Лекции Глотова А.Н., страница 14

Разрядность таких АЦП доходитдо 14..16 (84..96 дб).образованиеХарактерным для этих АЦП является пре-амплитуды входного сигнала в длительность времен-ного интервала и счет числа импульсовобразцовогогенератораза этот временной интервал (рис. 39).По сигналу"Пуск"ГПН начинает формировать линейно воз-растающее напряжение, которое поступает на один из входов компаратораисравниваетсяс входным сигналом.В это же времяпроисходит счет импульсов генератора КГ счетчикоммомент,когданапряжениевходного сигнала,ГПНстановитсясчет прекращается.SТ.Втотравным напряжениюКод на выходесчетчикапропорционален амплитуде входного сигнала.

При этом время преобразования зависит от амплитуры преобразуемого сигнала (tпреобр ~ 1..10 мс).11.2.2. АЦП поразрядного уравновешивания(последовательного приближения)Обеспечивают существенно большее быстродействие и умеренную точность. число разрядов обычно не превышает 12 (рис. 40).При запускевается в 1,схемы старший разряд регистра RG2 устанавли-а все остальные разряды сбрасываются в 0.гистре RG также записывается 1 в старший разряд.Вре-С выхода ЦАПснимается Uцап, равное весу старшего разряда Uцап= Umax/2. Если Ux превышает это значение, то с выхода схемы сравнения напряжений СС поступает 0 на выбранную первую схему совпадения И1итриггер an регистра RG2 останется в состоянии 1.тактом генератора импульсов ГИ "1" ввнизрегистреRGСледующимсдвигаетсяподготавливая И2 и устанавливая разряд an-1 регистра RG2102в 1.

Если Ux оказывается меньше этого значения, то с выхода ССбудет поступать 1 на схему И2,что приведет к сбросу в 0 раз-ряда an-1 регистра RG2. За n тактов будут испытаны все разрядыкода,аврегистревходного сигнала,RG2 будет храниться цифровой эквивалента Uцап с точностью до единицы младшего раз-ряда будет равно Ux.Типовые времена преобразования таких АЦПtпреобр ~ 1..20 мкс.11.2.3. АЦП параллельного действия.Наиболее быстродействующие,однако разрядность обычно непревышает 6 (рис. 41).nНапряжение входного сигнала одновременно сравнивается с 2уровнями напряжения сформированными эталонным резистивным деnлителем из Uэт. Для этого АЦП лолжен содержать 2 компараторов.Сигналы с компараторов поступают на шифратор, где преобразуются в двоичный код.Типовое время преобразования t преобр= 20..10 нс.11.2.4.

Сигма - дельта АЦП.Принцип действия основан на компенсации входного среднеготока током внутреннего источника (рис. 42).Входное напряжение подается на интегратор,выходной сиг-нал которого сравнивается с фиксированным напряжением,мер,снулем.Импульсынапри-тока фиксированной длительности (тоесть с фиксированным приростом заряда) на каждом такте подключаются,в зависимости от состояния выхода компаратора, либо ксуммирующей точке интегратора,либо кземле.Всуммирующейточке поддерживается нулевой средний ток, то есть преобразование основано на принципе уравновешивания. Счетчик подсчитываетколичествоимпульсов,которые поступают на суммирующую точкуза интервал времени, определяемый путем отсчета заданного числатактовыхимпульсов.Число,полученное в счетчике за это103время,пропорционально среднему значению входногосигналаиможет быть использовано в качестве выходного кода.В сигма - дельта АЦП для формирования импульсов тока также можно использовать резисторопорногонапряжения,посколькуинаходится под потенциалом земли.стабилизированныйисточниксуммирующая точка фактическиВ этом случаесопротивлениезамкнутого ключа должно быть меньше сопротивления резистора R..10412.

МИКРОПРОЦЕССОРЫ ДЛЯ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ.В связи с широким внедрением МП в системы реальногомени,ввре-микропроцессорной технике заметна тенденция созданиявысокопроизводительных приборов в ущерб универсальности.Наи-более мощным классом специализированных приборов являются микропроцессоры для цифровой обработкиЦОС нашлиширокоесигналов(ЦОС).применение при решении задач,Системысвязанных собработкой радиолокационной и телеметрической информации, звуковых сигналов и изображений и других сложных задач,решаемыхна основе МП. Значительная эффективность систем ЦОС достигается за счет специализации МП. МП, ориентированные на ЦОС, получили название цифровых процессоров обработки сигналов(ЦПОС).Такие процессоры характеризуются:1) небольшим числом типов используемых команд;2) функциональной законченностью;3) наличием в своем составе:- тактового генератора;- нескольких видов памяти;- интерфейсных схем;- многоканальных ЦАП и АЦП;- схем выборки и хранения.В настоящее время распространены несколько различныхсе-мейств ЦПОС: семейство TMS320 фирмы Texas Instruments, семейство ADSP-2100 фирмы Analog Devices,8015 фирмы Motorola и се-рии К1813 и К1827 выпускаемые отечественной промышленностью.12.1.

ЦПОС КМ1813ВЕ1.Микросхема КМ1813ВЕ1 представляетсобойоднокристальнуюмикро - ЭВМ с встроенными ЦАП и АЦП, архитектура и система команд которой преимущественно ориентированыцифровой фильтрации сигналов.нарешениезадач105Ф1──>┌────────┐___│ Т Г│PROG/VERФ2──>└────────┘┌───────────────────────────┐<───────────┌────────┐│Р П З У│ VSPCCLK<┤ СчК├────>┤│<───────────└───┬────┘│192 Х 24│ RUN/PROG│└┬───┬───┬───────────┬─────┬┘<───────────<────────┘││││S│___ ___││B │A││┌────────>RST/EOP│ ┌V───V─┬───┐A ┌──V──┐ ┌V───┴┐__│ │ ОЗУ │ П ├──┤ М У ├─┤ АЛУ │OF+5V─────>│ │40 Х25│ О │ └─────┘ └─┐├──┐-5V─────>│ ├──────┤ Р │B┌─┘│ │GND──┬──>│ │КОНСТ │ Т ├──────────┤│ │─┴─│ │16 Х 4│ Ы │└────┬┘ ││ ├──────┼─┬─┘│ │││ │ DAR │ └─<────────────┼──┼───┘│ │├<──┐ ┌───────┐CY│ ││ └┬─┬─┬─┘│ │Выборка├──┘ │││ │ │└─┤разряда├─────┘││ │ │└───┬───┘DAR(i)││ │ ││┌────────────────V┐ │ │ ││M1─>┤Блок├>─┘ │ │ ┌────────┘│├────┼─┼──┼─────────────────────┐M2─>┤Управления├────┼─┼──┼────────────┐│└──┬──────────────┘│ │ ││││┌───────────────┘ └──┼─┐┌─V──┐┌─V──┐OUT0┌V───┴┐┌─────┐│\│ │ │\│├──>┤УВХ ├───>IN0──>┤Муль-├───┤ УВХ ├──>┤ \│ └─>┤ \│├ .

┤ и ├ .IN1──>┤ ти- │└┬───┬┘│К >──┘ЦАП>┬─┤ ДМ ├ . ┤уси-├ .IN2──>┤плек-│││ ┌>┤ /│ / │ │├ . ┤ли- ├OUT7IN3──>┤сор │:: │ │/││/│ │ │├──>┤тель├───>└─────┘ C1:─╫─:C2└───┼──────────┼─┘ └────┘└────┘│GRDA│UrefРис. 12.1. Структурная схема ЦПОС.В структуре ЦПОСцифровуючасти,функционирующиехранящейся в РПЗУ.фейс дляКМ1813ВЕ1 можноподвыделитьаналоговую иуправлениемпрограммыАналоговая часть представляет собой интер-ввода - вывода сигналов и содержит узлы для многока-нального аналого - цифрового и цифро - аналоговогопреобразо-вания:- входной мультиплексор на четыре входа (М);- входное устройство выборки - хранения (УВХ);- компаратор (К);- девятиразрядный ЦАП;- выходной демультиплексор на восемь выходов (ДМ);- выходные УВХ с усилителями на каждый выход.106Аналого -цифровоепреобразованиевыполняетсяметодомпоследовательного приближения и результат получается вальном регистреDAR(digital - analog register),специ-адресуемомкак ячейка ОЗУ с адресом 40.

Уровень преобразуемого напряжениязапоминается наконденсаторах УВХ, который является общим длявсех входов и подключается к конкретному входу только в моментпреобразования. Длязарядаемкостис требуемой точностью доуровня входного напряжения необходимо выполнить последовательно до 10 команд ввода In(k).После этого отсчет преобразуетсяв его цифровой эквивалент командой CVT(n), начиная со знакового и кончая младшимпреобразования приразрядом.полногодевятиразрядногомаксимальной тактовой частоте требуется 34команды, что соответствуетмкс. ВходнойДляотсчетвремениможетпреобразования20быть представлен и с меньшей точ-ностью, тогда требуемое число командуменьшается.инструкции декодируются одновременно с цифровыми,зация аналоговых функций,околоАналоговыет.е.

реали-как правило не приводит кснижениювозможностей цифровой обработки. Результат аналого - цифровогопреобразования хранится в регистре DAR, из которого может бытьпереписан в любую ячейку ОЗУ,использован в операциях АЛУ иличерез ЦАП выдан на любой из восьми выходов.Цифро - аналоговое преобразованиеданныхосуществляетсяметодом поразрядного взвешивания двоичного кода числа,жащегося в DAR.содер-заряда емкостиНомер выхода задается инструкцией OUT(k).

Длявыходноготрукций (от 4 до 7).УВХтребуется несколько таких инс-Диапазон входного и выходного напряженийопределяется напряжениемвнешнего опорного источника (1..2В),подключаемого к выводу Uref и аналоговой земле GRDA. Входные ивыходные сигналымогутбытьтакже цифровыми с уровнями ТТЛ.Управление режимом входов - выходов осуществляетсяповходам107М1 и М2.Цифровая часть построена на основе Гарвардской архитектуры, особенностью которой являетсяналичиераздельныхблоковпамяти программ и данных.Память программпредставляет собой РПЗУ с ультрафиолето-вым стиранием емкостью 192 слова поЦПОС доступковсем24разряда.работеячейкам памяти команд последовательный.Счетчик команд РПЗУ (СчК) возвращает нулевоевыполнения командыПрисадресом191илисостояниепослекогда в поле командывстречается инструкция "Конец программы" или "Возврат по условию".

Каждая команда выполняется за четыре такта задающего генератора. Команды из РПЗУ считываются четверками команд вбу-ферный 96 - разрядный регистр. Чтение из памяти каждой четверки команд сопровождается сигналомнавыходеCCLK.Цифроваячасть включает двухпортовое ОЗУ данных и констант, масштабирующее устройство и АЛУ.Каждый из этих узлов получает инструк-цию или код адреса из РПЗУ.Данные, поступающие в АЛУ, обрабатываются с использованием 25-разрядной арифметики в дополнительном коде.Старшийразряд является знаковым, значения переменных лежат в пределах-24-1..+1, а ошибка округления результата имеет величину 2 . Пе__реполнение отображается импульсом на выходе OF и может обрабатываться логически с целью коррекции результата.Память данных включает матрицу ОЗУпроизвольной выборкойстатическогослов.содновременно двух 25 - разрядных слов ипорты - регистры для хранения операндов Aсоставляет 40типаиB.ЕмкостьОЗУСвободная область шестиразрядного адресаиспользуется для задания констант в программе.Система команд ЦПОС КМ1813ВЕ1 включает группу цифровыхианалоговых команд.