Аналоговый цифровой преобразователь с промежуточным буфером при высокой скорости поступления данных (стр. 2 из 3)
UIRN = – K×Uвх + (1 + K)×UREF1
где K = R4/(R5 + R6) – коэффициент передачи усилителя
UREF1 – опорное напряжение на не инвертирующем входе ОУ (задается делителем R1-R3)
В нашем случае для диапазона преобразования Uвх = ±2,5В выбираются К = 0,58 и опорный уровень UREF1 = 0,905 В (при UREF = 2,5 В). Настройка коэффициента передачи осуществляется сопротивлением резистора R5, после чего резистором R2 устанавливается нуль на середину передаточной характеристики АЦП.
При Uвх =2,5В на АЦП появляется выходной код 00..00, а при Uвх=-2,5В – код 11..11.
Таким образом, на выходе преобразователя получаем обратный смещенный двоичный код.
Схема защиты входа АЦП от перегрузок работает следующим образом. Диоды VD1 и VD2, включенные параллельно резистору обратной связи R4, образуют двухсторонний ограничитель. Диод VD4 и стабилитрон VD3, смещенные постоянным током от источников 15 и –15В, задают уровни ограничения в отрицательной и положительной областях (относительно UREF1).
Диод VD5 обеспечивает защиту входа АЦП в случае отключения источников питания ОУ или выхода его из строя.
Данная схема включения согласующего ОУ универсальна и позволяет использовать АЦП К1108ПВ1А в режиме максимального быстродействия. При работе БИС АЦП с быстродействующим ОУ типа К574УД1, тщательном монтаже и оптимальной схеме коррекции ОУ время установления процессов в согласующей схеме на уровне 0,1% не превышает 1 мкс.
Рис. 4. Схема включения согласующего ОУ
В данной схеме используются следующие элементы:
VD1, VD2, VD4, VD5 – диоды типа КД520А
VD3 – стабилитрон типа КС133А
А – операционный усилитель типа К574УД1
Операционный усилитель типа К574УД1 имеет следующие характеристики
Ucc = ±15 В; Uвых³ 10 мВ; Iвх£ 0,5 нА; Iпотр£ 10 мА
Потребляемая мощность составляет Pпотр = 150 мВт
2.5 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.
2.5.1 Генератор тактовых импульсов
В качестве генератора тактовых импульсов используем кварцевый автогенератор. Генератор строим на трех элементах «И-НЕ». Кварцевый генератор обеспечивает высокостабильный сигнал. Нестабильность выходного сигнала не превышает ±(5¸10)×10-6 в интервале температур 10¸40 0С. АЦП в восьмиразрядном режиме может работать на частоте до 1,3 МГц. Подберем такие емкости и резисторы, чтобы обеспечить нужную частоту. В нашем случае частота будет равна f = 1 МГц.
Рис. 5. Генератор тактовых импульсов
Так как на вход CLK АЦП нужно подавать инвертированный сигнал то он подключается к первому выходу генератора, а все остальные – ко второму выходу.
В схеме используются логические элементы «И-НЕ» микросхемы К155ЛА3, которые имеют следующие характеристики:
Назначение выводов ИС К155ЛА3
1. Вход данных
2. Вход данных
3. Выход данных
4. Вход данных
5. Вход данных
6. Выход данных
7. Общий GND
8. Выход данных
9. Вход данных
10. Вход данных
11. Выход данных
12. Вход данных
13. Вход данных
14. Питание Ucc
Рис. 6. ИС К155ЛА3
(Ucc = 5,25 В; U1вых³ 2,4 В; U0вых£ 0,4 В; Iпотр£ 8,5 мА; I0вх£ 0,04 мА; I1вх£ 0,25 мА;
I0вых³ 8 мА; I1вых£ -0,4 мА; tздр£ 19 нс)
Потребляемая мощность для одного логического элемента «И-НЕ» равна: Pпотр = 44,625 мВт
Суммарная потребляемая мощность микросхемы К155ЛА3 равна:
Pпотр сум = 178,5 мВт
2.5.2 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 Ucc
Рис. 7. ИС К555ИЕ9
Таблица 2. Таблица рабочих состояний ИС К555ИЕ9
| Входы | Выходы | Состояние | |||||
| R | V2 | V1 | P1 | C | D1-D4 | Q1-Q4 | |
| L | X | X | X | X | X | L | Установка в L |
| H | L | X | X | D | D | Предварит. запись | |
| H | H | H | H | X | Y+1 | Счет (+1) | |
| H | H | L | X | X | X | Q (n-1) | Запрет счета(хранение) |
| H | H | X | L | X | X | ||
где Y – двоичный код предыдущего состояния
Таблица 3. Таблица истинности ИС К555ИЕ9
| Вход | Выходы | ||||
| P1 | Q4 | Q3 | Q2 | Q1 | P2 |
| L | H | X | X | H | L |
| H | H | X | X | H | H |
| X | Любой код меньше 9 | L | |||
Микросхема К555ИЕ9 имеет следующие характеристики
(Ucc = 5,25 В; U1вых³ 2,7 В; U0вых£ 0,5 В; Iпотр£ 31 мА; I0вх³ -0,4 мА; I1вх£ 0,02 мА;
I0вых³ 8 мА; I1вых£ -0,4 мА; tздр£ 39 нс)
Потребляемая мощность микросхемы К555ИЕ9 равна: Pпотр = 162,75 мВт
2.5.3 Устройство управления на логических элементах
Четырехразрядный код с двоично-десятичного счетчика подается на логические элементы. Если код равен нулю, то срабатывает первый элемент «И» (DD3.1) и импульс подается на АЦП, на вход запуска ST. Так как с элемента «И» (DD3.1) импульс идет не инвертированный, то перед ST необходимо поставить инвертор – логический элемент «НЕ» (DD2.5).
Если на выходе счетчика появляется код равный девяти, то срабатывает второй элемент «И» (DD3.2). Подаем импульс с выхода «И» (DD3.2) сразу на пять входов элемента «И-НЕ» (DD4). Это совпадает с выходом на выводе RAD АЦП логического нуля. Инвертируем этот импульс элементом «НЕ» (DD2.6) и подаем на три оставшихся входа элемента «И-НЕ» (DD4). Инвертированный импульс подается сразу на два вывода, на вывод ERD считывания данных с АЦП и вывод записи ®WR регистра.
Рис. 8. Устройство управления на логических элементах
Устройство управления на логических элементах содержит следующие микросхемы: К555ЛН1, К555ЛИ6, К555ЛА2
Рис. 9. ИС К555ЛН1