10.3.3.2 Расчет ЦАП MAX506
Микросхема MAX506 содержит ЦАП, использующий режим работы суммирующего элемента, близкий к холостому ходу (операционный усилитель суммирует напряжения, рисунок 10.38).
Рисунок 10.38
Различают ЦАП, суммирующие токи, и ЦАП, суммирующие напряжения. К первой категории относится рассмотренный выше ЦАП К572 ПА1 (раздел 10.3.2). Микросхема MAX506 относится к преобразователям второй категории.
По сравнению с ЦАП, который суммирует токи, в MAX506 используется обратное включение входа и выхода матрицы R-2R.
На входы а0, а1,а2,…,аn-1 поступают цифровые сигналы, соответсвующие значению i-го разряда входного двоичного кода. Если на входе i-го разряда присутствует логическая единица, то соответствующий ключ КЛ переключается в верхнее положение и опорное напряжение Uоп через резисторы матрицы R-2R с определенным коэффициентом деления подается на неинвертирующий вход операционного усилителя (ОУ) DA1, где происходит суммирование напряжений.
Если на вход i-го разряда поступает логический нуль, то ключ переключается в нижнее положение, и данная ветвь матрицы R-2R подключается к общей шине.
Так как матрица резисторов является линейной цепью, ее работу можно проанализировать методом суперпозиции, т.е. вклад в выходное напряжение от каждого источника (разряда) рассчитать независимо друг от друга. Вклады от каждого разряда суммируются на неинвертирующем входе ОУ и на выходе получается результат в виде напряжения.
Рассмотрим работу ЦАП, если в старшем разряде входного ДК присутствует логическая единица, а в остальных разрядах – логические нули. Следовательно, ключ КЛn-1 находится в верхнем положении и подключает ветвь резисторной матрицы (РМ) с резистором 2R к источнику опорного напряжения Uоп. Остальные ключи находятся в нижнем положении и подключают остальные ветви РМ (резисторы 2R) к общей шине. Эквивалентная схема ЦАП для этого случая приведена на рисунке 10.39 ,а. Очевидно, что эквивалентное сопротивление РМ выше узла Мn-1 равно 2R.
Т.к. входное сопротивление ОУ велико и последний работает в режиме, близком к холостому ходу, то ток, создаваемый источником Uоп протекает через два одинаковых резистора 2R, образующих делитель напряжения Uоп. В этом случае напряжение на выходе делителя определяется из выражения:
.(10.31)
А Б
Рисунок 10.39
Рассмотрим работу ЦАП, если на вход схемы поступает комбинация ДК: 010…0 В. В этом случае ключ КЛn-2 включен в верхнее положение, а остальные ключи – в нижнее. Эквивалентная схема ЦАП, примет вид, представленный на рисунке 10.39,б.
Рассматривая резисторы R и 2R, расположенные ниже узла Мn-2, как включенные последовательно, заменяем их эквивалентным сопротивлением:
R+2R=3R. (10.32)
Тогда напряжение в точке Мn-2 определяется выражением:
.(10.33)
Зная напряжение в точке Мn-2, можно определить сигнал в узле Мn-1:
.(10.34)
Аналогичным образом можно доказать, что при подаче на вход ЦАП ДК: 001…0 В напряжение на неинвертирующем входе ОУ будет равно:
.(10.35)
И, наконец, при поступлении кода: 00…01 В напряжение
.(10.36)
Выражение для определения суммарного выходного напряжения от действия единиц во всех разрядах входного ДК примет вид:
.(10.37)
Если обозначить значения i-х разрядов входного ДК аi, где аi равно 0 или 1, то последнее выражение преобразуется к виду:
.(10.38)
Сомножитель является десятичным эквивалентом входного двоичного кода (представляет значение входного цифрового кода).
Рассмотренный преобразователь называют умножающим (перемножающим), потому что выходное напряжение пропорционально произведению значения опорного сигнала Uоп на значение входного цифрового кода.
Коэффициент передачи, т.е. расчетное приращение выходного напряжения при изменении входного кода на единицу младшего разряда (цена младшего значащего разряда (МЗР)) составляет:
.(10.39)
Для рассчитываемого ЦАП число разрядов ДК n=8, поэтому выражения (10.38), (10.39) примут вид:
,(10.40)
,(10.41)
где – цифровое значение входного ДК.
10.4 Особенности аппаратной и программной реализации модуля АЦП-ЦАП МПС
При проектировании модуля АЦП-ЦАП требуется решать следующие основные задачи:
10.4.1 Аппаратный уровень:
- выбор разрядности по заданной погрешности дискретизации;
- выбор величины дискретизации по времени по теореме Котельникова (10.6);
- определение необходимости применения и, если это необходимо, то выбор микросхемы УВХ;
- определение требуемого времени преобразования;
- выбор микросхем АЦП и ЦАП, обеспечивающих нужную погрешность, быстродействие и потребляемую мощность;
- выбор схем включения, обеспечивающих требуемый диапазон изменения входных и выходных напряжений;
- разработка принципиальной схемы.
10.4.2 Программный уровень:
- формирование импульса выборки для УВХ;
- формирование сигнала запуска АЦП (“СТАРТ”);
- проверка готовности данных на выходе АЦП (анализ выхода “ READY-ГОТОВНОСТЬ”);
- после определения готовности ввод данных в МП-р (ОМЭВМ);
- формирование сигнала ”СБРОС” для АЦП;
- после завершения этапа обработки вывод управляющего воздействия в цифровом виде в порт вывода;
Пример схемной реализации модуля АЦП-ЦАП приведён в 10.1.1.
10.5 Обмен между МП-м (ОМЭВМ) и ПК по последовательному каналу связи с помощью интерфейса RS-232С
Обмен информацией между МП-м (ОМЭВМ) и ПК может производиться через последовательный порт последнего (СОМ-порт) [37, 38, 39]. Для этого используется интерфейс RS-232С и, если ПК удалён от МП-ра на значительное расстояние, модем (рисунок 10.40).
Рисунок 10.40
На рисунке 10.40 представлена структурная схема сопряжения микропроцессора (ОМЭВМ) с модемом через интерфейс RS-232С, который включает:
УАПП – универсальный асинхронный программируемый приёмопередатчик;
УПУ – устройство преобразования уровней;
Разъём RS-232С.
Помимо интерфейса RS-232С схема сопряжения содержит:
БРА – буферный регистр адреса;
ШФ – шинный формирователь.
10.5.1 Устройство асинхронное программируемое приёмопередающее (УАПП)
УАПП (рисунок 10.41) преобразует данные из параллельного формата в последовательный при передаче (выводе) из микропроцессора и из последовательного формата в параллельный при приёме (вводе) в микропроцессор.
Рисунок 10.41
Формат передаваемых данных в канал связи в последовательном формате представлен на рисунке 10.42.
Рисунок 10.42
Собственно данные (5, 6, 7 или 8 бит) сопровождаются стартовым битом, битом чётности/нечётности (если такой контроль программно предусмотрен) и стоповым единичным сигналом, включающим 1; 1,5 или 2 стоп-бита. Получив стартовый бит, приёмник выбирает из линии биты данных через определённые интервалы времени. Очень важно, чтобы тактовые частоты приёмника и передатчика были одинаковыми (допустимое расхождение – не более 10 %) [37]. Скорость передачи по RS-232С может выбираться из ряда: 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 бит/с (бод).
Более подробно работа и устройство УАПП на аппаратно-программном уровне рассмотрены в [37, 38, 39].
10.5.2 Устройство преобразования уровней (УПУ)
Все сигналы RS-232С передаются/принимаются специально выбранными уровнями, обеспечивающими высокую помехоустойчивость связи (рисунок 10.43) [38].
Рисунок 10.43
Следует отметить, что данные передаются/принимаются в инверсном виде: логической единице соответствует низкий уровень, а логическому нулю – высокий уровень.
Как видно из рисунка 10.43 при передаче логического нуля на выходе интерфейса должен формироваться высокий уровень напряжения в диапазоне +5В…+15В, при передаче логической единицы – низкий уровень напряжения в диапазоне -5В…-15В.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33
