Аналого-цифровой преобразователь

 
89 
заряжается  до  входного  напряжения),  при  размыкании – хранение.  Многие 
АЦП,  выполненные  в  виде  интегральных  микросхем,  содержат  встроенное 
УВХ. 
Полученное в результате преобразования значение записывается в регистр 
данных  (РД).  АЦП,  интегрированные  на  кристалл  процессора,  обычно  строят 
по  схеме  последовательного  приближения.  Время  преобразования  обычно 
составляет  несколько  десятков  микросекунд,  в  зависимости  от  частоты 
тактирования  АЦП.  Завершение  процесса  преобразования  отмечается 
установкой флага Fацп и (если разрешено) вырабатывается запрос прерывания. 
В  современных  управляющих  процессорах  и  микроконтроллерах  наиболее 
распространены АЦП с разрядностью 8, 10, реже 12 и совсем редко 14 и 16 бит. 
Аналоговый коммутатор выбирает один из возможных аналоговых входов 
(выводов)  и  подключает  его  к  входу  внутреннего  АЦП  для  преобразования. 
При  последовательной  выборке  каналов  создается  имитация  многоканального 
АЦП.  Применение  действительно  многоканальных  АЦП  резко  повышает 
энергопотребление  и  стоимость  процессора  и  обычно  не  используется  (Если 
требуется  несколько  каналов  и  высокая  скорость  преобразования,  то 
используют микросхему внешнего АЦП).  
Код  выбора  канала  может  формироваться  программно,  то  есть 
программист  «вручную»  переключается  между  каналами,  или  аппаратно 
(автоматически), последовательно перебирая каналы (режим сканирования). 
Для  большего  удобства  использования  модуля  АЦП  в  режиме 
сканирования  могут  быть  реализованы  несколько  регистров  данных (Fujitsu 
MB90, Intel 8051GB), по  одному  на  канал.  Программисту  будет  достаточно 
считывать данные из регистра, соответствующего требуемому каналу. При этом 
код  выбора  канала  параллельно  подается  на  адресные  входы  блока  регистров 
данных. 
 
Источник опорного напряжения Vref и коммутатор Vref 
Опорное  напряжение Vref определяет  диапазон  значений  напряжения  на 
аналоговых входах и разрешающую способность АЦП, равную Vref/2
n
 , где n – 
разрядность АЦП. Если значение напряжение на входе не велико, то точность 
преобразования  может  быть  увеличена  путем  уменьшения Vref. Диапазон 
допустимых  значений Vref обычно  находится  в  рамках  значения  напряжения 
питания процессора. 
Могут быть использованы опорные источники следующего типа: 
1.  Внешний, подключаемые через специальные выводы микросхемы; 
2.  Внутренний  фиксированный  или  программируемый  (с  помощью 
встроенного ЦАП). 
Подключение к АЦП внешнего или внутреннего источников выполняется 
с помощью коммутатора Vref. 

 
90 
Коммутатор  сигнала  запуска  АЦП  позволяет  выбрать  способ  запуска 
процесса  преобразования,  а  также  определяет  один  из  возможных  режимов 
работы АЦП: 
1.  Периодического  преобразования.  В  этом  режиме  АЦП  запускается 
периодическим  сигналом  от  основного  тактового  генератора  или 
встроенного таймера. 
2.  Если  сигнал  запуска  подать  на  двоичный  счетчик,  выходами 
подключенный  к  управляющим  входам  аналогового  коммутатора  и 
адресным  линиям  блока  регистров  данных,  то  таким  образом  легко 
реализовать режим последовательного сканирования каналов. 
3.  Внешнего  запуска.  Запуск  осуществляется  внешним  сигналом,  что 
позволяет  четко  определить  момент  считывания  значения  аналогового 
напряжения со входа. 
4.  Программно управляемого запуска, по установке специального бита. 
Блок  управления  модулем  АЦП  конфигурирует  и  синхронизирует 
функционирование  других  (вышеперечисленных)  блоков,  управляется 
программно, через регистры специального назначения. 
 
Аналоговый компаратор 
Аналоговый  компаратор  используется  для  сравнения  напряжения  двух 
внешних  аналоговых  сигналов  или  для  сравнения  напряжения  внешнего 
аналогового  сигнала  с  образцовым  напряжением,  вырабатываемым  внутри 
процессора.  Могут  быть  запрограммированы  различные  уровни  образцового 
напряжения.  Результат  сравнения  кодируется  битом  в  регистре  специального 
назначения,  например, “1” – вход A больше  или  равно  чем B, “0” – вход A 
меньше  чем B. В  случае  изменения  соотношения  изменяется  значение  бита,  а 
также может быть установлен флаг и выработан запрос прерывания. 
Структура блока аналогового компаратора приведена ниже. 
Компаратор
Ком
мута
тор
AIN1
AIN2
ЦАП
Выбор каналов
Установка образцового
напряжения
Рег. данных
Сх. фикс.
перепада
Fac
Запрос
прер.
A
B
От другого компаратора
 
Рисунок 39. Модуль аналогового компаратора  

 
91 
Аналоговый  коммутатор  входов  выбирает  аналоговые  сигналы  для 
сравнения.  Один  сигнал  берется  с  внешнего  входа AIN1, в  качестве  второго 
берется  или  сигнал  с  внешнего  входа AIN2, или  образцовое  внутреннее 
напряжение, которое вырабатывается с помощью ЦАП. 
ЦАП – программируемый генератор образцового напряжения.  
Регистр  данных – программно  доступный  регистр,  в  битах  которого 
сохраняются результаты сравнения одного или нескольких компараторов. 
Схема фиксации перепада определяет изменение одного из бит в регистре 
данных  (выхода  одного  из  компараторов)  и  вырабатывает  по  этому  событию 
запрос прерывания. 
Пример использования аналогового компаратора: 
•  Контроль  превышения  допустимых  значений  температуры,  давления, 
тока,  напряжения  и  других физических  величин.  Физическая  величина 
преобразуется  в  напряжение  с  помощью  датчика  и  контролируется  с 
помощью  аналогового  компаратора.  Порог  сравнения  устанавливается 
встроенным генератором образцового напряжения. 
•  Обнаружение (формирование) фронтов внешних сигналов. 
•  Встроенные схемы контроля напряжения питания системы. 
 

жүктеу/скачать 3,23 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: