Разработка АЦП

РАЗРАБОТКА АЦП. ВВЕДЕНИЕВ данном курсовом проекте разработан аналого-цифровой преобразователь АЦП поразрядного кодирования, преобразующий входное напряжение 0-5 в в 12 разрядный цифровой код.Пояснительная записка содержит 2 раздела В первом разделе производится анализ методапреобразования и разрабатываетсяструктура устройства Второй раздел включает разработку устройства функциональная и принципиальная схемы . Объем пояснительной записки составляетлистов, в том числе 3 из них приложения.

АНАЛИЗ МЕТОДА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И ВЫБОР СТРУКТУРЫ АЦП.Анализ метода преобразования. Методпоразрядного кодирования, при котором входная величина Uвх последовательно сравнивается с суммой эталонов,имеющих значение квантов, где i n-1,n-2, .2,1,0 n 12 число разрядов выходного кода .Таким образом два соседних эталона отличаются в два раза по значению.Уравновешивание входной величины начинается с эталона имеющего максимальное значение.

В зависимостиот результата сравнения получается цифра в старшем разряде выходного кода,снимаемого с АЦП. Если эталон больше входной величины, то в старшем разрядекода ставится 0 и дальше происходит уравновешивание входной величины следующимэталоном в два раза меньшего значения. Если же первый эталон меньше или равен входной величине, то в старшем разряде выходного кода ставится 1 и дальше производитсяуравновешивание разности входной величины и первого эталона.

Аналогичныедействия производятся для всех используемых эталонов. Следовательно, послеокончания преобразования входная величина будет уравновешена суммой тех эталонов, у которых в соответствующих имразрядах кода стоят 1. Сравнение входной величины и суммы эталонов производитсяс помощью одного сравнивающего устройства 8 . Из описанного выше алгоритма классического методапоразрядного кодирования видно, что при реализации

этого метода преобразованиянеобходим набор из 12 эталонных величин от минимальной Uэ1 q равной кванту до максимальнойUn 2 , минимальную можно рассчитать по формуле 1.1 где Uэ1 величина напряжения младшего значащего разряда Uвмах максимальное входное напряжение АЦП n число разрядов в выходном коде.Исходя из заданных значений по формуле 1.1 рассчитаем

Uэ1 Таким образом величина младшего значащего разрядаприблизительно равна 1mv, что сзаданной точностью соответствует рассчитанному значению.Таким образом, величина старшего разряда будетвычисляться по формуле Т.е. величина старшего разряда будет равна 0,001220 2048 2.4985 в. Преобразователинапряжения в код выполненные в виде замкнутых систем со сравнением аналоговыхвеличин имеют цепь обратной связи, в которую включен цифро-аналоговыйпреобразователь

ЦАП преобразующий параллельный код в постоянное напряжение,которое сравнивается с входным напряжением АЦП.Выбор структуры АЦП.Проанализировав алгоритм преобразования можно выбратьследующую структуру устройства рис.2.П ЦАП, необходимого для преобразования кодов внапряжение

Схему сравнения СС , необходимую для сравнениявходного напряжения АЦП и напряжения с выхода ЦАП.Данный АЦП работает в двух режимах Режим сравнения входного напряжения АЦП с эталонным. Режим хранениярезультата преобразования. В первом режиме работы на схему приходит сигналзапуска и начинается процесс сравнения входного напряжения АЦП и суммыэталонных напряжений формируемых припомощи

УУ на выходе ЦАП.Во втором режиме внутри УУ формируется сигнал конецпреобразования , после чего АЦП хранит результат преобразования в видецифрового кода на выходе АЦП. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ И ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ АЦП.2.1 Функциональная схема АЦП Приложение 2 реализующаяметод поразрядного кодирования и построенная по структуре рис.1.2, состоит

изгенератора тактовых импульсов ГТИ , регистра последовательного преобразования РПП , компаратора, ЦАП и ОУ.Функцию каждого блока можно описать следующим образом УУ АЦП реализовано на РПП , который обеспечиваетвыдачу эталонных кодов и сохранение результатов сравнения их со входнойвеличиной.12 разрядный ЦАП, предназначенный для формированияэталонных напряжений с ОУ на выходе т.к. ЦАПы такого типа имеют токовый выход.

Компаратор сравнивающее устройство, котороеобеспечивает сравнение входного напряжения АЦП и напряжения с выхода ЦАП. Вслучае если входное напряжение больше напряжения с выхода ЦАП на выходекомпаратора появится 1.Работу АЦП можно разбить на два этапа В первом этапе на РПП приходит сигнал запуска со схемыинициализации СИ и тактовая частота с ГТИ, после чего в старшем разрядевыходного кода

РПП устанавливается 1,код с РПП подается на ЦАП, который преобразует его в напряжение равное 2,5 в,это напряжение поступает на сравнивающее устройство СУ и сравнивается свходным напряжением ЦАП. В случае если входное напряжение больше напряжения свыхода ЦАП на выходе компаратора появится 1, которая поступает на информационныйвход DРПП, в следствии чего произойдетсохранение 1в старшем разряде кода.

В обратном случае в старший разряд РППзапишется 0. Дальше происходит уравновешивание входной величины следующимэталоном в два раза меньшего значения. Аналогичные действия производятся для всех используемых эталонов.На втором этапе на выходе Qcc conversion complete получаем информацию о завершении преобразования, когдана этом выходе появляется низкий логический уровень. С этого момента на выходеРПП будет хранится результат

преобразования в виде цифрового кода. 2. Разработка принципиальной схемы АЦП.Все цифровые элементы принципиальной схемы Приложение3 выполнены на ТТЛ логике 155 серии микросхем, так как она имеет наибольшеебыстродействие и сравнительно малое энергопотребление. Перечень элементовпредставлен в спецификации Приложение 1 . Работа устройства начинается с подачи сигналазапуска на вход

S регистра РПП DD 2 , когда на него поступает низкий уровень регистр впервый момент тактового импульса сбрасывается. Для инициализации схемыприменена RC цепь с двумя триггерами Шмидтана выходе, параметры цепи рассчитываются по следующей формуле 9 где t - один такт работы АЦП и равен сумме времен установкивсех элементов схемы, т.е. tзRG tзЦАП tзкомп 28нс 3,5мкс 200нс 3,728мкс R1 5,1 Ком.Отсюда С1 t 0,7 R1 3,728мкс 07 5,1Ком 1.004мкФ.

Для работы схемы необходим тактовый генератор, онреализован на логических элементах DD1.1, DD1.2, DD1.3, резисторах R2, R3, R4,емкости C2 и кварцевом резонаторе BQ.После инициализации и подачи сигналов с тактовогогенератора регистр РПП реализованный на микросхеме К155ИР17 DD 2 начинает выдавать параллельный код на входы ЦАП DD 3 , выбор которого осуществлялся из следующих условий необходимо преобразовывать12 разрядный

код выходное напряжение ЦАП изменяется от 0 до 5 вольт.Из выше перечисленных требований выбран 12 разрядный ЦАПК1108ПА1Б 3,6 . Для обеспечения выдачиэталонного напряжения к выходу ЦАП подключен ОУ К140УД7 3 DA 1 т.к. ЦАП имеет токовый выход. Для того чтобы выходноенапряжение изменялось в заданном диапазоне 0 5 в на

ЦАП подано опорноенапряжение. Опорное напряжение ЦАП можно рассчитать по следующейформуле 7 ,где - максимальное напряжение свыхода ЦАП - число двоичных разрядоввходного кода.Максимальное напряжение с выхода ЦАП не должнопревышать 5 В, а разрядность выходного кода равна 12. .Также для обеспечения работы в заданном режиме к ОУ подключены резисторы R5,R6 и конденсатор С3. Электрические параметры

ЦАП 6 приведены в таблице 2.1.Таблица2.1Электрическиепараметры ЦАП Напряжение смещение нуля на выходе 0.3 0.6 мВ Время установления выходного напряжения 3,5 мкс Входное напряжение низкого уровня 0 0.8 В Входное напряжение высокого уровня 2.4 В Сопротивление нагрузки 2 кОм Выходное напряжение 0 10 В Напряжение опорного питания 0 15 В Также в схеме необходимо сравнивающее устройство, длявыполнения

этой функции выбран прецезионный компаратор К554СА3 3 т.к. необходимо обеспечить сравнения величинымладшего значащего разряда 1мв .После окончания преобразования на выходе не С0 регистра РПП DD 2 появляется низкийлогический уровень, что говорит о том что на выходе АЦП сохраняется кодподанного на АЦП напряжения определенного с заданной точностью.2.3. Параметры АЦП.К параметрам АЦП относится энергопотребление ичастотные характеристики.

Энергопотребление АЦП складывается из потребляемыхмощностей ИМС 3,6 3.5 Вт.Частотные характеристики будут определяться элементомвремя задержки, которого максимально DA2 К1108ПА1Б .Максимальная частота при которой устройство работоспособно f 1 3,5 мкс 285 714 Гц 285 кГц. ЗАКЛЮЧЕНИЕПри выполнении курсового проекта было разработано АЦПпоразрядного кодирования. Устройство может работать в синхронном режиме с максимальной тактовой частотой 285

КГц, отисточников питания 15-15в, 5в. Устройство имеет относительно небольшоеэнергопотребление и осуществляет процесспреобразования за 4,471 мкс.