Уч. пособие - Аналого-цифровые преобразователи сигналов - Бруханский А.В. (774519), страница 5
Текст из файла (страница 5)
В противном случае оии подаются иа выводы, соответствующие младшему байту (для 12-разрядного АЦП на выводы ООО...РОЗ). АЦП с последовательным интерфейсом выходньи данных АЯП с послсдовательным интерфейсом выходных данных. В АЦП последовательного приближения, оснащенных простейшей цифровой частью, таких как 12-битный МАХ17б нлн И.битный МАХ121 выходная величина может бъпь считана и виде последовательного кода прямо с компаратора или регистра последовательного приближения (РПП), как зто указано в и.
4.1. На рнс. 21 представлена функциональная схема такого интерфейса (а) и временные диаграммы его рабтгы (б). Рнс. 21. Престейвнй песвпиеатепьныйннтерфсйс Здесь приведена схема, реализуннцая БР1-интерфейс Процессор является ведущим (ваяег), Он инициирует начало процесса преобразования подачей среза иа вход "Пуск" АЦП. С тактового выхода процессора на скнхровход АШЧ поступает последовательность тактовых импульсов, Начиная со второго такта после пуска на выходе дантовых АЦП формируется последователькык иод выходного слова старшими бнтамн вперед, Этот сигнал поступает на М1$О (шав$ег - 1прв1, з1аю - апфи$) вход процессора.
Простейший интерфейс обеспечивает иаймекьшее время цикла "преобразование - передача данных". Однако он обладает двумя существенными недостатками. Во-первых, переключение выходных каскадов АЦП во время преобразования привносит импульсную помеху в аиалоговувз часть преобразсеателя, что вызывает уменьшекне соотношение скгииФвум (например,;для АЦП АВ7$93 еское значение шума прн передаче данных во время пре©брвзовакия почтив три рва бальцы, чем прк считыввики дааых после преобразования). Во-втщник, если АЦП имеет бодыиое время преобразования, то процессор будет занят приемом иш с последовательной передачей выходных данных осиащекггси выходным сдвиговым регисгром, и юторый загрухсвется результЖГпреебразования из РПП.
Временные диаграммы такого интерфейса приведены на рнс. 22. Рнс, 22. Песяелеаатевъный ннтер4айс с передачей данных пд окончании преюбрамвання По заднему фронту сигнала "Пуск" УВХ переходит в режим хранения и начинается преобразование, Прн зтом на соответствукнцем выводе АЦП выставляется сигнал "Занят", По окончании преобразования начннаетса передача данных, Процессор подает иа сннхровход АЦП последовательность синхронмпульсов С1.К Если К < . 4 < 16, то число синхронмпульсов обычно составляет 16.
Прн Х < 16 вначале вместо отсутствующих старших битов передаются нулк, а затем выходное слово старшими битами вперед. До н после передачи данных выходах линия АЦП находится в высокоимпедансном состоянии. Увеличение длительности цикла "преобразование - передача данных" по сравнению с простейшим интерфейсом обычно несущественно, так как синхроимпульсы могут имеп большую частоту, Например, для 12- разрядного АЦП последовательного приближенкя А07$96 минимальный интервал между отсчетами составляет 1О мкс. Из иих последовательное чтение данных заикмает только 1,6 мкс при частоте синхроскгнала 10 МГц, Пщледоватедьный интерфейс сигма-дельта АЦП Последовательный интерфейс сигма-дельта АЦП с процессорами аппаратно реализуется очень просто, Например, длэ связи 24-рэзралного трекканэльюго АЦП АХ)7714 с микроконтроллером 8ОС51 в простейшем случае требуетсэ всего две линии (рнс.
23). Рис, О, Пмамч»ни»»игнв- л»вьтв АЦП киикржвнтр»ва»ру»»и»й»твв МСЗЯ АЦП управляекэ при помацн нескольких внутренних регистров. 3го: регистр обмена, регистр режима, два регистра фильтра, три регистра калибровки нулл шкалы, трн регистра калибровки палюй япц»лм н регистр данных. Данные в зти регистры записывэютса через последовательный интерфейс; этот же интерфейс позволяет также считывать данные из указанных регистров. Любое обращение к любому регистру должно иачииатьса с операции записи в регистр обмена.
После включении питании или сброса АЦП екидвет записи в регистр обмена. Данные, записываемые в зтот регистр, определаот тип сведующей операции (чтение иэи запись), а также к какому регистру будет идти афщщеиие. Программе взанмодействиа микроконтроллера с АЦП включает следуюаую последовательность ойераций: 1. Запись в регистр обмена: зэдаетсл входюй канал. 2, Запись в верхний регистр фильтр; 4 старпп»х бита слова фильтра, а.
также устаиавлнваетсэ биполэрныйуниполяриый режим и дкнна выходного слова. 3. Запись в нижний регистр фильтра: 3 младших битов слова фильтра. 4. Запись в регистр режима: устанэвлиааетсэ козффипиент усиленна, иикинируетсв эвтокэлнбровка. 5. Опгэппиваетса сигнал, указываюп1нй иа наличие в регистре данных нового результата преоОббразоваиим. 6.
Чтение результата из регистра данных, 7. Циклический повтор действий 5 и б, пока ие будет считано заданное число отсчегов. При послелователыюм возрастании значений входного аналогового сигнала 0 Щ ог 0 до величины, соответствующей полной шкале Ацп 0 въбкмрюй пиФровой сигнал 0(1) образует ступенчатув кусочнопостокиную линию. Такую зввжимость по впало ми с ЦАП назаянпот обычио характеристикой преобразования Ацп. В отсутствие аппаратных погреппюстей срцрцВ точки смупеиек расположеиьк иа мдеаяиюп уюжмоп 1 (рис, 24), которой соответствует ндеальнал характеристика преобразования. Реальная преобразования может существенно отличаться от, нпеалъной размерами н Формой ступенек, а также расположением на плоскости координат.
Для количественного описания этих различий существует целый ряд пвраметроа. Рнс, 24. Статнчеааа характаристнка правбрааованна АШ1 Статические параметры Разрешающая сноаобжюн» «величина, обратная мавсимальному числу кодовых комбинаций на выходе АЦП. Разрешающая способность выражается в процентах, разрядах или децвбелах и характеризует потенциальные возможности АЦП с точки зрения достижимой точности, Например, 12-разрядный АЦП имеет разрешающую способность 04096, или О„0245% от полной шкалы, нли -72,2 дБ.
Разрепииощей способности соответствуег приращение входного напряжения АЦЙ У„при изменении О, на едпащу младшего разряда (ЕМР). Это приращение явлветск шагом квантования. Для двоичных кодов преобразования номинальное значение ига квантования И4„/~"-1), где Ц - номинальное максимальное входное напряжение АЦП (напряжение полной шкалы), соответствующее максимальному значению выходного пода, И - разрядность АЦП. Чем больше разрядность преобразователя, тем выше его разрешающая способность. Погрешность полной шкалы - относительная разность между реальным и идеальным значениями предела шкалы преобразования прн ощчствни смещения нуля. Эта погрешность является мультнплнкативной состациаощФ полной погрешности, Иногда указывается соответствункцим числом ЕМР. По~рювоав» смещения муяя - значение цвх, когда входной код ЦАП равен нулю.
Является адаптивной составляющей полной погреяносги. Обычно определяется по формуле где б о1 - значение входного напряжения, при котором происходит переход выходного кода нз О в 1. Часто указывается в милливольтах нли в процентах ат полной шкалы: Возникновение динамических погреппп»стей связано с й синаивв, изменяющихся во времени. Можно выделить следующие параметры АЦП, определаощке его днаэмнческую точность. Миаиииьлая чапека дна»пжмаапгим ~преобраюааии4 - зто накбслыши частота, с которой происходит образование выборочных значений сигнала, при которой выбранный параметр АЦП ие выходит за заданные пределы.
Измерветса пююм выборок в секунду. Вы~~хпиым параметром может быть, например, монотонность характеристики преоорэзования или погреппюсть линейности' Зрела иреобразоеания Щ - зто время, отсчитываемое от начала импульса дискретизацки или начала преобразованкя до появления на выходе устойчивого кода, соответствующего данной выборке. Для одних АИП, например, последовательного счета или миоготактиого интегрирования, зта величина лвляется переменной, зависящей от значения манного сипадэ, для других, таких хэк параллельные кяи последовательиопараллельные АЦП, э также АЦП последовательного приближения, кркмерно поставкой, При работе АЦП без УВ~ время преобразования л»ииется апертурным временем.
Время выборки ~слтробмроаави~ - время, в течение воторого происходит образование одного выборочного значения. При работе без УВХ равно времени преобразования АЦП. В нэ»еэле, повторяющиеся преобразования фиксированного постоянного входного сигнала должны давать один н тот же выходкой вод, Однако, вследсгвке неизбежного шума в схемах АЦП, существует некоторый диапазон выходных иодов для заданного входного напряженна, Если подать на вход АЦП постоянный сигнал н записать больпюе число преобразоааккй, то в результате 1юлучигся некоторое распределение кодов. Ясли подогнать Гауссовское к полученной гистограмме, то стандартное отклонение будет примерно завив»ентио среднеквэщ»этическому значению входного шума АЦП. В качестве примера на рис, 26 приведена гистограмма результатов 5000 креобразовэкий постоянного входного сигнала, выполненных 16-разрядным двухтактным последовательно-параллельным АЦП А073$4.
Частота появлении хода Эвав а ф'а» ф~-1»»х» ф+1» я~я» ф~а» Рнс. 26.1нстаграииа рецпьтатов преобразования АЦП А1:0334 Входное напряжение из диапазона+ 5 В было установлено по возможности ближе к центру кода. Как ВиднО нз гистограммы, все результаты преобразований распределены иэ шесть кодов. Среднехвэдратическое значение шума, соответствующее зтой гистограмме, равно 120 мвВ. .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
