Курсовая работа (т): Спряження інтегральних ЦАП І АЦП з мікропроцесорними системами

Підвищена точність ЦАП забезпечується тим, що пристрій час від часу переводиться у режим самоналаштування. У цьому режимі до кожного з конденсаторів матриці підмикаються допоміжні конденсатори малої ємності до того часу, поки сумарна ємність не стане більшою за суму ємностей конденсаторів молодших розрядів на ємність конденсатора най молодшого розряду. При цьому точність налаштування становить 0,25 ємності цього розряду.

3.СТРУКТУРНА СХЕМА СПРЯЖЕНОГО ПІДКЛЮЧЕННЯ АЦП І ЦАП ДО МПП

На аналоговий вхід АЦП подається сигнал x(t) через резистор R , який визначає масштаб перетворення. Цифрові виходи Р (1-8) АЦП підключені до каналу А ППІ. Виводи, що відповідають сигналам П (пуск) і ГТ (готовність), підключені відповідно до розрядів 0 і 4 каналу С. Цифрові входи ЦАП підключені до каналу В. На виході блоку ЦАП (з відповідними елементами) формується аналоговий сигнал y(t). Обмін між ППІ і МП здійснюється через виводи D (0-7), які підключені до шини даних. Канал А і старша тетрада каналу С (розряди 4-7) ППІ повинні бути запрограмовані на ввід інформації, канал В і молодша тетрада каналу С (розряди 0-3) - на вивід.

На схемі 8 наведено приклад фрагменту схеми підключення АЦП до шин МПП в режимі вводу вводу інформації через переривання при використанні команди RST N (рестарт). Запуск АЦП (сигнал П), як і в режимі програмного опитування, здійснюється через паралельний інтерфейс КР580ВВ55 (розряд 0 каналу С). ППІ використовується в режимі 0, сигнал ГТ після інвертування поступає на вхід синхронізації тригера К155ТМ2. Коли на вході “С” відбувається перехід від рівня логічного 0 до рівня логічної 1, дані з входу D (тобто логічна 1) передаються на вихід Q , який з’єднаний з виводом запиту переривання INT мікропроцесора КР580ВМ80. Очевидно, що ця зміна стану тригера відбувається лише тоді, коли на вході “R” (виводі INTE ) сигнал має рівень логічної 1, тобто переривання дозволено.

Схема 8. Приклад фрагменту схеми підключення АЦП до шин МПП.

. Вибір типу ЦАП. Цифро-аналоговий перетворювач забезпечує перетворення вихідного цифрового коду в аналогову величину (напругу, струм). Застосовують в основному два методи ЦАП: складання одиничних еталонних величин або складання еталонних величин, ваги котрих відрізняються. Його основу складають цифровий код і прецизійне джерело зразкової напруги Uзр, що підключені до резисторної матриці. Якщо на вхід ЦАП подаємо позиційний двійковий цифровий код dndn-1,...,d1d0, то вихідна напруга дорівнюватиме :

вих = Uзр[(R/2R) dn +(R/4R)dn-1+...+(R/2nR)d1+(R/2n+1 R)d0].

Співвідношення значень опорів матричних резисторів виготовлені з високою точністю для забезпечення необхідної лінійності перетворення вхідного цифрового коду в вихідну напругу.

Класифікація ЦАП проводиться за:

способом формування вихідної напруги (складання напруг, струмів, ділення напруг);

виду вихідного сигналу (з виходом по струму, з виходом по напрузі);

полярності вихідної напруги (постійна, змінна).

Таблиця 3.

Основні параметри ряду мікросхем ЦАП

Так наприклад, мікросхема ЦАП К572ПА2 може працювати в режимі 2-квадрантного (однополярний сигнал на двополярний Uоп) та 4-х квадрантного (двополярний сигнал на двополярний Uоп) формування вихідної напруги. Наприклад, режим чотирьохквадрантного перемноження дасть наступну залежність виходу від вхідного коду:

Таблиця 4

В даному підрозділі необхідно навести дані про електричні параметри ЦАП. Приклад приведення таблиці електричні параметри одного з ЦАП:

Таблиця 5

Основні електричні параметри ІС К1108ПА1

Для спряження АЦП і ЦАП з МП доцільно використати програмований паралельний інтерфейс (ППІ) КР580ВВ55, що має режими роботи 0 або 1 (відповідно варіанту завдання).

Приклад приведення структурної схеми спряження підключення ЦАП до МП:

Схема 9. Структурна схема спряжене підключення МП і ЦАП.

Структура представлення даних. Структура даних, які входять в рівняння цифрового фільтра, визначається коефіцієнтами рівняння і заданою розрядністю АЦП.

Нехай отримане рівняння ЦФ має вигляд: yn = a1yn-1 +b0xn+b1xn-1 .

Вхідний сигнал є однополярним або двополярним, розрядність АЦП дорівнює 8. Тоді, результат перетворення АЦП в залежності від вхідного сигналу подамо у вигляді таблиць 6, та 7.

Таблиця 6

Однополярна вхідна напруга Uxn виражатиметься через вихідний код АЦП xn за таблицею 6.= xnUxmax/28

Таблиця 7

Для двополярної вхідної напруги Uxn матимемо залежність з вихідним кодом АЦП xn

Uxn = Uxmax(xn/27 -1).

Результат перетворення 8 - розрядного блоку ЦАП в залежності від цифрового коду yn вихідної напруги Uyn подано у вигляді таблиці

Таблиця 8

Підставимо залежності у рівняння цифрового фільтра :

Uymax yn /28 = a1 Uymax yn-1/28 +b0 Uxmax xn/28 +b1 Uxmax xn-1/28 ,

Коефіцієнти цифрового фільтру при xn, xn-1 залежать від співвідношення напруг (Uymax/Uxmax ) на вході АЦП і виході ЦАП даного МПП. Тому при аналізі структури даних це необхідно враховувати або вибирати перетворювачі з електричними параметрами (Uymax/Uxmax )=1

В даному підрозділі необхідно проаналізувати максимальне і мінімальне можливі вихідні значення yn. Наприклад, для рівняння ЦФ : yn = a1yn-1 +b0xn+b1xn-1, коефіцієнти  представляються однобайтовими числами. В конкретному випадку необхідно проаналізувати їхні значення (більші, чи менші одиниці). Для оцінки yn max приймаємо для заданої розрядності АЦП максимальні кодові комбінації для значень yn-1, xn, xn-1 :

yn(max) = a1yn-1(max) +b0xn(max )+b1xn-1(max).

У випадку, коли a1 , b0 , b1 <1 і додатні(max) < 3 yn(max).

Отже, щоб оброблене пропорційне до заданої розрядності вхідне значення в МПП відповідало реальному масштабу його необхідно підсилити в три рази в даному конкретному випадку. Аналогічний аналіз виконується і для оцінки мінімального вихідного значення yn min через yn-1, xn, xn-1 , тобто для мінімальних кодових комбінацій однакової заданої розрядності n для АЦП, ЦАП.

Розрядність кожного з добутків a1yn-1 ,  і  не буде перевищувати (n x nk) , де nk - розрядність коефіцієнтів a1,b0,b1- В конкретному випадку необхідно буде визначитись з цілою частиною і дробовою.

В наведеній оцінці розрядності  і  необхідно врахувати можливість збільшення розрядності за рахунок операцій множення і додавання складових в рівнянні ЦФ в процесі обчислення, а також і можливе округлення. Тільки кінцева вихідна величина  при подачі в ЦАП приводиться в межі відведеної розрядності n. Це пов’язано з тим, що в процесі мікропроцесорної обробки накопичуються похибки квантування АЦП, похибки округлення арифметичних операцій, похибки трансформації та інші, які недоцільно відтворювати на виході системи. Тобто, зсувом накопичених добутків позиції вправо до отримання n розрядності формуються вихідні значення, що будуть подаватися в ЦАП.

Дані представляються у вигляді таблиці, щоб краще зрозуміти їх розміщення в оперативній пам’яті. Наприклад, для представлення величин коли a1 , b0 , b1 потрібно по nk біт, а для величини xn, xn-1 - по n біт. Величина  займатиме (n x nk) комірок пам’яті. Після обчислення і виведення  воно заміщує величину ,  - величину , а значення  вводиться від АЦП.

Одержана структура представлення даних визначає формати виконання арифметичних операцій обчислення вихідного значення цифрового фільтра.

ВИСНОВОК

Аналого-цифровий перетворювач (АЦП, англ. Analog-to-digital converter, ADC) - пристрій, що перетворює вхідний аналоговий сигнал в дискретний код (цифровий сигнал). Зворотне перетворення здійснюється за допомогою ЦАП (цифро-аналогового перетворювача, DAC). Інтегральні аналого-цифрові перетворювачі (АЦП) випускаються вже понад 30 років. За цей час розроблені і проводяться сотні моделей АЦП, що відрізняються точністю, швидкодією, споживанням енергії і ціною. При виборі конкретної мікросхеми розробник звертає увагу, насамперед на сукупність її показників якості (параметрів).

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

Алексенко А.Г., Шагурин П.И. Микросхемотехника: Учеб. пособие для вузов. -М.: Радио и связь, 1990, - 496 с.

Угрюмое Е.П. Цифровая схемотехника: Учеб. пособие - СПб.: БХВ - Петербург, 2001. - 528 с.

Бабич М.П., Жуков І.А. Комп'ютерна схемотехніка. Навч. посібник. - К.: НАУ, 2002. - 508 с.

Прикладная теория цифровых автоматов / К.Г. Самофалов, А.М. Романкевич, В.Н’. Валуйский и др. - К.: Вища шк., 1987. - 375 с.

Соломатин Н.М. Логические элементы ЭВМ: Практ. пособие для вузов. - 2-е изд., перераб. ‘’’и доп. - М.: Высш. шк., 1990. - 160 с.

Схемотехника ЭВМ: Учебник / Под ред. Г.Н. Соловьева. - М.: Высш. шк., 1985. - 391 с.’’

Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справ. Т.3. - М.: КУбК-а, 1997. - 544 с.

Логические ИС КР1533, КР1554: Справ. В 2-х частях / И.И. Петровский, А.В. Прибыльский, А.А. Троян, В.С. Чувелев. - М.: Бином, 1993. - 496 с.

Логические основы и схемотехника цифровых ЭВМ: Практикум. / В.И. Жабин, В.В. Ткаченко, А.А. Зайцев, Р.Л. Антонов - К.: ВЕК+, 1999. - 128 с.

ГОСТ 2.743-91. ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Элементы цифровой техники. - Введ. 01.01.93.

ГОСТ 2.743-91. ЕСКД. Правила выполнения электрических схем цифровой вычислительной техники. - Введ. 01.01.82.

ДОДАТОК А