Радиоэлектроника

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)



                    МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ


   Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”


               Кафедра обчислювальної техніки та програмування



УДК 681.3

Інв №



                        АНАЛОГО ЦИФРОВИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ
              Альбом документів курсового проекту по дисципліні
                         “Комп’ьютерна електроніка ”



                            АПЗ.38.098424.003 ДКП



                                Харків  2001

                    МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ


   Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”


               Кафедра обчислювальної техніки та програмування



УДК 681.3

Інв №



                                                      ЗАТВЕРДЖУЮ
                                                      Завідуючий кафедрою
                                                      ОТП

                                                      __________(Домнін
                                                      Ф.А.)

                                                      “_____”_________2001
                                                      р.



                        АНАЛОГО ЦИФРОВИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ


                              Відомість проекту



                            АПЗ.38.098424.003 ВП



                                                      Розробники
                                                      Керівник проекту
                                                      ______(Скородєлов
                                                      В.В.)
                                                      “_____”_________2001
                                                      р.
                                                      Виконавець
                                                      ______(Борщ С.)
                                                      “_____”_________2001
                                                      р.



                                Харків  2001
|   |Зон|Поз|                         |                 |Кол. |            |
|   |а  |.  |Обозначение              |Наименование     |листо|Примечание  |
|   |   |   |                         |                 |в    |            |
|   |   |   |                         |                 |     |            |
|Фор|   |   |                         |                 |     |            |
|мат|   |   |                         |                 |     |            |
|   |   |   |                         |                 |     |            |
|   |   |   |                         |Документация     |     |            |
|   |   |   |                         |общая            |     |            |
|   |   |   |                         |                 |     |            |
|А4 |   |   |ОАП.58Б.098424.003 ТЗ    |Техническое      |     |            |
|   |   |   |                         |задание          |2    |            |
|А4 |   |   |АПЗ.38.098424.003 ПЗ     |Пояснительная    |     |            |
|   |   |   |                         |записка          |24   |            |
|А4 |   |   |АПЗ.38.098424.003 Э1     |Схема            |     |            |
|   |   |   |                         |электрическая    |     |            |
|   |   |   |                         |структурная      |1    |            |
|А4 |   |   |АПЗ.38.098424.003 Э3     |Схема            |     |            |
|   |   |   |                         |электрическая    |     |            |
|   |   |   |                         |функциональная   |1    |            |
|   |   |   |                         |                 |     |            |
|   |   |   |                         |                 |     |            |
|   |   |   |                         |                 |     |            |
|   |   |   |                         |                 |     |            |
|   |   |   |                         |                 |     |            |
|   |   |   |                         |                 |     |            |
|   |   |   |                         |                 |     |            |
|   |   |   |                         |                 |     |            |
|   |   |   |                         |                 |     |            |

|   |   |        |     |   |АПЗ.38.098424.003 ВП                           |
|   |   |        |     |   |                                               |
|   |   |        |     |   |                                               |
|Изм|Лит|№ докум |Подпи|Дат|АНАЛОГО ЦИФРОВИЙ         |Лит  |Лист  |Листов|
|   |   |        |сь   |а  |ПЕРЕТВОРЮВАЧ             |     |      |      |
|   |   |        |     |   |Ведомость проекта        |     |      |      |
|Разраб |Борщ С. |     |   |                         |К| | |2     |2     |
|Провер |Скородел|     |   |                         |НТУ “ХПИ”            |
|       |ов В    |     |   |                         |                     |
|       |        |     |   |                         |Кафедра ВТП          |
|       |        |     |   |                         |                     |
|Утв.   |Домнин  |     |   |                         |                     |
|       |Ф. А.   |     |   |                         |                     |

                                  Аннотация


      В данном курсовом проекте разработан многоканальный  быстродействующий
аналого-цифровой преобразователь, построенный по  принципу  прогрессирующего
поразрядного сравнения  суммы  опорных  напряжений  с  входным  сигналом,  с
использованием резисторного моста Уина как источника "взвешенного"  опорного
напряжения.
        Разработка   построена   на   быстродействующих    компараторах    и
быстродействующих аналоговых ключах для “взвешенного” сигнала с  управлением
от однокристального микроконтроллера.
      В связи с развитием  технологии  изготовления  интегральных  микросхем
данный проект предполагает изготовление АЦП в интегральном исполнении.
       Альбом  документов  курсового  проекта  кроме  пояснительной  записки
вмещает также чертеж структурной и функциональной схемы устройства.



                     МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ


   Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”


               Кафедра обчислювальної техніки та програмування



УДК 681.3

Інв №



                                                      ЗАТВЕРДЖУЮ
                                                      Завідуючий кафедрою
                                                      ОТП

                                                      __________(Домнін
                                                      Ф.А.)

                                                      “_____”_________2001
                                                      р.



                        АНАЛОГО ЦИФРОВИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ


                              Технічне завдання



                            АПЗ.38.098424.003 ТЗ



                                                      Розробники
                                                      Керівник проекту
                                                      ______(Скородєлов
                                                      В.В.)
                                                      “_____”_________2001
                                                      р.
                                                      Виконавець
                                                      _______(Борщ С.)
                                                      “_____”_________2001
                                                      р.



                                Харків  2001
|Техническое  задание                                                         |
|                                                                             |
|Разработать быстродействующтий многоканальный АЦП с управлением от           |
|микроконтроллера.                                                            |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|   |   |        |     |   |АПЗ.38.098424.003 ТЗ                           |
|   |   |        |     |   |                                               |
|   |   |        |     |   |                                               |
|Изм|Лит|№ докум |Подпи|Дат|Аналого цифровой         |Лит  |Лист  |Листов|
|   |   |        |сь   |а  |преобразователь          |     |      |      |
|   |   |        |     |   |                         |     |      |      |
|   |   |        |     |   |Техническое задание      |     |      |      |
|Разраб |Борщ С..|     |   |                         |К| | |2     |2     |
|Провер |Скородел|     |   |                         |НТУ “ХПИ”            |
|       |ов В.   |     |   |                         |                     |
|       |        |     |   |                         |Кафедра ВТП          |
|       |        |     |   |                         |                     |
|Утв.   |Домнин  |     |   |                         |                     |
|       |Ф. А,   |     |   |                         |                     |
                    МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ


   Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”


               Кафедра обчислювальної техніки та програмування



УДК 681.3

Інв №



                                                      ЗАТВЕРДЖУЮ
                                                      Завідуючий кафедрою
                                                      ОТП

                                                      __________(Домнін
                                                      Ф.А.)

                                                      “_____”_________2001
                                                      р.



                        АНАЛОГО ЦИФРОВИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ


                            Пояснювальна записка



                            АПЗ.38.098424.003 ПЗ



                                                      Розробники
                                                      Керівник проекту
                                                      ______(Скородєлов
                                                      В.В.)
                                                      “_____”_________2001
                                                      р.
                                                      Виконавець
                                                      _______(Борщ С.)
                                                      “_____”_________2001
                                                      р.



                                Харків  2001
|Реферат.                                                                     |
|                                                                             |
|Данный документ представляет собой пояснительную записку объемом 24 листа. В |
|пояснительной записке представлено 2 таблицы, 11 рисунков, использовано 8    |
|источников литературы и сеть Internet.                                       |
|В данном курсовом проекте разработан многоканальный быстродействующий        |
|аналого-цифровой преобразователь, построенный по принципу поразрядного       |
|сравнения суммы опорных напряжений с входным сигналом, с использованием      |
|резисторного моста Уина как источника "взвешенного" опорного напряжения.     |
|Разработка построена на быстродействующих компараторах и быстродействующих   |
|аналоговых ключах для “взвешенного” сигнала с управлением от однокристального|
|микроконтроллера.                                                            |
|В связи с развитием технологии изготовления интегральных микросхем данный    |
|проект предполагает изготовление АЦП в интегральном исполнении.              |
|Альбом документов курсового проекта кроме пояснительной записки содержит     |
|также чертежи структурной и принципиальной схем устройства.                  |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|   |   |        |     |   |АПЗ.38.098424.003 ПЗ                           |
|   |   |        |     |   |                                               |
|   |   |        |     |   |                                               |
|Изм|Лит|№ докум |Подпи|Дат|Аналого цифровой         |Лит  |Лист  |Листов|
|   |   |        |сь   |а  |преобразователь          |     |      |      |
|   |   |        |     |   |                         |     |      |      |
|   |   |        |     |   |Пояснительная записка    |     |      |      |
|Разраб |Борщ С. |     |   |                         |К| | |2     |24    |
|Провер |Скородел|     |   |                         |НТУ “ХПИ”            |
|       |ов В.   |     |   |                         |                     |
|       |        |     |   |                         |Кафедра ВТП          |
|       |        |     |   |                         |                     |
|Утв.   |Домнин  |     |   |                         |                     |
|       |Ф. А.   |     |   |                         |                     |
|Содержание                                                                   |
|                                                                             |
|Введение                                                                     |
|1. Разработка структурной схемы устройства и обоснования принятых решений    |
|Выбор и обоснование структурной схемы                                        |
|Разработка функциональных схем отдельных блоков устройства                   |
|Краткое описание работы  схемы                                               |
|Техническое обоснование выбора компонентов схемы                             |
|Описания принципа действия отдельных блоков                                  |
|Коммутатор и усилитель входных сигналов                                      |
|Схема автоматического переключения полярности опорного напряжения            |
|Источник опорного напряжения                                                 |
|Блок делителей опорного напряжения                                           |
|Блок суммирующих компараторов с аналоговыми ключами для "взвешенного сигнала"|
|                                                                             |
|Схема управления на микроконтроллере                                         |
|Алгоритм управления АЦП                                                      |
|Схема электрическая принципиальная                                           |
|Расчет временных характеристик                                               |
|Список использованной литературы                                             |
|Заключение                                                                   |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|   |   |       |     |   |АПЗ.38.098424.003 ПЗ                       |Лист|
|   |   |       |     |   |                                           |3   |
|Изм|Лит|№ докум|Подпи|Дат|                                           |    |
|   |   |       |сь   |а  |                                           |    |
|Введение                                                                     |
|Кроме чисто «цифрового» сопряжения (ключи, лампы и т. п.), часто требуется   |
|преобразовать аналоговый сигнал в число, пропорциональное амплитуде сигнала и|
|наоборот. Это играет важную роль в тех случаях, когда компьютер или процессор|
|регистрируют или контролируют ход эксперимента или технологического процесса,|
|или всякий раз, когда цифровая техника используется для выполнения           |
|традиционно аналоговой работы. Аналого-цифровое преобразование следует       |
|использовать в областях, где для обеспечения помехоустойчивой и              |
|шумозащищенной передачи аналоговая информация преобразуется в промежуточную  |
|цифровую форму (например, «цифровая звукотехника» или импульсно-кодовая      |
|модуляция). Это требуется в самых разнообразных измерительных средствах      |
|(включая обычные настольные приборы типа цифровых универсальных измерительных|
|прибором и более экзотические приборы, такие, как усреднители переходных     |
|процессов, «ловушки для выбросов» и осциллографы с цифровой памятью), а также|
|в устройствах генерации и обработки сигналов, таких, как цифровые синтезаторы|
|колебаний и устройства шифрования данных.                                    |
|И, наконец, техника преобразования является существенной составляющей        |
|способов формирования аналоговых изображений с помощью цифровых средств,     |
|например, показаний измерительных приборов или двух координатных изображений,|
|создаваемых компьютером. Даже в относительно простой электронной аппаратуре  |
|существует масса возможностей для применения аналого-цифрового и             |
|цифро-аналогового преобразования.                                            |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|   |   |       |     |   |АПЗ.38.098424.003 ПЗ                       |Лист|
|   |   |       |     |   |                                           |4   |
|Изм|Лит|№ докум|Подпи|Дат|                                           |    |
|   |   |       |сь   |а  |                                           |    |
|РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА И ОБОСНОВАНИЕ ПРИНЯТЫХ РЕШЕНИЙ       |
|                                                                             |
|Выбор  и  обоснование  структурной  схемы                                    |
|                                                                             |
|В настоящее время, при разработке проектов радиоэлектронных устройств,       |
|приоритетными являются разработки предусматривающие интегральное исполнение. |
|                                                                             |
|Исходя из этого, предлагается схема аналого- цифрового преобразователя,      |
|обладающая в интегральном исполнениии (т.е. выполненная в одном кристалле)   |
|более высокими параметрами, чем при изготовлении на дискретных элементах. Так|
|как изготовления прецизионных конденсаторов интегральном исполнении является |
|сложной технологической проблемой, в предлагаемой разработке из измерительных|
|цепей конденсаторы исключены.                                                |
|По той же причине технологической сложности изготовления источника опорного  |
|напряжения предлагается схема с использованием моста Уина (Вина).            |
|Само ядро АЦП - схема на компараторах с суммированием опорного напряжения,   |
|выбрана из-за отсутствия сложных схем тактирования и переключения, а         |
|изготовление полупроводниковых резисторов и аналоговых ключей с заданными    |
|параметрами технологически легко решаема. Использование микроконтроллера     |
|оправданно возможностью программно компенсировать постоянную и               |
|систематическую погрешности, что в конечном счете повышает точность          |
|преобразования.                                                              |
|В данной разработке не рассматриваются:                                      |
|а) принцип действия микроконтроллера;                                        |
|б) программирование и способы обмена данными с внешними устройствами;        |
|г) тестирование, методы настройки и проверки,                                |
|поскольку вышеперечисленное выходит за рамки темы.                           |
|                                                                             |
|                                                                             |
|   |   |       |     |   |АПЗ.38.098424.003 ПЗ                       |Лист|
|   |   |       |     |   |                                           |5   |
|Изм|Лит|№ докум|Подпи|Дат|                                           |    |
|   |   |       |сь   |а  |                                           |    |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|1.2 Разработка  функциональных  схем  отдельных  блоков устройства           |
|                                                                             |
|                                                                             |
|Структурная схема АЦП (Рис 2) состоит из следующих блоков:                   |
|1. Аналоговый коммутатор;                                                    |
|2. Входной усилитель;                                                        |
|3. Схема автоматического переключения полярности опорного напряжения;        |
|4. Источник опорного напряжения;                                             |
|5. Блок делителей опорного напряжения с аналоговыми ключами для "взвешенного |
|сигнала";                                                                    |
|6. Блок компараторов;                                                        |
|7. Схема управления на микроконтроллере.                                     |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|   |   |       |     |   |АПЗ.38.098424.003 ПЗ                       |Лист|
|   |   |       |     |   |                                           |6   |
|Изм|Лит|№ докум|Подпи|Дат|                                           |    |
|   |   |       |сь   |а  |                                           |    |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|   |   |       |     |   |АПЗ.38.098424.003 ПЗ                       |Лист|
|   |   |       |     |   |                                           |7   |
|Изм|Лит|№ докум|Подпи|Дат|                                           |    |
|   |   |       |сь   |а  |                                           |    |
|                                                                             |
|1.3 Краткое описание работы схемы.                                           |
|                                                                             |
|Входные аналоговые сигналы подаются на входы аналогового мультиплексора AnS, |
|управляемого микроконтроллером МС. С выхода мультиплексора, через            |
|широкополосный усилитель сигнал подаётся на вход блока компараторов CPM,     |
|также усиленный сигнал подаётся на вход схемы автоматического переключения   |
|полярности опорного напряжения AuS.                                          |
|Со схемы источника опорного напряжения Uc опорное напряжение подаётся на блок|
|резисторных делителей с аналоговыми ключами RLin и далее на другой вход блока|
|компараторов. С выхода блока компараторов цифровой код, эквивалентный        |
|входному измеряемому сигналу, по команде микроконтроллера MC записывается в  |
|регистр RG, из которого считывается микроконтроллером для обработки и        |
|передачи внешним устройствам.                                                |
|                                                                             |
|1.4 Техническое обоснование выбора компонентов схемы.                        |
|                                                                             |
|В этом разделе рассматривается выбор компонентов для исполнения АЦП на       |
|дискретных элементах.                                                        |
|Фирмы занимающиеся производством полупроводниковых компонентов предоставляют |
|широкий выбор быстродействующих полупроводниковых элементов: аналоговые      |
|ключи, широкополосные операционные усилители, компараторы и т.д. К сожалению,|
|отечественная промышленность не производит компоненты с необходимыми         |
|параметрами, поэтому в разработке использована продукция зарубежных          |
|производителей. Так в качестве входного мультиплексора можно предложить      |
|микросхему 74AC4051 позволяющую коммутировать сигналы с частотой до 100МГц.  |
|Для аналоговых ключей в блоке делителей можно, к примеру, использовать       |
|микросхемы IH5341 или более быстродействующие, так фирмой "Philips"          |
|производятся аналоговые ключи с временем задержки до 2 наносекунд.           |
|                                                                             |
|   |   |       |     |   |АПЗ.38.098424.003 ПЗ                       |Лист|
|   |   |       |     |   |                                           |8   |
|Изм|Лит|№ докум|Подпи|Дат|                                           |    |
|   |   |       |сь   |а  |                                           |    |
|Имеется также широкий выбор широкополосных операционных усилителей           |
|(см.таблицу 1).                                                              |
|                                                                             |
|[pic]                                                                        |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|   |   |       |     |   |АПЗ.38.098424.003 ПЗ                       |Лист|
|   |   |       |     |   |                                           |9   |
|Изм|Лит|№ докум|Подпи|Дат|                                           |    |
|   |   |       |сь   |а  |                                           |    |
|Для схемы входного усилителя и высокоскоростных компараторов (см. таблицу 2).|
|                                                                             |
|                                                                             |
|[pic]                                                                        |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|   |   |       |     |   |АПЗ.38.098424.003 ПЗ                       |Лист|
|   |   |       |     |   |                                           |10  |
|Изм|Лит|№ докум|Подпи|Дат|                                           |    |
|   |   |       |сь   |а  |                                           |    |
|                                                                             |
|2. Описание принципа действия отдельных блоков.                              |
|                                                                             |
|2.1. Коммутатор и усилитель входных сигналов.                                |
|Схема состоит из быстродействующего аналогового коммутатора, разрядность     |
|которого определяет заказчик(увеличение числа разрядов увеличивает время     |
|цикла АЦП, что снижает общее быстродействие схемы) и широкополосного         |
|операционного усилителя(здсь приходится идти на компромисс мехду шумовыми    |
|характеристиками, смещением нуля, точностью ОУ и максимальной широтой        |
|пропускаания). За исключением того, что в данной схеме необходимо            |
|использовать компоненты разработанные ведущими производителями               |
|полупроводниковых элементов("Motorola", "Philips", "Advantech" и др.),       |
|использованны стандартные схемы включения мультиплексора и усилителя.        |
|Управление мультиплексором производится от микроконтроллера.                 |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|   |   |       |     |   |АПЗ.38.098424.003 ПЗ                       |Лист|
|   |   |       |     |   |                                           |11  |
|Изм|Лит|№ докум|Подпи|Дат|                                           |    |
|   |   |       |сь   |а  |                                           |    |
|                                                                             |
|2.2. Схема автоматического переключения полярности опорного напряжения.      |
|Схема состоит из "hight-speed"-компараторов и двух буферов, один из которых -|
|инвертирующий. Схема сравнивает полярность входного сигнала относительно     |
|"измерительной земли", и при различной полярности воздействует на аналоговые |
|ключи К1 и К2 (Рис. ), изменяя полярность опорного напряжения относительно   |
|"измерительной земли" на ту же, что имеет входной сигнал.                    |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|2.3. Источник опорного напряжения                                            |
|                                                                             |
|Источник опорного напряжения использует свойство моста Уитстона -            |
|стабильность тока разбаланса моста, при неизменных значениях сопротивлений   |
|плеч моста, т.е. Ip=0 при R1*R3=R2*R4(см. Рис. 5 ).                          |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|   |   |       |     |   |АПЗ.38.098424.003 ПЗ                       |Лист|
|   |   |       |     |   |                                           |12  |
|Изм|Лит|№ докум|Подпи|Дат|                                           |    |
|   |   |       |сь   |а  |                                           |    |
|                                                                             |
|В качестве стабилизатора тока питания моста применина схема "токового        |
|зеркала", где для задания коллекторного тока опорного транзистора            |
|используется схема источника тока на полевом транзисторе(см. Рис. 6 ).       |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|Дополнительные резисторы совместно с аналоговыми ключами в верхних по схеме  |
|плечах моста служат для переключения направления тока разбаланса моста, и    |
|следовательно полярности опорного напряжения.                                |
|При температурном градиенте плеч моста, стремящемся к нулю,что решается      |
|компактным расположением резисторов моста или интегральным исполнением, ток  |
|разбаланса моста  обусловливается только сопротивлением нагрузки моста,      |
|которе в данной схеме постоянно.                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|   |   |       |     |   |АПЗ.38.098424.003 ПЗ                       |Лист|
|   |   |       |     |   |                                           |13  |
|Изм|Лит|№ докум|Подпи|Дат|                                           |    |
|   |   |       |сь   |а  |                                           |    |
|                                                                             |
|2.4. Блок делителей опорного напряжения.                                     |
|                                                                             |
|Блок делителей опорного напряжения представляет собой линейку резисторов с   |
|отношением сопротивленя следующего резистора к предыдущему как 2/1, т.е.     |
|сопротивление резистора R1(см. Рис. 7) равно сумме всех следующих резисторов |
|- R1=R2+R3+R4+R5+R6; сопротивление резистора R2=R3+R4+R5+R6 и т.д.           |
|Соответственно напряжение в точке "a" будет равно половине опорного          |
|напряжения, в точке "b" - четверти и т.д.                                    |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|2.5. Блок суммирующих компараторов с аналоговыми ключами для "взвешенного    |
|сигнала".                                                                    |
|                                                                             |
|Блок компараторов с аналоговыми ключами является ядром АЦП, именно он        |
|производит преобразование аналогового сигнала в цифровой код.(Рис 8)         |
|Преобразогвание аналогового сигнала в цифровой происходит непрерывно, т.е.   |
|любое изменение входного сигнала, за исключением временных задержек схемы,   |
|тотчас преобразуется в цифровой код.                                         |
|Схема работает следующим образом.                                            |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|   |   |       |     |   |АПЗ.38.098424.003 ПЗ                       |Лист|
|   |   |       |     |   |                                           |14  |
|Изм|Лит|№ докум|Подпи|Дат|                                           |    |
|   |   |       |сь   |а  |                                           |    |

|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|  |   |         |     |   |АПЗ.38.098424.003 ПЗ                       |Лист|
|  |   |         |     |   |                                           |15  |
|Из|Лит|№ докум  |Подпи|Дат|                                           |    |
|м |   |         |сь   |а  |                                           |    |
|                                                                             |
|                                                                             |
|Входной сигнал подаётся одновременно на входы всех компараторов.             |
|Компаратор C1 сравнивает входной сигнал с половиной опорного напряжения, если|
|входной сигнал превышает половину опорного напряжения то на выходе           |
|компаратора появляется высокий уровень, который вызывает включение аналоговых|
|ключей Kx.1, и следовательно подачу Uоп/2 на входы остальных компараторов,   |
|также этот высокий уровень поступает на вход D1 регистра "RG". Компаратор C2 |
|сравнивает входной сигнал с одной четвёртой опорного напряжения, если входной|
|сигнал не превышает половины опорного напряжения, если превышает то          |
|сравнивает с суммой 1/4 и 1/2 опорного напряжения. В любом из случаев если   |
|входной сигнал превышает опорный(сумму опорных) компаратор C2 включает Uоп/4 |
|на входы последующих компараторов подаёт "1" на вход D2 регистра "RG", в     |
|противном случае Uоп/4 не подаётся к последующим компараторам и на входе D2  |
|регистра "RG" "0". Аналогичным образом работают последующие каскады.         |
|Вследствии того, что цифровой код на выходе преобразователя непрерывно       |
|изменяется, отслеживая входной сигнал, то необходимая частота дискретизации  |
|задаётся программно, с учётом временных задержек элементов схемы.            |
|2.6. Схема управления на микроконтроллере.                                   |
|                                                                             |
|Схема управления на микроконтроллере состоит из регистра "RG" 74AC373 или    |
|любого функционально аналогичного и однокристального микроконтроллера "MC"   |
|типа SX28AC200 производства фирмы "SCENIX" с тактовой частотой 200МГц(см.    |
|Рис. 9).                                                                     |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|   |   |       |     |   |АПЗ.38.098424.003 ПЗ                       |Лист|
|   |   |       |     |   |                                           |17  |
|Изм|Лит|№ докум|Подпи|Дат|                                           |    |
|   |   |       |сь   |а  |                                           |    |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|Микроконтроллер после запуска по завершении программы теста и начальных      |
|установок (см. алгоритм на рис. 10 ) выбирает мультиплексор AnS вход CE-,    |
|выставляет на входах A0-A2 адрес канала I0 и сигналом OE- разрешает передачу |
|входного сигнала I0 на выход OUT мультиплексора, по истечении выдержки       |
|времени неоходимой для установления кода на входах регистра "RG"             |
|микроконтроллер даёт команду записи в регистр, из которого считывает данные  |
|во внутренее ОЗУ, после чего следуют програмно-заданное кличество циклов     |
|выдержки времени, записи в регистр и переноса в ОЗУ. Далее сигналом OE-      |
|запрещается передача со входа I0 на выход мультиплексора, устанавливается на |
|входах A0-A2 адрес  следующего канала и производится цикл преобразования и   |
|считывания. По окончании цикла поледнего считывания канала микроконтроллер   |
|производит завершение операций по обработке полученых значений и сохраняет   |
|данные в буфере. Далее запрещается передача входного аналогового сигнала на  |
|выход мультиплексора и если считан не последний канал, то инкрементируется   |
|адрес канала мультиплексора и продолжается цикл чтения и преобразования. По  |
|завершении цикла обработки последнего канала проверяется был ли запрос на    |
|обмен от внешнего устройства, если да то производится обмен и очищается      |
|буфер, иначе буфер проверяется на переполнение и при необходимости очищается,|
|после чего весь цикл повторяется.                                            |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|  |   |         |     |   |АПЗ.38.098424.010 П3                       |Лист|
|  |   |         |     |   |                                           |19  |
|Из|Лит|№ докум  |Подпи|Дат|                                           |    |
|м |   |         |сь   |а  |                                           |    |
|3. Алгоритм управления АЦП.                                                  |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|   |   |       |     |   |АПЗ.38.098424.003 ПЗ                       |Лист|
|   |   |       |     |   |                                           |20  |
|Изм|Лит|№ докум|Подпи|Дат|                                           |    |
|   |   |       |сь   |а  |                                           |    |
|                                                                             |
|5. Расчет временных характеристик.                                           |
|                                                                             |
|Быстродействие схемы определяется временными задержками элементов схемы, и   |
|расчитывается как сумма всех послеловательно включенных элементов в наименее |
|быстродействующей ветви схемы, умноженной на коэффициент 1.15, т.е. если     |
|обработка сигнала производится параллельно несколькими участками схемы то за |
|основу для расчётов берётся участок имеющий наибольшее время задержки.       |
|В данном случае обработка сигнала идёт по одной ветви и следовательно        |
|задержка равна:                                                              |
|tALL=1.15*(tMX+tA1+6*tCMP+5*tSW+tCM1+tB+tK_SPP),                             |
|где                                                                          |
|tMX - время задержки входного мультиплексора nS;                             |
|tA1 - время задержки входного усилителя nS;                                  |
|tCMP - время задержки одного компаратора преобразователя nS;                 |
|5tSW - время задержки одного аналогового ключа преобразователя nS;           |
|tCM1 - время задержки компаратора переключателя полярности nS;               |
|tB - время задержки буферных элементов переключателя полярности nS;          |
|tK_SPP - время задержки одного аналогового ключа переключателя полярности nS.|
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|   |   |       |     |   |АПЗ.38.098424.003 ПЗ                       |Лист|
|   |   |       |     |   |                                           |22  |
|Изм|Лит|№ докум|Подпи|Дат|                                           |    |
|   |   |       |сь   |а  |                                           |    |
|                                                                             |
|СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ                                             |
|                                                                             |
|П.Хоровиц, У. Хилл  Искуство схемотехники 1 том. Москва «Мир» 1993.          |
|П.Хоровиц, У. Хилл  Искуство схемотехники 2 том. Москва «Мир» 1993.          |
|П.Хоровиц, У. Хилл  Искуство схемотехники 3 том. Москва «Мир» 1993.          |
|Богданович М.И., Грель И.Н. “Цифровые интегральные микросхемы”. Минск        |
|“Беларусь”, 1991.                                                            |
|Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах.          |
|Энергоатом издат 1988                                                        |
|У. Титце, К. Шенк Полупроводниковая схемотехника. Москва «Мир» 1982.         |
|ГОСТ 2.102-68. Виды и комплектность конструкторской докуметации. М.: 1988.   |
|ГОСТ 2.105-79. Общие требования к текстовым документам. М.: 1988.            |
|www.referatov.net                                                            |
|www.referat.ru                                                               |
|www.bankreferatov.ru                                                         |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|   |   |       |     |   |АПЗ.38.098424.003 ПЗ                       |Лист|
|   |   |       |     |   |                                           |23  |
|Изм|Лит|№ докум|Подпи|Дат|                                           |    |
|   |   |       |сь   |а  |                                           |    |
|                                                                             |
|Заключение                                                                   |
|                                                                             |
|                                                                             |
|В данном курсовом проекте разработано устройство ''Аналого цифровой          |
|преобразователь  с управлением от однокристалльного микроконтроллера, с      |
|ориентацией на интегральное исполнение''.                                    |
|Разработан основной алгоритм работы устройства,  а также чертеж схемы        |
|электрической принципиальной.                                                |
|Разработка не является полностью завершённой, т.к. отсутствуют полный расчёт |
|элементов схемы, программа обработки сигнала для микроконтроллера, узлы и    |
|прогаммы тестирования и юстировки.                                           |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|                                                                             |
|   |   |       |     |   |АПЗ.38.098424.003 ПЗ                       |Лист|
|   |   |       |     |   |                                           |24  |
|Изм|Лит|№ докум|Подпи|Дат|                                           |    |
|   |   |       |сь   |а  |                                           |    |

-----------------------



[pic]



??????????????????????????????????????????





смотреть на рефераты похожие на "Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) "