Міністерство освіти Російської Федерації
Уральський Державний технічний університет
Кафедра Автоматика та управління в технічних системах
АЦП із проміжним буфером при високійшвидкості надходження даних
Єкатеринбург 2008
Реферат
Нами була розроблена система аналого-цифровогоперетворення швидкоплинних аналогового сигналу в паралельнийвосьмирозрядний код, система перетворення паралельного цифрового коду впослідовний цифровий код, а так само система управління данимиперетворювачем. Були розроблені структурна і принципова схеми системи.
Розроблена система дозволяє вимірювативхідна напруга в діапазоні U вх = -2,5 .. 2,5 В зпохибкою В± 0,01 В. Також передбаченасхема захисту входу АЦП від перевантажень.
Генератор тактових імпульсів видає сигнал зчастотою f = 1 МГц, що дозволяє виробляти 100.000 вимірювань всекунду (по десять тактів на вимір). Висока швидкість дозволяє вимірюватикороткочасні зміни напруги.
У схемі передбачений тимчасовий буфер длязберігання даних і перетворювач паралельного коду в послідовний, щодає можливість передавати дані по лінії зв'язку (наприклад на комп'ютер) дляїх подальшої обробки.
Система управління дозволяє синхронізуватироботу всієї схеми. Вона керує роботою мікросхем подаючи сигнали управління впевний час відповідним мікросхем.
Дана система перетворення може бутивикористана в багатьох пристроях і системах виміру, де потрібна високашвидкість вимірювання при досить малій похибки вимірювання.
Схема містить досить добреНайпоширеніші елементи і мікросхеми, і може бути зібрана в ручну. Схемамістить елементи підстроювання.
Проект містить 20 стор, 3 табл., 11 рис., 1стор додатка, 8 назв. бібл.
Введення
В наш час великого поширення набули цифровісистеми обробки сигналів. Для цього необхідний перетворювач аналоговогосигналу в цифровий код.
У даному проекті необхідно розробити швидкодіючийаналого-цифровий перетворювач з тимчасовим буфером для зберігання даних іперетворювач паралельного цифрового коду в послідовний цифровий код.Так само необхідно розробити систему управління даними перетворювачем.
Даний курсовий проект присвячений розробціструктурної та принципової схем такого перетворювача.
1. Структурна схема
Структурна схема перетворювача аналоговогосигналу в послідовний код містить наступні елементи:
ОУ - схема включення узгоджувального операційногопідсилювача
АЦП - аналого-цифровий перетворювач(Перетворювач аналогового сигналу в паралельний восьмирозрядний код)
ПК - перетворювач паралельноговосьмирозрядного коду в послідовний
ГТИ - задає генератор тактових імпульсів
УУ - пристрій управління перетворювачем
Рис. 1. Структурна схема перетворювача
де
АС - аналоговий сигнал (напруга U вх )
САС - узгоджений аналоговий сигнал
ПВК - паралельний восьмирозрядний код
ЦК - цифровий код (послідовний код)
ІС - імпульси синхронізації (тактові імпульси)
ІУ - імпульси управління
2. Принципова схема
На основі структурної схеми була розробленапринципова схема.
2.1 Вибір основної елементної бази
Генератор тактових імпульсів будується намікросхемі К155ЛА3 і кварцовому резонаторі ZQ1.
Лічильник імпульсівпредставляє з себе мікросхему К555ІЕ9.
Пристрій керуваннябудується на логічних елементах - мікросхеми К555ЛН1, К555ЛІ6 і К555ЛА2.
В якості АЦП візьмемомікросхему К1108ПВ1А.
Перетворювачпаралельного коду в послідовний побудуємо на мікросхемі К555ІР9.
Схема спряження міститьопераційний підсилювач типу К574УД1.
В якості лінії зв'язкувикористовується 2-х дротова вита пара типу МГТФ.
Перелік елементівпредставлений у додатку.
2.2 Аналого-цифровий перетворювач (АЦП)
Ми використовуємо мікросхему швидкодіючогофункціонально закінченого АЦП послідовного наближення К1108ПВ1Апризначену для перетворення аналогового сигналу в двійковий паралельнийцифровий код.
Мікросхема розрахована на перетворенняоднополярного вхідної напруги в діапазоні від 0 до 3 В, при максимальнійчастоті перетворення 1,33 МГц для восьмирозрядного режиму.
Для роботи АЦП К1108ПВ1А потрібно кільказовнішніх керамічних конденсаторів і джерела напруги U cc 1 = 5 В В± 5% і U cc 2 = -5 , 2 В В± 5%. Потужність споживана від джерел живлення, неперевищує 0,85 Вт Конденсатор С9 необхідний для частотної корекції ОУ іфільтрації перешкод.
Для роботи в восьмирозрядного режимі вхід SE10/8з'єднується з шиною негативного джерела живлення U cc 2.
Цикл перетворення в режимі восьмирозрядногоАЦП складається з 10 тактів (вісім робочих в процесі кодування і по одномуслужбовій на початку і кінці циклу перетворення).
Цикл починається з першим негативним фронтомтактового імпульсу після надходження команди ST. Під час першогослужбового такту здійснюється скидання регістрів і встановлення напруги навході селектора опорних рівнів.
Протягом наступних восьми тактів відбуваєтьсякодування аналогового сигналу за умови, що він зафіксований на вході АЦП.
На десятому такті код з регістра зберіганняпереписується у вихідний регістр, після чого формується сигнал готовностіданих. Поява на виході RAD сигналу логічний 0 свідчить про зміну інформації ввихідному регістрі і її зберіганні весь наступний цикл перетворення.
Для зчитування інформації необхідно подати навхід ERD сигнал логічний 0.
Запуск АЦП вважається стійким, якщо сигнал ST подається впротягом одного періоду тактовою частоти з моменту початку чергового циклу (t = 1 мкс).
До ТТЛ ЦІС мікросхема К1108ПВ1А підключається бездодаткових пристроїв сполучення.
Рис. 2. ІС К1108ПВ1А
Призначення висновків ИС К1108ПВ1А
1. Цифровий вихід CP
2. Цифровий вихід
3. Цифровий вихід
4. Цифровий вихід
5. Цифровий вихід
6. Цифровий вихід
7. Цифровий вихід
8. Цифровий вихід
9. Цифровий вихід
10. Цифровий вихід MP
11. Готовність даних RAD
12. Напруга живлення U cc 2
13. Укорочений цикл SE10/8
14. Загальний (цифрова земля)
15. Напруга живлення U cc 2
16. Корекція СУ EC 1
17. Аналоговий вхід U IRN
18. Зовнішній ІОН U REF
19. Корекція ОУ ІОН FC 2
20. Загальний (аналогова земля)
21. Напруга живлення U cc 1
22. Запуск ST
23. Тактовий вхід CLK
24.Дозвіл зчитування ERD
Мікросхема К1108ПВ1А має наступніхарактеристики
(U cc 1 = 5,25 В; U cc 1 = -5,25 В ; U 1 вих Ві 2,4 У; U 0 вих ВЈ 0,4 В;I потр СС1 ВЈ 50 мА;
I потр СС2 ВЈ 130 мА; I 0 вх ВЈ 2,5 мА; I 1 вх ВЈ 0,4 мА; I 0 вих Ві 3,2 мА; I 1 вих Ві 0,1 мА; t здр ВЈ 60 нс)
Споживана потужність мікросхеми К1108ПВ1Адорівнює: P потр ВЈ 850 мВт
2.3 Перетворювач паралельного коду впослідовний код
Для цієї мети використовується восьмизаряднийзсувний регістр К555ІР9 (DD6). Цей регістр дозволяє записувати паралельнийвосьмирозрядний код. Перетворення паралельного коду в послідовнийвідбувається за вісім тактів подаються на синхронізуючий вхід С. Напершому такті подається на вхід С паралельний восьмирозрядний код записуєтьсяяк Q 0 Вё Q 7 (Q ...
