старшего разряда, затем полученного остатка — на эталонное напряжение, определяемое весом следующего разряда и т. д. до получения «-разрядного цифрового кода.

Наиболее широкое распространение на практике получили АЦП со ступенчатым пилообразным напряжением и следящие АЦП, реализующие принцип последовательного счета. На рис. 12.5 приведена схема АЦП со ступенчатым пилообразным напряжением. Принцип действия преобразователя заключается в следующем. Импульсом начала преобразования t_H сбрасывается счетчик СТ и устанавливается R—S триггер Т, разрешающий поступление импульсов с генератора тактовой частоты ГТЧ на вход С счетчика. По мере поступления импульсов счетчик на своем выходе формирует ступенчатый нарастающий код, который в параллельном ЦАП прообразуется в ступенчатое пилообразное напряжение U_K с шагом AU. В момент времени t_K когда входной сигнал U_вх < U_K, срабатывает компаратор К, сбрасывающий по входу R триггер Т и прекращающий поступление импульсов на счетчик. Процесс преобразования заканчивается. Цифровой код счетчика СТ является цифровым аналогом входного сиг­нала. Для преобразования разно полярных входных сигналов используется компаратор знака К_зн формирующий знаковый разряд а_зн и инвертирующий входной код и полярность выходного напряжения U_K преобразователя «код—напряжение» при измене­нии полярности входного сигнала. Недостатком рассмотренного преобразователя является низкое быстродействие.

Значительное увеличение быстродействия достигается в АЦП

следящего типа, в которых осуществляется сравнение      преобразуемого напряжения U_вх с выходным напряжением U_K и изменяется код в счетчике в зависимости от результата сравнения до тех пор, пока  U_вх не будет скомпенсировано напряжением U_K с точ­ностью  АU

Рис.  12.5. Последовательный АЦП со ступенчатым пилообразным  напряжением

Структурная схема следящего АЦП с преобразованием разно-полярного входного сигнала приведена на рис. 12.6. В состав преобразователя входит реверсивный счетчик, который управ­ляется компаратором К и выполняет суммирование или вычита­ние импульсов генератора тактовой частоты. Для преобразования двух полярных входных сигналов используется знаковый компара­тор К_т, инвертирующий, как и в предшествующем случае, входной код и полярность выходного напряжения ЦАП при из­менении полярности входного сигнала. Другие типы последова­тельных аналого-цифровых преобразователей рассмотрены в ра­боте  [6].

Контрольные вопросы:

1.Принципы работы микропроцессорного цифроаналогового преобразователя?

2.Последовательные аналого-цифровые преобразователи «напря­жение—код»?

3.Последовательный АЦП со ступенчатым пилообразным  напряжением?

{/spoilers}