ПРИМЕРЫ А/Ц-ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

9.24. 16-канальная А/Ц-система сбора данных

На рис. 9.64 показана схема, предназначенная для преобразования в цифровую форму любой из 16 аналоговых входных величин с -разрядным кодом на выходе. С ее помощью можно организовать «передний край» в эксперименте сбора данных под управлением микропроцессора.

Рис. 9.64. 12-разрядный 16-канальный АЦП последовательного приближения (50 мкс на преобразование).

(см. оригинал)

ИС представляет собой -канальный аналоговый МОП-мультиплексор с цифровыми входами, совместимыми с МОП-логикой. Этот своеобразный мультиплексор имеет несколько очень приятных свойств. В частности, его ключи являются разновидностью ключей с «размыканием перед срабатыванием». Это означает, что при смене адреса на мультиплексоре различные входные каналы не замыкаются друг с другом. Более того, входные сигналы могут уходить за пределы напряжения питания и при этом не будет возникать эффект «тиристорного защелкивания» или перекрестные помехи между входами. Учтите эти соображения, когда будете подыскивать себе линейные ключи. Они иногда могут породить проблемы. Например, «размыкание перед срабатыванием» снижает время переключения, поскольку «срабатывание» необходимо задержать для того, чтобы дать возможность ключу разомкнуться.

Единственный аналоговый выход мультиплексора поступает на схему -монолитный усилитель с выборкой и запоминанием (рис. 4.41) в удобном -вы-водном корпусе DIP (цена 2 долл.). Эта ИС используется как схема «слежения и запоминания», фиксирующая аналоговое колебание только с началом преобразования. С использованием конденсатора выход схемы устанавливается до 1 МЗР за и снижается менее, чем на за последующие преобразования. превосходный маломощный -разрядный АЦП с внутренними источником опорного напряжения и тактовым генератором; он имеет удобные управляющие сигналы для сопряжения с микропроцессором, включая возможность мультиплексирования -раз-рядного результата на 8 линий («байтовая шина данных») за два последовательных цикла.

Устройство, управляющее этой схемой, обычно назначает адрес для мультиплексора, затем инициирует преобразование с помощью сигналов ВК и ЧТ. АЦП отвечает выдачей сигнала ЗАНЯТ, который фиксирует аналоговый входной сигнал.

Преобразование завершается через и сигнал ЗАНЯТ устанавливается на высоком уровне. С этого момента доступны все 12 разрядов результата, если вы хотите использовать все 12 линий DBUX; однако если у вас -разрядная шина, то вы можете первыми считать 8 младших значащих разрядов, а затем подать сигнал ВЫБОР СТАРШЕГО БАЙТА для того, чтобы передать на старших значащих разряда.

После инициирования преобразования устройство, управляющее преобразователем, может заняться проверкой сигнала ЗАНЯТ, чтобы увидеть, когда преобразование завершится. Более простой вариант - это ждать («временной цикл» программы потратит требуемое время; см. гл. 11). Управляющее устройство вынуждено ждать после завершения преобразования перед тем, как инициировать следующее преобразование; это - «время захвата» ИС , т. е. время, необходимое для того, чтобы выход вновь отследил вход с точностью до . В течение этого времени устройство управления может, конечно, заняться считыванием цифрового выхода. Общее время преобразования составляет, таким образом, минимум , что равнозначно 60000 преобразованиям в секунду.

По поводу этой схемы стоит сделать несколько замечаний: (а) Для получения полной -разрядной точности вы должны обеспечить подстройку сдвига для компенсации трех видов ошибок: входа составляет полевой транзистор входа вводит небольшую ступеньку напряжения в режиме ЗАПОМИНАНИЕ, обусловленную инжекцией заряда в затвор полевого транзистора (разд. 3.12), в данном случае относительно стабильную отрицательную ступеньку в сам АЦП имеет , определяемое как 4 МЗР (эквивалентно для диапазона входного сигнала 0-5 В). Мы включили схему подстройки для , используя рекомендации изготовителя. (б) Емкость конденсатора запоминания определяется путем компромисса.

Небольшая емкость сокращает время захвата, но приводит к большему спаду вершины импульса и большей ступеньке от инжекции заряда. Мы выбрали емкость, которая дает незначительный спад и приводит к ступеньке в режиме ЗАПОМИНАНИЕ, эквивалентной 8 МЗР; ступенька сравнительно стабильна и ее можно компенсировать соответствующей подстройкой с помощью регулятора «Подстройка сдвига», (в) Схема приспособлена под однополярные входные сигналы (0-5 В); если необходимо принимать биполярные входные сигналы, то следует добавить схему смещения операционного усилителя, позаботясь о том, чтобы удержать ошибки в пределах менее 1 МЗР (1 часть на 4000). Для того чтобы облегчить работу, схема выдает прецизионное опорное напряжение, тем не менее потребуется еще несколько компонентов, (г) Прекрасным дополнением к такого сорта схемам является усилитель с программируемым коэффициентом усиления, так что управляющий микропроцессор может управлять коэффициентом усиления для того, чтобы приспособиться к диапазону амплитуд входного сигнала. ИС фирмы Analog Devices представляет собой однокристальный прибор с программируемым коэффициентом усиления 1, 2, 4, 8 и 16 и точностью усиления 0,02% (точность 12 разрядов); альтернативный вариант-ИС фирмы National содержит резисторы и ключи на полевых транзисторах (но не сам усилитель) для установки коэффициента усиления от 1 до 128 (с коэффициентами 2) или от 1 до 100 (в последовательности 1-2-5); эти компоненты имеют точность коэффициента усиления 0,5% (точность 8 разрядов).

В этой схеме, естественно, используется АЦП с последовательным приближением, поскольку при переключении от одного входа к другому важную роль играет быстродействие. Мы выбирали компоненты, стараясь минимизировать стоимость. Показанная схема будет стоить около 50 долл. по ценам на сегодня; основной вклад в стоимость вносит преобразователь - 35 долл.