17525

Реалізація аналого-цифрового перетворювача

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Тема: Реалізація аналогоцифрового перетворювача. Мета: Ознайомлення з принципом роботи аналогоцифрових перетворювачів порозрядного зрівноваження. Завдання: Виміряти значення напруги на виході потенціометра з допомогою АЦП реалізованого на базі ЦАП згідно ва...

Украинкский

2013-07-01

537.99 KB

12 чел.

Тема: Реалізація аналого-цифрового перетворювача.

Мета: Ознайомлення з принципом роботи аналого-цифрових перетворювачів порозрядного зрівноваження.

Завдання:

Виміряти значення напруги на виході потенціометра з допомогою АЦП реалізованого на базі ЦАП згідно варіанту та відобразити виміряне значення на рідкокристалічному дисплеї;

Номер варіанту: 20

Тип ЦАП: MCP4725

Теоретичні відомості

Аналого-цифрове перетворення використовується для обробки, зберігання або передачі аналогових сигнал в цифровій формі. Наприклад швидкі відео АЦП використовуються, наприклад, в ТБ тюнерах. Повільні вбудовані 8, 10, 12, або 16 бітові АЦП часто входять до складу мікроконтролерів.

Основні типи електронних АЦП:

АЦП прямого перетворення або паралельний АЦП містить один компаратор на кожен дискретний рівень вхідного сигналу. У будь-який момент часу тільки ті компаратори, які відповідають рівням нижчим за рівень вхідного сигналу, видадуть на своєму виході сигнал перевищення. Сигнали всіх компараторів поступають на логічну схему яка видає цифровий код, залежний від того, скільки компараторів показали перевищення. Паралельні АЦП забезпечують найменший час перетворення, але зазвичай мають роздільну здатність не більше ніж 8 біт, оскільки, мають велику кількість компараторів, кожен з яких повинен мати метрологічні та динамічні параметри узгоджені зі всіма решта. Такі АЦП часто використовуються для опрацювання відео або інших високочастотних сигналів. Приклад схеми паралельного АЦП на 3 розряди представлено на рис.1.

АЦП послідовного наближення або АЦП з порозрядним зрівноваженням містить компаратор, допоміжний ЦАП і регістр послідовного наближення. АЦП забезпечує перетворення вхідного аналогового сигналу в цифровій за N кроків, де N — розрядність АЦП. На кожному кроці визначається по одному біту шуканого цифрового коду, починаючи від старшого значущого розряду і закінчуючи молодшим. При визначенні кожного біту виконується наступна послідовність дій:

  • на допоміжному ЦАП виставляється аналогове значення, утворене з бітів, вже визначених на попередніх кроках, біт, який визначається на даному кроці, встановлюється в 1, а всі молодші біти скинуті в 0;
  •  отримане на допоміжному ЦАП значення порівнюється з вхідним аналоговим значенням;
  • якщо компаратор не спрацював (значення вхідного сигналу більше значення на допоміжному ЦАП), то біт, який визначається на даному кроці, отримує значення 1, інакше 0.

АЦП цього типу забезпечують одночасно відносно високу швидкістю і велику роздільну здатність. Для усунення впливу зміни вхідної напруги за час перетворення на результат аналого-цифрового перетворення на вході таких АЦП встановлюють пристрій вибірки-зберігання. Приклад схеми АЦП порозрядного зрівноваження та діаграма роботи представлені на рис. 2 та рис.3 відповідно.

Рис.1 – Структурна схема паралельного АЦП

Рис.2 – Структурна схема АЦП порозрядного зрівноваження

Рис.3 – Діаграма роботи АЦП порозрядного зрівноваження

АЦП диференціального кодування (англ. delta-encoded ADC) містять реверсивний лічильник, код з якого поступає на допоміжний ЦАП. Вхідний сигнал і сигнал з допоміжного ЦАП порівнюються на компараторі. Завдяки від’ємному зворотному зв’язку з компаратора на лічильник код на лічильнику постійно міняється так, щоб сигнал з допоміжного ЦАП мінімально відрізнявся від вхідного сигналу. Після деякого часу різниця сигналів стає менше, ніж МЗР, при цьому код лічильника прочитується як вихідний цифровий сигнал АЦП. АЦП цього типу мають дуже великий діапазон вхідного сигналу і високу розрядність, але час перетворення залежить від вхідного сигналу, хоч і є обмеженим зверху. У найгіршому випадку час перетворення рівний Tmax=(2q) / fс, де q — розрядність АЦП, fс — частота тактового генератора лічильника. АЦП диференціального кодування зазвичай вибирають для аналого-цифрового перетворення одноканальних систем, оскільки більшість сигналів у фізичних системах не схильні до стрибкподібних змін. У деяких АЦП використовується комбінований підхід: диференційне кодування і послідовне наближення; це особливо добре працює у випадках, коли відомо, що високочастотні компоненти в сигналі відносно невеликі.

АЦП порівняння з пилоподібним сигналом містять генератор пилоподібної напруги, компаратор і лічильник часу. Пилоподібний сигнал лінійно наростає до деякого рівня, потім швидко спадає до нуля. У момент початку наростання запускається лічильник часу. Коли пилоподібний сигнал досягає рівня вхідного сигналу, компаратор спрацьовує і зупиняє лічильник; значення прочитується з лічильника і подається на вихід АЦП. Даний тип АЦП є найпростішим по структурі і містить мінімальне число компонентів. Одночасно такі АЦП мають досить низьку точність і є чутливими до температури і інших зовнішніх параметрів. Для збільшення точності генератор пилоподібного сигналу може бути побудований на основі лічильника і допоміжного ЦАП, проте така структура не має ніяких переваг в порівнянні з АЦП послідовного наближення і АЦП диференціального кодування.

АЦП зі зрівноваженням заряду (до них відносяться АЦП двотактного інтегрування, АЦП багатотактного інтегрування і деякі інші) містять генератор стабільного струму, компаратор, інтегратор струму, тактовий генератор і лічильник. Перетворення відбувається в два етапи (двотактне інтегрування). На першому такта значення вхідного сигналу перетвориться в струм, який подається на інтегратор струму (заряд інтегратора спочатку рівний нулю); цей процес триває протягом часу TN, де T — період тактового генератора, N — константа (велике ціле число, визначає час накопичення заряду). Коли накопичення заряду закінчене, вхід інтегратора відключається від вхідного сигналу і підключається до генератора стабільного струму. Полярність генератора така, що він зменшує заряд, накопичений в інтеграторі. Процес розряду триває до тих пір, поки заряд в інтеграторі не зменшиться до нуля. Час розряду вимірюється шляхом підрахунку тактових імпульсів від моменту початку розряду до досягнення нульового заряду на інтеграторі. Порахована кількість тактових імпульсів і буде вихідним кодом АЦП. Кількість імпульсів n, підрахована за час розряду, дорівнює:

n=UвхN(RI0)-1,

де Uвх — вхідна напруга АЦП, N — число імпульсів, етапу накопичення (визначено вище), R — опір резистора, що перетворює вхідну напругу в струм, I0 — струм генератора стабільного струму. Таким чином, потенційно нестабільні параметри системи (перш за все, ємність конденсатора інтегратора) не входять в результуючий вираз. Це є наслідком двохстадійності процесу: похибки, введені на першому і другому етапах взаємно віднімаються. Такі АЦП не вимагають жорстких вимог навіть до довготривалої стабільності тактового генератора і напруги зміщення компаратора. Фактично, принцип двотактного інтегрування дозволяє перетворити відношення двох аналогових величин (вхідного і зразкового струму) у відношення числових кодів (n і N) практично без внесення додаткових похибок. Типова розрядність АЦП цього типу складає від 14 до 18 двійкових розрядів. Додатковою перевагою таких АЦП є можливість побудови перетворювачів, нечутливих до періодичних завад завдяки точній інтеграції вхідного сигналу за фіксований часовий інтервал. Недоліком даного типа АЦП є низька швидкість перетворення. АЦП з урівноваженням заряду використовуються у вимірювальних приладах високої точності.

Конвейерні АЦП використовують два або більше кроки-піддіапазони. На першому кроці проводиться грубе перетворення (з низькою розрядністю). Далі визначається різниця між вхідним сигналом і аналоговим сигналом, відповідним результату грубого перетворення (з допоміжного ЦАП, на який подається грубий код). На другому кроці знайдена різниця піддається перетворенню, і отриманий код об'єднується з грубим кодом для набуття повного вихідного цифрового значення. АЦП цього типу швидкі, мають високу розрядність і порівняно невеликий розмір кристалу. Структурну схему конвеєрного АЦП представлено на рис.4.

Рис.4 – Структурна схема конвеєрного АЦП

Схема

Програма

Файл main.c

#include <REGX52.H>

#include <stdio.h>

#include "iic_mast.h"

sbit comparator_out=P0^5;

bit comparator_off;

#define DAC_bits 8

#define Uref 5

float u;

unsigned char volt_pos;

void delay(unsigned int n);

/*-----------------------------------*/

#include "lcd.h"

/*-----------------------------------*/

void main(void)

{

unsigned char tt,n,nt;

sda=1;

scl=1;

write(0x58,0,0);

delay(2);

comparator_off=comparator_out;

init_LCD();

printf("\nLab N3 Example ");

volt_pos=print_ram_adres_lcd;

while(1)

 {

 n=0;

 nt=0;

 for(tt=0;tt<DAC_bits;tt++)

   {

n=1<<(DAC_bits-tt);

nt=nt|n;

   write(0x58,0,nt);

   delay(3);

if(comparator_out!=comparator_off)nt=nt&(~n);

   }

 u=(float)Uref/(1<<DAC_bits)*nt;

 print_ram_adres_lcd = volt_pos;

 printf("N=%bX U=%.3f",nt,u);

 }

}

/*-----------------------------------*/

void delay(unsigned int n)

{

unsigned int i,j;

for(i=0;i<n;i++)

 for(j=0;j<500;j++);

}

/*-----------------------------------*/

Файл iic_mast.h

#include<intrins.h>

/*--------------------------------------------------*/

sbit sda=P0^7;

sbit scl=P0^6;

/*--------------------------------------------------*/

void start_condition(void)

{

sda=1;scl=1;

if((sda)&&(scl))

  {

  _nop_();

  sda=0;

  _nop_();_nop_();

  _nop_();_nop_();_nop_();

  scl=0;

  }

}

/*--------------------------------------------------*/

void stop_condition(void)

{

sda=0;

_nop_();_nop_();

scl=1;

_nop_();_nop_();

_nop_();_nop_();_nop_();

sda=1;

}

/*--------------------------------------------------*/

void ACK(void)

{

sda=0;

_nop_();_nop_();

scl=1;

_nop_();_nop_();

_nop_();_nop_();

scl=0;

}

/*--------------------------------------------------*/

void NAK(void)

{

sda=1;

_nop_();_nop_();

scl=1;

_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();

scl=0;

}

/*--------------------------------------------------*/

unsigned char rbyte(void)

{

unsigned char tt,c=0,cc;

sda=1;

for(tt=0;tt<8;tt++)

 {

 _nop_();_nop_();_nop_();

 scl=1;

 _nop_();_nop_();

 if(sda)cc=(1<<7-tt);

 c=c|cc;

 scl=0;

 }

 return c;

}

/*--------------------------------------------------*/

unsigned char wbyte(unsigned char dd)

{

unsigned char tt=0;

unsigned char a,i;

sda=0;

for(i=0;i<8;i++)

 {

 a=dd&(1<<(7-i));

 if(a)sda=1;

   else sda=0;

 _nop_();

 scl=1;

 _nop_();_nop_();

 _nop_();_nop_();

 scl=0;

 }

sda=1;

_nop_();_nop_();

scl=1;

_nop_();_nop_();

_nop_();_nop_();

if(sda)tt=1;

scl=0;

return tt;

}

/*--------------------------------------------------*/

unsigned char read(unsigned char device,unsigned char address)

{

unsigned char t;

start_condition();

t=device&0xFE;

wbyte(t);

wbyte(address);

start_condition();

t=device|(0x01);

wbyte(t);

t=rbyte();

NAK();

stop_condition();

return t;

}

/*--------------------------------------------------*/

void write(unsigned char device,unsigned char address,unsigned char dd)

{

start_condition();

wbyte(device&0xFE);

wbyte(address);

wbyte(dd);

stop_condition();

}

/*--------------------------------------------------*/

Робота схеми

Міністерство освіти І науки України

національний університет “Львівська політехніка”

Лабораторна робота з дисципліни:

“ Дослідження і проектування вбудованих комп'ютерних систем 

на тему:

«Реалізація аналого-цифрового перетворювача»

Виконав:

студент групи СКСм-11з

Сулипа Анатолій

Прийняв:

Кочан Роман Володимирович

                  

ЛЬВІВ 2012


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

32871. РУССКАЯ АКСИОЛОГИЯ 49.78 KB
  Проблемы ценностей в философии Человека интересует не просто истина а значение объекта для человека для удовлетворения его потребностей. Философские направления XX в выдвигают проблему ценностей на первый план. Выработка ценностей: Часть ценностей человек приобретает по наследству от тех традиций в которые он попал в результате рождения. Интерпритация всегда есть переплавка старых ценностей в новые установки.
32872. ИЛЬИН Иван Александрович 25.84 KB
  усматривал главный порок Человека началасередины 20 века во внутренней расколотости в противоречии между разумом умом рассудком и чувствами душой сердцем. Но в выборе направления движения и основных целях его он был прав поскольку без обретения свободы преодоление тоталитарного отчуждения человека его освобождение невозможно и немыслимо. искал пути к снятию противоречий к такой схеме их взаимодействий при которой отедельные части оппозиции становятся разными проявлениями одних и тех же проблем в существовании человека. Пол это...
32873. ФИЛОСОФИЯ КАК МИРОВОЗЗРЕНИЕ. ПРЕДМЕТ ФИЛОСОФИИ 37.61 KB
  ПРЕДМЕТ ФИЛОСОФИИ. ОСНОВНОЙ ВОПРОС ФИЛОСОФИИ. Главное отличие философии от всех иных наук заключается в том что философия является теоретическим мировоззрением предельным обобщением ранее накопленных человечеством знаний. Предмет философии шире предмета исследования любой отдельной науки философия обобщает интегрирует иные науки но не поглощает их не включает в себя все научное знание не стоит над ним.
32874. МИФОЛОГИЯ КАК МИРОВОЗЗРЕНИЕ. ПЕРВОБЫТНАЯ МИФОЛОГИЯ. РЕЛИГИЯ КАК МИРОВОЗЗРЕНИЕ 57.06 KB
  Как правило мифы пытаются дать ответ на следующие основные вопросы: происхождение Вселенной Земли и человека; объяснение природных явлений; жизнь судьба смерть человека; деятельность человека и его достижения; вопросы чести долга этики и нравственности. Религия форма мировоззрения основанная на вере в наличие фантастических сверхъестественных сил которые влияют на жизнь человека и окружающий мир. При религиозном мировоззрении для человека характерна чувственная образноэмоциональная а не рациональная форма восприятия...
32875. АНТИЧНАЯ ФИЛОСОФИЯ. ПИФАГОР, СОКРАТ, ПЛАТОН, АРИСТОТЕЛЬ, ДЕМОКРИТ, ЭПИКУР 64.08 KB
  Подобно тому как математик ставит вопрос что такое единица и дает довольнотаки сложное определение этого казалось бы простейшего понятия так и философ с глубокой древности задается проблемой: что такое бытие что значит быть Эта специфика философии проливает известный свет и на вопрос о том почему и когда философия возникает. Философ ставит все это под сомнение но делает это для того чтобы докопаться до подлинных корней из которых растет сама данная традиция; в этом и состоит смысл его вопроса: что значит быть что такое бытие А...
32876. СРЕДНЕВЕКОВАЯ ФИЛОСОФИЯ. ОТЦЫ ЦЕРКВИ. ВАСИЛИЙ ВЕЛИКИЙ, ГРИГОРИЙ БОГОСЛОВ, ИОАНН ЗЛАТОУСТ, ФОМА АКВИНСКИЙ, ГРИГОРИЙ ПАЛАМА. РЕАЛИЗМ И НОМИНАЛИЗМ 45.65 KB
  которое признавало Бога в качестве высшего существующего начала а весь окружающий мир Его творения. 50 Можно выделить следующие основные черты средневековой теологической философии: теоцентризм главной причиной всего сущего высшей реальностью основным предметом философских исследований являлся Бог; изучению самого по себе космоса природы явлений окружающего мира уделялось мало внимания так как они считались творением Бога; господствовали догматы истины не нуждающиеся в доказательствах о творении всего Богом и откровении...
32877. Географическая среда в развитие общества. Географическое направление в обществоведении 41.93 KB
  Географическая среда в развитие общества. В более узком смысле – это часть материи за исключением общества т. Географическая среда имеет историческую обусловленность и расширяется с развитием общества. Географическая среда является важным фактором развития общества: Она влияет на разделение труда на размещение отраслей производства что изучается экономической географией; Она влияет на темпы развития общества может быть боле или менее благоприятной; Она опосредованно влияет на характер политических систем что изучается...
32878. Материальное производство. Труд. Производительные силы. Технологический способ труда. Технократическое направление в обществоведении 41.14 KB
  Технологический способ труда. Лишь для земледельческого труда делалось некоторое исключение. Средневековую цивилизацию многие историки культуры трактуют как цивилизацию труда. ознаменовался новым сдвигом в социальном статусе и образе труда.
32879. Производственные отношения. Социальная закономерность. Фатализм и волюнтаризм 30.27 KB
  Производственные отношения. Производственные отношения совокупность материальных и экономических отношений между людьми в процессе общественного производства и движения общественного продукта от производства до потребления. Производственные отношения являются необходимой стороной общественного производства. В процессе труда складываются отношения обусловленные потребностями технологии и организации производства например отношения между рабочими различных специальностей между организаторами и исполнителями связанные с...