Аналоговые и цифровые преобразователи

Линейные аналоговые и цифровые преобразователи.ВВЕДЕНИЕПоследниедесятил етия обусловлены широким внедрением в отрасли народного хозяйствасредств микроэлектроники и вычислительной техники, обмен информацией с которымиобеспечивается линейными аналоговыми и цифровыми преобразователями АЦП и ЦАП .Современныйэтап характеризуется больших и сверхбольших интегральных схем ЦАП и АЦПобладающими высокими эксплуатационными параметрами быстродействием, малымипогрешностями, многоразрядностью.

Включение БИС ЦАП и АЦП единым, функциональнозаконченным блоком сильно упростило внедрение их в приборы и установки,используемые как в научных исследованиях, так и в промышленности и даловозможность быстрого обмена информацией между аналоговыми и цифровымиустройствами.СТРУКТУРНАЯСХЕМА АЦПОнасодержит буферный усилитель БУ , посредством которого осуществляется развязкавысокой входной мкости

АЦП микросхемы КР1107ПВ2 от источника сигнала. Источникопорного напряжения ИОН служит для питания делителя напряжения в АЦП, дляподачи опорных квантованных напряжений на компараторы. Оцифровка входногоаналогового сигнала осуществляется в АЦП микросхема КР1107ПВ2 , котораяпреобразует аналоговый сигнал амплитудой 0 2 В с частотой преобразования не более 20 МГц ввосьмибитный выходной код, вид которого определяется программно,

подачейдвухбитного кода на входы 36, 41 микросхемы. Выходной код, через магистральныйусилители МУ1, МУ2 поступает на порт РВ контроллера ввода-вывода КР580ВВ55запрограммированного на ввод, а затем в зависимости от программы либо в ОЗУиспользуемого в данной схеме программируемого универсального контроллера КПУ Электроника МС2702 , либо через порт РА, запрограммированного навыход, выводится на сопрягаемый

контроллер для обработки данных.Седьмойбит порта РС используется как стробирующий АЦП канал. В этот бит выставляетсялогическая еденица с частотой, определяемой программой контроллера.ЗапускАЦП на преобразование реализован программно. При помощи схемы запуска,содержащей компараторы, срабатывающей от отрицательного сигнала амплитудой 1мВдо 4В и RS-триггера, выходным сигналомкоторого поданным на бит

С7 порта РС , запускается программа преобразованияАЦП.Бит С5 порта РС используется как канал сигнала готовности к началупреобразования.2. БУФЕРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬХарактернойособенностью микросхемы КР1107ПВ2 является большая входная мкость более 100пф . В связи с этим, при использовании этих микросхем в измерительныхустройсвах возникает необходимость

в буферном каскаде для развязки источникасигнала от емкостной нагрузки. При чем на этот каскад накладываются весьмажесткие требования по стабильности коэффициента усиления, термостабильности,полосе пропускания, так же требуется высокое входное сопротивление, чтобы невносить погрешности в измеряемый сигнал или входное сопротивление, равноеволновому сопротивлению кабеля, соединяющего источник сигнала и АЦП.Схемаможет работать с мкостью нагрузки до 300 пФ с полосой пропускания до 20

МГц,нелинейность АЧХ - 0,2 и коэффициент передачи равный 1.Основабуферного неинвертирующего усилителя - дифференциальный каскад, собранный натранзисторах VT1 и VT2. Нагрузкой его является схема токовоезеркало на микросборке из двух подобранных по характеристикамтранзисторах DA1 .Навыходе собран эмиттерный повторитель на транзисторе VT6, согласованный с дифференциальным каскадом и стоковым повторителем

VT4. Резисторы R1-R3 образуют делитель напряжения для подстройки 0 на выходе усилителя без сигнала на входе. На транзисторах VT3-VT4 и диодах VD1-VD3собраны два источника тока для питания дифференциального каскада и токовогоповторителя. 3. ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯПараллельныеАЦП, такие как используемая микросхема КР1107ПВ2 построены на принципеодновременного сравнивания преобразования сигнала пут м квантования с

помощьюнабора компараторов, на один вход которых пода тся исследуемый сигнал, а надругой квантованные по уровню опорного напряжения. Они создаются прецизионнымделителем напряжения , который питается от внешнего источника опорногонапряжения, к нему предъявляются высокие требования по стабильности выходногонапряжения, так как оно в большей степени определяет погрешность АЦП. Онвыда т стабилизированное напряжение равное 2В, с точностью 0,01 в диапазоне теиператур от 20

до 40 С.Выходноенапряжениеформируется как разница между падением напряжения на светодиоде VD1 и эмиттерном переходе транзистора VT2. Оба эти напряжения имеют отрицательный температурныйкоэффициент 2мВ град в следствии чегонапряжение на резисторах R2 и R3 термостабильно. Транзисторы сборки VT1, резистор R1 и диодVD2 образуют стабилизатор тока светодиода

VD1. В связи с тем, что температурный коэффициентнапряжения светодиода несколько меньше такого же коэффициента эмиттерногоперехода транзистора VT2, длякомпенсации разницы стабилизатор выполнен с отрицательным коэффициентом за счедиода VD2 . Для обеспечения равенства температур светодиод итранзистор VT2 должны иметь тепловой контакт.4. СХЕМА ЗАПУСКАДлясогласования времени прихода сигнала на вход установки и началом циклапреобразования АЦП служит схема запуска.

Схемазапуска содержит в себе компаратор, срабатывающий от отрицательного импульса,амплитудой от 1мВ до 4В и выдающий на выходе логический сигнал, либологическую еденицу, амплитудой от 3 до 5В, либо логический ноль, амплитудой до0.5ВДлярегулировки уровня срабатывания компаратора исключения срабатывания от шумови наводок, служит делитель напряжения на резисторах R1 и R2, регулировкавозможна в пределах от 0 до 4 В.Сигналс выхода компаратора пода тся на

R-вход RS-триггера устанавливая уровень логической еденицы навыходе триггера и бите C7 порта РС.Этот бит опрашивается программой контроллера и при обнаружении на н млогической еденицы начинаетсятактирование АЦП и запись результата в памятьконтроллера.Приустановке в бите С5 порта РС логической еденицы сбрасывается запускающий сигналс выхода триггера, схема запуска приводиться в готовность к новому циклупреобразования.5.

АЦП КР1107ПВ2Интегральная полупроводниковаямикросхема КР1107ПВ2 представляет собойбыстродействующий восьмиразрядный аналогоцифровой преобразователь с частотойпреобразования до 20 МГц. Микросхема предназначена для преобразования входныханалоговых сигналов в диапазоне отрицательных напряжений от 2В до 0В в один изкодов параллельного считывания прямой двоичный, обратный двоичный, прямойдополнительный, обратный дополнительный.ПостроениеАЦП по полностью параллельной схеме позволяет получить максимальноебыстродействие

при минимальной динамической погрешности без использованиявнешней схемы выборки хранения во всем диапазоне частоты преобразования.Выходныеуровни и уровни управляющих сигналов АЦП соответствуют уровням ТТЛ.КонструктивноИС КР1107ПВ2изготовлена в металлокерамическом корпусе с 64 выводами типа2136.64-1. Особенностью корпуса является наличие радиатора, выполненного в видеанодированной пластины из аллюминевого сплава. Такая конструкция обеспечиваетработу микросхемы в диапазоне температур 10 70

С.Микросхема состоит изрезистивного делителя опорных напряжений, 256 стробируемых компараторов,дешифратора кодов компараторов, логических схем управления выходным кодом ивыходного регистра хранения.6. КПУ ЭЛЕКТРОНИКА 2702 Универсальный программируемыйконтроллер ЭЛЕКТРОНИКА 2702 построен на основемикропроцессора К580ВМ80, содержит в своем составе два контроллераввода-вывода, два программируемых таймера, контроллер

прямого доступа к памяти,контроллер прерываний, микросхемы постоянной и оперативной памяти, схемы логикиуправления. Управление контроллера осуществляется с клавиатуры, результатыотображаются на дисплее.Контроллер оперирует восьмибитнымпараллельным кодом, имеет сорок восемь двунаправленных программируемых каналоввода-вывода. Контроллер может осуществлять следующие операции 1. Опрос портов ввода-вывода и запись информации из нихв

ОЗУ.2.Запись в порты ввода-вывода информации из ОЗУ.3.Все операции с памятью характерные для процессора К580ВМ80 и определяемыенабором его команд.7. ПРОГРАММ РАБОТЫ КОНТРОЛЛЕРАПрограмма,обеспечивающая работу контроллера и АЦП должна 1.Предусматривать программное изменение выходного кода АЦП.2.Стробировать АЦП и записывать результаты в ОЗУ с заданной программно частотой.3.Предусматривать

программное изменение памяти, отводимой для записи сигнала.4.Опрашивать один из портов в ожидании сигнала начала преобразования.5.Сбрасывать схему запуска в исходное состояние выставлением в одном из каналовпорта сигнала готовности.Полныйлистинг программы с пояснениями приведен нижеMVI A 8A OUT F7 MVI A 20 OUT F6 M1 IN F6 ANI A 80 JN M1 LXI H 2200 M3 MVI A 43 OUT F6 MVI 03 OUT F6 IN F5 MOV

M A M2 MVI B XX DCR B NOP NOP NOP JNZ M2 MVI A 29 CMP H INX H JNZ M3 HALT