Вибір і обґрунтування типу ацп і цап

Вибір типу АЦП

 

Вибір типу АЦП здійснювався за такими критеріями:

Кількість розрядів повинно відповідати умовам індивідуального завдання;

Керування роботою здійснюватиметься з мінімальними апаратними і програмними затратами;

Цифрові виходи повинні мати логічні рівні ТТЛ-логіки, тобто допускається пряме підключення до каналів вводу-виводу;

Відповідність полярності вхідного сигналу до завдання.

Проаналізувавши запропоновані мікросхем ЦАП, зокрема К572ПВ1 (КР572ПВ1) і К1108ПВ2, я дійшов висновку що найкраще вище перерахованим критеріям відповідає ВІС АЦП К572ПВ1. Дамо коротку характеристику цій мікросхемі.

Напівпровідникова ВІС 12-ти розрядного АЦП, типу К572ПВ1 (А, Б, В) є універсальним багатофункціональним вузлом для пристроїв вводу-виводу МП систем низької і середньої швидкодії. Разом із зовнішніми ОП, ГТІ мікросхема виконує функції АЦП послідовного наближення з виводом паралельного двійкового коду через вихідні каскади з трьома станами, а також помножуючого АЦП з паралельним і послідовним вводом інформації. Конструктивно ВІС виконана в плоскому металокерамічному герметичному корпусі типу 4134.48-2.

У склад ВІС входять пристрої для організації побайтового обміну інформації з 8-розрядною шиною даних МП. В режимі АЦП існує можливість організації синхронної і циклічної роботи, довільного зменшення числа розрядів і виводу даних в послідовному коді.

Основні електричні параметри мікросхеми при температурі довколишнього середовища 25 ± 10 ⁰С

Не менше Не більше

Нелінійність d_L, %:

К572ПВ1А                                          -0,05               0,05

К572ПВ1Б                                 -0,1                 0,1

К572ПВ1В                                 -0,2                 0,2

Диференційна не лінійність d_LD, %:

К572ПВ1А                                          -0,1                 0,1

К572ПВ1Б                                 -0,2                 0,2

К572ПВ1В                                 -0,4                 0,4

Вихідна напруга низького рівня U_0L, B: ––          0.3

Вихідна напруга високого рівня U_0H, B:    2,4         ––

Струм споживання І_СС1, мА:               ––         3

Струм споживання І_СС2, мА:               5           ––

Типове значення вихідного струму при U_REF = 10 В становить 50 мА. Вхідний струм управління не перевищує 1 мкА. Нормальне функціонування ВІС забезпечується при тактовій частоті до 250 кГц.

Кількість виводів мікросхеми становить 48. Їх нумерація і призначення наведені у таблиці 1.

 

Таблиця 1.Призначення виводів ВІС К572ПВ1

Вивід

Призначення

1 2 3 4-15 16 17 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 40 41 42 43 44 45 46 47 48 18-21, 33-39

послідовний вхід; вхід управління СР; напруга живлення UCC1; цифровий вхід-вихід (від СР до МР); вхід управління МР; вхід управління режимом; вихід Цикл; вхід порівняння; напруга живлення UCC2; вхід ТІ; вихід Кінець перетворення; вхід Пуск; вхід Цикл; вхід стробування ЦАП; цифрова земля; кінцевий вивід РМ R–2R; загальний вивід резисторів R/2, R/4; вивід резистора R/4; вивід резистора R/2; зразкова напруга UREF; аналоговий вхід 1; аналоговий вхід 2; загальний вивід резисторів аналогових входів 1 і 2; аналоговий вихід 1; аналоговий вихід 2; аналогова земля; незадіяні виводи.

 

Мікросхема працює від двох джерел живлення U_CC1 = (5 ¸15) В ± 5 % і U_CC2 = 15 В ± 5 %. При узгоджені мікросхеми з ТТЛ схемами, напругу живлення U_CC1 установлюють 5 В± 5%, а при узгоджені з КМОП схемами – 15 В ± 5 %. При любій U_CC2 напруга високого рівня на вході порівняння не повинна бути менша за 10 В.

Гранично допустимі і граничні значення електричних режимів експлуатації:

Гранично допустимі Граничні

Не менше Не більше Не менше Не більше

Зразкова напруга U_REF, В: -10,29    10,29     -15 15

Вхідна напруга високого рівня U_IH, В: -2,4 5,25 2,4 17

Вхідна напруга низького рівня U_IL, В: 0  0,4 0  0,4

Вихідний струм високого рівня I_0H, мА: –– 0,04 –– 0,04

Вхідний струм низького рівня I_0L, мА: –– 0,4 –– 0,4

Робота ВІС в режимі АЦП проходить у відповідності з добре відомим принципом послідовного наближення з програмованим зсувом. Часова діаграма АЦП наведена на схемі 4. Перетворення здійснюється за 12 робочих тактів, кожен з яких за тривалістю рівний двом імпульсам ГТІ. Допоміжний такт використовується для формування сигналу “кінець перетворення”. По цьому сигналу відбувається зчитування цифрової інформації.

 

 

t

		. . .

 

Схема 4. Часова діаграма роботи ВІС К572ПВ1 в режимі АЦП.

 

В циклічному режимі роботи за періодом зчитування йде період повернення АЦП в початковий стан (скидання) по сигналу з виводу 22 (Цикл). Включення резисторів R/2 або 2R на вході компаратора А1 (див. Додаток 2) забезпечує зміну U_IRN від 0,5 до 2 U_REF відповідно. Типовий час перетворення складає 110 мкс. Полярність діапазону вхідної напруги може бути любою і встановлюється вибором полярності U_REF.

Число розрядів перетворення може бути зменшено шляхом подачі на вхід 27 повторного сигналу “Запуск” по закінченню (n+1) такту. З’єднання виводів 22 і 28 переводить схему з синхронного режиму роботи в циклічний, при цьому на вхід 27 подається логічний 0.

Особливістю конструктивного-технологічного виконання ВІС АЦП К572ПВ1 дає можливість її сумісній роботі із серійними МП комплексами без застосування додаткових зовнішніх пристроїв.

Для спряження АЦП з МП доцільно використовувати програмований паралельний інтерфейс (ППІ) КР580ВВ55. У даній роботі використовується 1-й режим роботи ППІ.

На схемі 4 наведено фрагмент схеми підключення ВІС АЦП К572ПВ1 до шин МПП через КР580ВВ55 в режимі вводу інформації через ПКП.

 

Схема 4. Фрагмент схеми підключення ВІС АЦП К572ПВ1 до шин МПП.

 

На аналоговий вхід АЦП подається сигнал х(t). Цифрові виходи P(0-7) АЦП (молодші 8 біт) підключені до каналу А ППІ, а цифрові виходи P(8-11) АЦП (старші 4 біти) – до молодшої тетради каналу В ППІ.

Вивід АЦП П (пуск) підключений до розряду 0 порта С. Цей сигнал кожен раз буде формуватись програмно.

Обмін між ППІ і МП здійснюється через виводи D(0-7), які підключені до шини даних. Канал А та В ППІ запрограмовані на ввід, розряди каналу С використовуються для керування обміном.

Запуск АЦП (сигнал П), здійснюється через паралельний інтерфейс КР580ВВ55 (розряд 0 каналу С).При поступлені на АЦП x(t) і при закінченні перетворення він виробляє сигнал готовності ГТ, який підключений до ПКП.Який в свою чергу подає сигнал INT на МП, і дочекавшись сигналу INTA від СК подає на шину даних код команди CALL і діставши іще два сигнали INTA подає на шину даних два байти адреси підпрограми обробника переривання. По такомуж алгоритму і буде підключена ВІС до нашого Програмованого Контроллера Переривань.

 

Вибір типу ЦАП

 

Вибір типу ЦАП здійснювався з урахуванням наступних вимог:

Кількість розрядів ЦАП співпадає із АЦП і відповідає умовам індивідуального завдання;

Цифрові входи мають логічні рівні ТТЛ - логіки, тобто допускають пряме підключення до каналів вводу-виводу;

Відповідність полярності вихідного сигналу до завдання і схем вибору ЦАП.

Проаналізувавши такі мікросхеми ЦАП, як К572ПА2 (КР572ПА2), К594ПА1, К1108ПА1, я зупинився на виборі мікросхеми К594ПА1.

Мікросхема типу К594ПА1 являє собою паралельний ЦАП з сумуванням струмів, комбінованою матрицею (зважених і R-2R резисторів), використовується для перетворення двійкового 12 розрядного коду в струм та працює зі стандартними рівнями сигналів від ТТЛ та КМОН ЦІС. Конструктивно ЦАП створений на двох кристалах, які знаходяться в металокерамічному корпусі. Мікросхема створена по біполярній планарно-епітаксіальній технології з p-n-p та n-p-n транзисторами.

Основні електричні параметри при температурі навколишнього середовища 25±10 ^оС:

Не менше Не більше

Число розрядів......12

Диференціальна нелінійність δ(%)..............-0,012 0,012

Діапазон вихідних струмів Iorn (мА):

Уніполярний............................................1,8 2,2

Біполярний....................................................0,9    1,1

Струм витоку (утєчкі) на виході (мкА)...........      0,7

Вхідна напруга низького рівня (В), про роботі з:

ТТЛ........................     0,8

КМОН..................................................…….  0,3

Вхідна напруга високого рівня (В), про роботі з:

ТТЛ...................................................................…….................... 2,0

КМОН......................................................................……............. 0,7Ucc1

Струм живлення Icc1(мА)................................................      25

Струм живлення Icc2(мА).............................................……..      35

Вихідний струм Io(мА)...........................................................……..  2,2

Час встановлення вихідного струму

(при зміні коду від 00...00 до 11...11) (мкс)............................ 3,5

Гранично допустимі значення електричних режимів експлуатації:

Не менше Не більше

Напруга джерела живлення Ucc1(В)................................................. 6,0

Напруга джерела живлення Ucc2(В).................................................-18

Напруга опорного джерела Uref(В)...................................9,0 11,0

Вхідна напруга високого рівня (В)......................................2,0 6,0

Вхідна напруга низького рівня (В)...................................0 1,0

Типові залежності електричних параметрів ЦАП від зміни напруги джерел живлення та температури навколишнього середовища:

 

Схема 6. Типові залежності нелінійності та диференціальної не лінійності ІС ЦАП К594ПА1 від напруг джерел живлення

а)                                                б)

Схема 7. Типові залежності не лінійності (а) і часу встановлення (б) ІС ЦАП К594ПА1 від температури навколишнього середовища

 

Схема 8. Типова залежність часу встановлення ЦАП К594ПА1 від ємності навантаження С

 

Мікросхема К594ПА1 експлуатується без додаткового тепло відводу. При температурі навколишнього середовища 85 С та більше поверхню ІС необхідно охолоджувати повітрям зі швидкістю 3 м/с. Забороняється подавати які-небудь електричні сигнали на поверхню кришки корпусу і незадіяні виводу ІС. Резистор 10 кОм (виводи 1,2) забезпечує режим роботи з біполярним струмом в діапазонах напруги ±2,5; ±5; ±10В.

Номінальні значення ємності навантаження ІС 10 пФ. Загальна ємність навантаження може перевищувати номінальне значення, але при цьому норми на часові параметри ЦАП не гарантуються.

В режимі роботи ЦАП з струмовим виходом допускається підключення джерела опорного навантаження до виводу 22 ІС. При цьому величина вихідного струму перетворювача буде залежати від стабільності підключеного резистору.

 

Таблиця 2. Нумерація та призначення виводів ІС ЦАП К594ПА1

Вивід	Призначення
1 2 3 4 5 6 7 8-17 18 19 20 21 22 23 24	–вхід зсуву вихідного рівня; –вихід зсуву вихідного рівня; –вихід; –зворотній зв’язок Uorn=10B; –зворотній зв’язок Uorn=20B; –загальний; –цифровий вхід 12 (МР); –цифрові входи 11-2; –цифровий вхід 1 (СР); –напруга джерела живлення Ucc1; –керування логічним порогом; –інвертуючий вхід ОП; –неінвертуючий вхід ОП; –вхід джерела опорної напруги Uref; –напруга джерела живлення Ucc2;

 

Мікросхема К594ПА1 забезпечує норми на електричні параметри, при номінальному значенні Uref=10,24B з допустимими відхиленнями ± 3% і стабільності підтримки напруги 0,005%. Амплітудні значення пульсацій джерела опорної напруги можуть досягати 150 мкВ, але значення напруг перехідних і паразитних сигналів не повинні перевищувати 200 мкВ при тривалій дії не більше 0,3 мкс.

 

 

 

Схема 9. Структурна схема підключення МП і ЦАП