Материал: Исследование узлов систем управления. лабораторный практикум. Герасимов М.И., Болдырев И.А

значащих разрядах. Чтобы эффективно устранить неточность преобразования из-за шумов граничных кодов, надо провести необходимое число замеров и усреднить результаты. Например, если среднестатистическое значение составляет 2/3 МЗР, это приравнивается приблизительно к 4 МЗР от пика до пика. Чтобы свести неточность преобразования к 1 МЗР, необходимо выбрать в квадрат раз больше замеров, чем величина шума. В данном случае 42 составляет 16 замеров.

Одним из наиболее потенциальных источников ошибок в АЦП является источник опорного напряжения (ИОН). ИОН может быть встроен в чип или быть отдельным прибором, но всегда необходимо обращать внимание на 3 параметра: температурный дрейф, шум напряжения и нестабильность выходного напряжения (или тока) от нагрузки.

Шум напряжения часто определяется как среднеквадратическая величина или как величина полного размаха. Если опорное напряжение 2,5 В имеет полный размах шума величиной 500 мкВ, то это представляет ошибку 0,02 %, что соответствует только 12-разрядному преобразованию. Поэтому ошибка преобразования от шума опорного напряжения рассматривается прежде, чем любая другая. Если, при встроенном ИОН, Вы не получаете требуемую точность, то попробуйте использовать внешний прецизионный источник и сделайте соответствующие выводы.

Часто источник опорного напряжения используется для других устройств и/или микросхем. Ток, который при этом от-

бирается, приводит к нестабильности опорного напряжения.

Чем больший ток потребляют внешние схемы, тем ниже падает опорное напряжение. Если дополнительные устройства включаются периодически, то опорное напряжение будет также раскачиваться вверх-вниз. Если стабильность по току для опорного напряжения 2,5 В составляет 0,5 мкВ/мкА и на другие устройства отбирается 800 мкА, то изменение опорного

71

напряжения может достигать 400 мкВ, или 0,016 % (400 мкВ/2,5 В).

Схемные решения АЦП

Современные АЦП последовательного приближения выполняются в виде интегральной схемы. Основное различие между АЦП по схемотехническому исполнению состоит в том, какие блоки из указанных на рис. 4.4 интегрированы в одном корпусе. Первые АЦП включали только ЦАП тока (см. рис. 3.7) и БФК (то есть регистры) и не содержали в себе ни ИОН, ни ОУ, ни КН. Современные АЦП представляют законченные устройства, параметры их узлов сбалансированы так, чтобы обеспечить паспортные значения точности, входных и выходных сигналов.

Влабораторной работе используется АЦП, собранный на микросхеме КР572ПВ1, которая содержит 12-разрядный ЦАПН и БФК, реализующий алгоритм последовательного приближения. Исполнение ИОН, ОУ и КН в виде отдельных узлов позволяет изучить их работу и влияние на результат преобразования.

Всостав БИС входят устройства для организации побайтового обмена информацией с 8-разрядной шиной данных МП. В режиме АЦП существует возможность организации синхронной и циклической работы, произвольного уменьшения числа разрядов и вывода данных в последовательном коде. Изменение режимов работы производится коммутацией небольшого числа внешних выводов.

Условное графическое обозначение (УГО) и распиновка этой микросхемы приведены на рис. 4.8. Назначение выводов: 1 – последовательный вход; 2 – вход управления СР;

3 – напряжение питания Uп1;

4–15 – цифровые выходы (от СР к MP); 16 – вход управления MP;

72

ров, подключенных к выводам так, как показано на рис. 4.9. По схемотехническому решению и топологии матрица ЦАП

73

Рис. 4.9

подобна ИС К572ПА1, но отличается увеличенным числом КМОП ключей и звеньев R-2R резистивной матрицы (12 звеньев вместо 10). Две группы прецизионных резисторов (R- 2R и R/4-R/2) предназначены для образования совместно с внешним ОУ и/или КН завершенных схем АЦП и ЦАП с различным коэффициентом преобразования. Цифровая часть БИС включает необходимые для построения АЦП последовательного приближения логические узлы, а также дополнительные устройства для работы в режиме ЦАП.

Микросхема может использоваться как в составе АЦП, так и в качестве ЦАПТ в соответствии с таблицей.

Установка входа стробирования в лог.0 дает режим хранения информации в регистре.

Как следует из таблицы, для использования в составе АЦП с постоянно доступными для наблюдения цифровыми выходами следует установить режим Р = 0, МР = СР = 1, Строб = 1.

Преобразование осуществляется за 12 рабочих тактов, каждый из которых по длительности равен двум импульсам ГТИ. Вспомогательный такт используется для формирования сигнала Конец преобразования. По этому сигналу происходит считывание цифровой информации. В циклическом режиме работы за периодом считывания следует период возврата АЦП в исходное состояние (сброса) по сигналу с вывода Цикл.

Для использования совместно с 8- и 16-разрядными шинами данных микропроцессоров предусмотрено побайтное управление цифровыми выходами с переводом в Z-состояние. Однако следует учитывать, что нормальное функционирование БИС обеспечивается при тактовой частоте до 250 кГц, поэтому использование для ее тактирования сигналов с линии SYSCLK процессора возможно только через соответствующий делитель.

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Для исследования АЦП используется тот же стенд, что и в работе № 3. При этом также задействованы (см. рис. 3.6): источник опорного напряжения ИОН, генератор импульсов ГИ, цифроаналоговый преобразователь ЦАПН, служащий здесь источником аналогового сигнала. Кроме того, в схему входят (рис. 4.10) АЦП с операционным усилителем на выходе, компаратор в режиме нуль-органа, переключатели и клеммы.

Аналого-цифровой преобразователь DA3 выполнен на микросхеме КР572ПВ1. На инвертирующий вход операционного усилителя DA4 подается сумма токов:

а) с матрицы внутреннего ЦАП (очередной шаг приближения), б) входа, на который подается измеряемое напряжение,

75