АЦП с промежуточным буфером при высокой скорости поступления данных

АЦП с промежуточным буфером при высокой скорости поступления данных

 

Екатеринбург 2008

Реферат

 

Нами была разработана система аналого-цифрового преобразования быстроизменяющегося аналогового сигнала в параллельный восьмиразрядный код, система преобразования параллельного цифрового кода в последовательный цифровой код, а так же система управления данным преобразователем. Были разработаны структурная и принципиальная схемы системы.

Разработанная система позволяет измерять входное напряжение в диапазоне U_вх = –2, 5.. 2, 5 В с погрешностью ±0, 01 В. Также предусмотрена схема защиты входа АЦП от перегрузок.

Генератор тактовых импульсов выдает сигнал с частотой f = 1 МГц, что позволяет производить 100.000 измерений в секунду (по десять тактов на измерение). Высокая скорость позволяет измерять кратковременные изменения напряжения.

В схеме предусмотрен временный буфер для хранения данных и преобразователь параллельного кода в последовательный, что дает возможность передавать данные по линии связи (например на компьютер) для их дальнейшей обработки.

Система управления позволяет синхронизировать работу всей схемы. Она управляет работой микросхем подавая сигналы управления в определенное время соответствующим микросхемам.

Данная система преобразования может быть использована во многих устройствах и системах измерения, где требуется высокая скорость измерения при достаточно малой погрешности измерения.

Схема содержит достаточно хорошо распространенные элементы и микросхемы, и может быть собрана в ручную. Схема содержит элементы подстройки.

Проект содержит 20 стр., 3 табл., 11 рис., 1 стр. приложения, 8 назв. библ.

Введение

 

В наше время большое распространение получили цифровые системы обработки сигналов. Для этого необходим преобразователь аналогового сигнала в цифровой код.

В данном проекте необходимо разработать быстродействующий аналого-цифровой преобразователь с временным буфером для хранения данных и преобразователь параллельного цифрового кода в последовательный цифровой код. Так же необходимо разработать систему управления данным преобразователем.

Данный курсовой проект посвящен разработке структурной и принципиальной схем такого преобразователя.

 

 

Структурная схема

 

Структурная схема преобразователя аналогового сигнала в последовательный код содержит следующие элементы:

ОУ – схема включения согласующего операционного усилителя

АЦП – аналого-цифровой преобразователь (преобразователь аналогового сигнала в параллельный восьмиразрядный код)

ПК – преобразователь параллельного восьмиразрядного кода в последовательный

ГТИ – задающий генератор тактовых импульсов

УУ – устройство управления преобразователем

 

Рис. 1. Структурная схема преобразователя

 

где

АС – аналоговый сигнал (напряжение U_вх)

САС – согласованный аналоговый сигнал

ПВК – параллельный восьмиразрядный код

ЦК – цифровой код (последовательный код)

ИС – импульсы синхронизации (тактовые импульсы)

ИУ – импульсы управления

 

Принципиальная схема

 

На основе структурной схемы была разработана принципиальная схема.

 

Выбор основной элементной базы

 

Генератор тактовых импульсов строится на микросхеме К155ЛА3 и кварцевом резонаторе ZQ1.

Счетчик импульсов представляет из себя микросхему К555ИЕ9.

Устройство управления строится на логических элементах – микросхемы К555ЛН1, К555ЛИ6 и К555ЛА2.

В качестве АЦП возьмем микросхему К1108ПВ1А.

Преобразователь параллельного кода в последовательный построим на микросхеме К555ИР9.

Схема сопряжения содержит операционный усилитель типа К574УД1.

В качестве линии связи используется 2-х проводная витая пара типа МГТФ.

Перечень элементов представлен в приложении.

 

Рис. 3. ИС К555ИР9

Схема управления АЦП и преобразователя кода

 

Схема управления (устройство управления) состоит из трех частей:

1. Генератор тактовых импульсов на кварцевом резонаторе

2. Двоично-десятичный счетчик

3. Схема управления на логических элементах «НЕ», «И» и «И-НЕ»

Для схемы управления мы используем следующие микросхемы: К555ИЕ9, К555ЛИ6, К555ЛН1, К555ЛА2 и К155ЛА3.

С генератора импульсов идут такты стабильной частоты. Они подаются на вход синхронизации двоично-десятичного счетчика. Счетчик производит счет от нуля до девяти. Полученный с выхода счетчика четырехразрядный код подается на логические элементы. Первый импульс подается на вход запуска АЦП приводя его в состояние готовности. Далее восемь тактов АЦП преобразует аналоговый сигнал со входа в параллельный восьмиразрядный код, а регистр в свою очередь преобразует параллельный восьмиразрядный код предыдущего цикла в последовательный код и выдает его в линию связи. На десятом такте с логических элементов идет сигнал на считывание кода с выхода АЦП и одновременно на регистр, для считывания следующего параллельного восьмиразрядного кода.

Все микросхемы синхронизированы одним тактовым генератором.

 

Счетчик импульсов

Используем микросхему К555ИЕ9 (DD7) четырехразрядный двоично-десятичный счетчик с асинхронным сбросом, дешифрующим счетным выходом, с возможностью асинхронной установки в произвольное состояние от нуля до девяти.

Данный счетчик является составной частью системы управления АЦП и преобразователя параллельного кода в последовательный. Его задача состоит в счете от 0 до 9, преобразование последовательности тактовых импульсов в параллельный четырехразрядный код, для последующего преобразования его ТТЛ логикой в сигналы управления.

Тактовые импульсы подаются с генератора на вход С. Он работает по переднему фронту входного импульса (0®1). Так как счетчик работает постоянно, то нас не интересует какое значение установится при его запуске, т.е. предварительный сброс счетчика в ноль не требуется, поэтому на вход R подадим потенциал высокого уровня.

Предварительная запись значения в счетчик по входам D1, D2, D3, D4 нас не интересует поэтому необходимо эти выводы микросхемы заземлить. Так как нет предварительной записи, то не требуется и вход разрешающий предварительную запись V2. На этот вывод подадим потенциал высокого уровня.

Вывод P2 выдает высокий уровень напряжения через каждые десять тактов, когда значение в счетчике равно девяти (Q1 = Q4 = 1; Q2 = Q3 = 0). В нашей схеме мы его не используем.

Вывод P1 используется для разрешения переноса импульса в следующий каскад (если соединяются несколько счетчиков последовательно). У нас только один счетчик поэтому на вывод P1 должно постоянно подаваться напряжение высокого уровня. На вход разрешения счета V1 так же должно подаваться напряжение высокого уровня.

Выводы P1, V1, V2, R – подаем высокий уровень напряжения

Выводы D1, D2, D3, D4 – заземляем

Назначение выводов ИС К555ИЕ9

1. Вход «установка L» R

2. Вход синхронизации С

3. Вход информационный D1

4. Вход информационный D2

5. Вход информационный D3

6. Вход информационный D4

7. Вход разрешения счета V1

8. Общий GND

9. Вход разрешения предварительной записи V2

10. Вход разрешения переноса P1

11. Выход четвертого разряда Q4

12. Выход третьего разряда Q3

13. Выход второго разряда Q2

14. Выход первого разряда Q1    

15. Выход переноса

16. Питание U_cc

 

Рис. 7. ИС К555ИЕ9

 

Таблица 2. Таблица рабочих состояний ИС К555ИЕ9

Входы