Болл С.Р. Аналоговые интерфейсы микроконтроллеров (2007) (1264220), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Более быстрые интерфейсы имеют некоторые ограничения, такие как необходимость в активной нагрузке и лимит емкости шины. Естественно, более быстрые режимы работы требуют аппаратной поддержки и неудобны для программного управления. Типичный АЦП, используюший интерфейс 1'С, — это ИС РСР8591 фирмы РИ(рк Эта микросхема включает в себя и АЦП, и ЦАП.
Как многие !'С-устройства, ИС РСР8591 содержит три адресных вывода: АО, А1 и А2. Они могут быть соединены с ВЫСОКИМ или с НИЗКИМ уровнем для выбора адресуемого устройства. Когда декодируется адрес периферийного устройства, ИС РСР8591 будет отвечать на адрес 1001ххх, где ххх согласуется с уровнями на А2, А! и АО. Это позволяет разместить до восьми микросхем РСР8591 на одной !~С-шине. 2З.З. Шина ВМВца Шина $МВие — это разновидность шины 1зС, разработанная фирмой 1пге) в ! 995 году.
Спецификация шины!'С определяется в первую очередь электронными компонентами и варьируется от одного устройства кдругому Формат же 8МВвв определяет шину, в расширенном варианте, как интерфейс сети между процессором и его периферийными устройствами. Спецификация на интерфейс 8МВцз требует, чтобы такие параметры, как снижение мошности блоков (нет нагрузки на шине) и диапазон напряжений (3...5 В) поддерживались всеми устройствами на шине.
Главное отличие между 8МВва и 1 С заключается в том, что БМВвв определяет станлартный предельно конкретный набор протоколов чтения и записи, которому следуют без какой-либо модификации все' производители ИС, использ) вшие этот стандарт. б4 ° Глава 2 Аналого-цифровые преобразователи 2.9.4. Специализированные последовательные интерфейсы Некоторые АЦП оснащены своим собственным интерфейсом. Типичным примером является ГГС АЦП МАХ1101 фирмы МАХ!М/Рааак Это 8- битный АЦП, оптимизированный для работы с приборами с зарядовой связью (ПЗС). В АЦП МАХ1101 для обеспечения интерфейса используется 4 вывода: МОРЕ («режим работы»), 1 ОАР («нагрузка»), РАТА («данные») и ЯСЕК («такты»), Сигнал на выводе МОРЕ определяет, записываются или считываются данные (1 — чтение, 0 — запись).
Вывод РАТА— двунаправленный, сигнал БСЕК синхронизирует данные, считываемые или записываемые в устройство, а вывод ГОАР используется после процедуры записи для синхронизации записи данных во внутренние регистры. Синхронизируемый последовательный интерфейс ИС МАХ1101 подобен 8Р1, но, поскольку отсутствует сигнал «выбор кристалла» (сййр зе!есг), на шине не может быть использовано много периферийных устройств. Каждый А1!П МАХ1101 нуждается в четырех линиях связи с микропроцессором. Многие специализированные последовательные интерфейсы нацелены на использование с микроконтроллерами, имеющими встроенные средства для выполнения синхронных операций ввода/вывода. МК семейства 8031, например, оснащены последовательным интерфейсом, который можно сконфигурировать для работы в синхронном или в асинхронном режимах.
Ряд АЦП имеет возможность соединения с такими типами микроконтроллеров. Проблема использования любого последовательного интерфейса для АЦП в том„что последовательный интерфейс ограничивает скорость преобразования. Отдельные виды последовательных интерфейсов вносят дополнительные временные ограничения. Поскольку приборы обмениваются данными на шине !зС шириной слова, по крайней мере, 20 бит, 1'С- прибор не в состоянии достичь скорости подобного 8Р1-устройства. По этой причине выпускается намного больше АЦП с интерфейсом 8Р1/М)сгоччге, чем 1зС.
Требуемая пропускная способность последовательного интерфейса диктует условия выбора интерфейса. Если необходимо достичь скорости преобразования 100000 выборок/с по 8 бит при использовании программно сформированного БР1-интерфейса, тогда следует учесть, что процессор не будет способен расходовать более чем 1/(100000х8), или 1.25 мкс, на кюкдый бит. Может оказаться невозможным выполнение процессором каких-либо других операций, после чего предпочтение может быть отдано АЦП с параллельным интерфейсом или процессору с аппаратной поддержкой БР1.
!г к упоминалось в главе 1, во внимание должны быть приняты также поло . пропускания шины и пропускная способность процессора. Если на 2. 1О. Многоканальные А ЦП ° 65 шине 8Р1 находится много устройств, то следует удостовериться в том, что шина поддержит пропускную способность, требуемую для каждого устройства. Также, процессор должен успевать справляться с поставленными задачами и на предельной скорости потока данных. 2.10.
Многоканальные АЦП Многоканальные АЦП имеют обычно от двух до восьми каналов на ИС. Типичным примером многоканального АЦП является восьмиканальный А1) 7824 фирмы Ала!о8 ))ег1сек ИС АО7824 содержит один 8-битный АЦП и один 8-канальный аналоговый мультиплексор. Микропроцессорный интерфейс АЦП АО7824 подобен интерфейсу МАХ!51, но с дополнительными тремя линиями адреса (АО...А2) для выбора канала преобразования. Как и МАХ!51, АЦП АТ)7824 может быть использован в режиме, когда микропроцессор начинает преобразование, а затем переходит в состояние ожидания до тех пор, пока не завершится преобразование. Микропроцессор может начать преобразование с любого канала, затем подождать, пока не завершится преобразование, и выполнить следующее чтение для получения результата.
ИС АО7824 также имеет вывод прерывания, сигнал с которого сообщает о завершении преобразования. 2.11. Встроенные в микроконтроллер АЦП Многие микроконтроллеры снабжены встроенными АЦП. Типичные примеры МК вЂ” это Р1С167С7хх фирмы М1сгос)пр и АТ9054434 фирмы Алое!. Чаще всего в микроконтроллерах применяются АЦП последовательного приближения, поскольку они обеспечивают лучшее соотношение между скоростью и размерами, занимаемыми в кристалле ИС. Микроконтроллеры семейства Р1С167С7хх содержат 8-битный АЦП последовательного приближения с аналоговым мультиплексором. За счет мультиплексирования обеспечивается 4 или 8 каналов ввода.
Управление внутренними регистрами выбранного канала начинает преобразование и т. д. Как только вход выбран, начинается зарядка емкости УВХ. Полученные задержки должны быть учтены в программе. Изделия фирмы Мюгос)йр позволяют использовать олин из выводов, как вход опорного напряжения (Чавг). Он обычно соединяется с каким- либо прецизионным источником. Величина, считываемая с АЦП после преобразования: Цифровое слово = (Чьч / Чавг) к 256. 66 ° Глава 2 Аналого-цифровые преобразователи В микросхемах М!сгос1з1р также предусмотрена возможность соединения внутреннего входа Чаев с напряжением питания, что освобождает вывод ИС для дополнительного аналогового входа.
В системе с напряжением питания 5 В опорное напряжение АЦП составит 5 В, соответственно. Так входной сигнал уровня 3.2 В произвел бы на выходе АЦП следукиций результат: Ч1ы х 256 3 2В х 256 =163~в = АЗцв. Ч„„5В Однако в данном случае результат будет зависеть от напряжения питания, Чз. Если напряжение питания поднимется на 1% и составит 5.05 В, величина аналого-цифрового преобразования станет равной 3.2В х 256 5 05 В 1О 16' Так, однопроцентное смешение Чз приведет к тому, что результат преобразования изменится на один отсчет. Напряжение обычных источников питания может уходить на 2 или 3 процента от номинала, что может оказать значительное влияние на результат.
Другие источники погрешностей Чз. окружающая температура, колебания переменного напряжения и т. п. Этот анализ затрагивает вопрос, касающийся всех микросхем АЦП— точность опорного напряжения. Рассмотренная ранее ИС МАХ1242 фирмы МАХ! М использует внутренний источник опорного напряжения. Эта ИС может преобразовывать сигналы в диапазоне О...Чаво. Номинально Чавг составляет 2.5 В, но может варьироваться между 2.47 и 2.53 В. Преобразование входного напряжения, равного 2 В на границах диапазона возможных опорных напряжений даст следующий результат: 2В х 1024 Если Чвег = 2.47 В, то результат = = 829ш.
2.47 2В х 1024 Если Чаво = 2.53 В, то результат = = 809ш. 2.53 Примечание. Множитель! 024 здесь потому, что в АЦП осуществляется 10-битное преобразование. Так, разброс Чаво в ИС может привести к выходной погрешности в 20 отсчетов. В данной ситуации необходимо иметь высоко стабилизированное опорное напряжение Чаев. 2.!2.
Кодеки ° 67 2.12. Кодеки Термин кодек (содес) — это одно из двух сокрашений от английских слов сотргвудоггдвсотртууог или от содег/десодег. В общем, кодек любого типа выполняет 2 операции: либо прямое и обратное преобразование в каком-либо из стандартов компрессии, либо преобразование аналогового сигнала в цифровую форму и обратно' ).
ИС 2.М4546 фирмы Ага)топи! 5еттсопдис(ог представляет собой аудиокодек, предназначенный для звуковых систем персональных компьютеров и содержит встроенные 18-битные АЦП и ЦАП. К тому же данный кодек содержит цепи для цифровой обработки сигналов звуковых частот с целью создания трехмерного звучания (31)). Для интерфейса с центральным процессором в ЕМ4546 применяется последовательный интерфейс. ИС ТР3054 фирмы Наггопа1 Яетгсопдис(ог — это связной кодек, содержащий АЦП, ЦАП, фильтры и компандер. Интерфейс ТР3054 также последовательный. 2.13.
Прерывания ИС МАХ151 может выполнять преобразование каждые 3.3 мкс или„ примерно, 303000 преобразований в секунду. Даже процессор с тактовой частотой 33 МЕц, обрабатывающий каждую инструкцию за такт, может выполнить всего 11О инструкций за это время. В некоторых приложениях процессор не должен обрабатывать каждое преобразование.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
