Реферат: Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИНаціональний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”Кафедра обчислювальної техніки та програмуванняУДК 681.3
Інв №АНАЛОГО ЦИФРОВИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ
Альбомдокументів курсового проекту по дисципліні
“Комп’ьютерна електроніка ”
АПЗ.38.098424.003 ДКПХарків 2001
<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИНаціональний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”Кафедра обчислювальної техніки та програмування
УДК 681.3
Інв №ЗАТВЕРДЖУЮ
Завідуючий кафедрою ОТП
__________(Домнін Ф.А.)
“_____”_________2001 р.
АНАЛОГО ЦИФРОВИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ
Відомістьпроекту
АПЗ.38.098424.003 ВПРозробники
Керівник проекту
______(Скородєлов В.В.)
“_____”_________2001 р.
Виконавець
______(Борщ С.)
“_____”_________2001 р.
Харків 2001
<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:UK;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA"><span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">
<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA">
Формат
Зона
Поз.
Обозначение
НаименованиеКол. листов
ПримечаниеДокументация
общая
А4
ОАП.58Б.098424.003 ТЗ
Техническое
задание
2
А4
АПЗ.38.098424.003 ПЗ
Пояснительная
записка
24
А4
АПЗ.38.098424.003 Э1
Схема
электрическая
структурная
1
А4
АПЗ.38.098424.003 Э3
Схема
электрическая
функциональная
1
АПЗ.38.098424.003 ВПИзм
Лит
№ докум
Подпись
Дата
АНАЛОГО ЦИФРОВИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ Ведомость проектаЛит
Лист
Листов
Разраб
Борщ С.
К
2
2
Провер
Скороделов В
НТУ “ХПИ” Кафедра ВТПУтв.
Домнин Ф. А.
Аннотация
Вданном курсовом проекте разработан многоканальный быстродействующийаналого-цифровой преобразователь, построенный по принципу прогрессирующегопоразрядного сравнения суммы опорных напряжений с входным сигналом, с использованиемрезисторного моста Уина как источника «взвешенного» опорногонапряжения.
Разработка построена набыстродействующих компараторах и быстродействующих аналоговых ключах для “взвешенного”сигнала с управлением от однокристального микроконтроллера.
В связис развитием технологии изготовления интегральных микросхем данный проектпредполагает изготовление АЦП в интегральном исполнении.
Альбом документов курсового проектакроме пояснительной записки вмещает также чертеж структурной и функциональной схемыустройства.
<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИНаціональний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”Кафедра обчислювальної техніки та програмування
УДК 681.3
Інв №ЗАТВЕРДЖУЮ
Завідуючий кафедрою ОТП
__________(Домнін Ф.А.)
“_____”_________2001 р.
АНАЛОГО ЦИФРОВИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ
Технічнезавдання
АПЗ.38.098424.003 ТЗРозробники
Керівник проекту
______(Скородєлов В.В.)
“_____”_________2001 р.
Виконавець
_______(Борщ С.)
“_____”_________2001 р.
Харків 2001
Техническое задание
Разработать быстродействующтий многоканальный АЦП с управлением от микроконтроллера.
АПЗ.38.098424.003 ТЗ
Изм
Лит
№ докум
Подпись
Дата
Аналого цифровой преобразователь Техническое заданиеЛит
Лист
Листов
Разраб
Борщ С..
К
2
2
Провер
Скороделов В.
НТУ “ХПИ” Кафедра ВТПУтв.
Домнин Ф. А,
<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИНаціональний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”Кафедра обчислювальної техніки та програмування
УДК 681.3
Інв №ЗАТВЕРДЖУЮ
Завідуючий кафедрою ОТП
__________(Домнін Ф.А.)
“_____”_________2001 р.
АНАЛОГО ЦИФРОВИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ
Пояснювальназаписка
АПЗ.38.098424.003 ПЗРозробники
Керівник проекту
______(Скородєлов В.В.)
“_____”_________2001 р.
Виконавець
_______(Борщ С.)
“_____”_________2001 р.
Харків 2001
Реферат.
Данный документ представляет собой пояснительную записку объемом 24 листа. В пояснительной записке представлено 2 таблицы, 11 рисунков, использовано 8 источников литературы и сеть Internet.
<span Times New Roman",«serif»">В данном курсовом проекте разработан многоканальный быстродействующий аналого-цифровой преобразователь, построенный по принципу поразрядного сравнения суммы опорных напряжений с входным сигналом, с использованием резисторного моста Уина как источника «взвешенного» опорного напряжения.
Разработка построена на быстродействующих компараторах и быстродействующих аналоговых ключах для “взвешенного” сигнала с управлением от однокристального микроконтроллера.
В связи с развитием технологии изготовления интегральных микросхем данный проект предполагает изготовление АЦП в интегральном исполнении.
Альбом документов курсового проекта кроме пояснительной записки содержит также чертежи структурной и принципиальной схем устройства.
АПЗ.38.098424.003 ПЗ
Изм
Лит
№ докум
Подпись
Дата
Аналого цифровой преобразователь Пояснительная запискаЛит
Лист
Листов
Разраб
Борщ С.
К
2
24
Провер
Скороделов В.
НТУ “ХПИ” Кафедра ВТПУтв.
Домнин Ф. А.
Содержание
Введение
1. Разработка структурной схемы устройства и обоснования принятых решений
1.1.<span Times New Roman"">
Выбор и обоснование структурной схемы1.2.<span Times New Roman"">
Разработка функциональных схем отдельных блоков устройства1.3.<span Times New Roman"">
Краткое описание работы схемы1.4.<span Times New Roman"">
Техническое обоснование выбора компонентов схемы2.<span Times New Roman"">
Описания принципа действия отдельных блоков2.1.<span Times New Roman"">
Коммутатор и усилитель входных сигналов2.2.<span Times New Roman"">
Схема автоматического переключения полярности опорного напряжения2.3.<span Times New Roman"">
Источник опорного напряжения2.4.<span Times New Roman"">
Блок делителей опорного напряжения2.5.<span Times New Roman"">
Блок суммирующих компараторов с аналоговыми ключами для «взвешенного сигнала»2.6.<span Times New Roman"">
Схема управления на микроконтроллере3.<span Times New Roman"">
Алгоритм управления АЦП4.<span Times New Roman"">
Схема электрическая принципиальная5.<span Times New Roman"">
Расчет временных характеристикСписок использованной литературы
Заключение
АПЗ.38.098424.003 ПЗ Лист
3
Изм
Лит
№ докум
Подпись
Дата
ВведениеКроме чисто «цифрового» сопряжения (ключи, лампы и т. п.), часто требуется преобразовать аналоговый сигнал в число, пропорциональное амплитуде сигнала и наоборот. Это играет важную роль в тех случаях, когда компьютер или процессор регистрируют или контролируют ход эксперимента или технологического процесса, или всякий раз, когда цифровая техника используется для выполнения традиционно аналоговой работы. Аналого-цифровое преобразование следует использовать в областях, где для обеспечения помехоустойчивой и шумозащищенной передачи аналоговая информация преобразуется в промежуточную цифровую форму (например, «цифровая звукотехника» или импульсно-кодовая модуляция). Это требуется в самых разнообразных измерительных средствах (включая обычные настольные приборы типа цифровых универсальных измерительных прибором и более экзотические приборы, такие, как усреднители переходных процессов, «ловушки для выбросов» и осциллографы с цифровой памятью), а также в устройствах генерации и обработки сигналов, таких, как цифровые синтезаторы колебаний и устройства шифрования данных.
И, наконец, техника преобразования является существенной составляющей способов формирования аналоговых изображений с помощью цифровых средств, например, показаний измерительных приборов или двух координатных изображений, создаваемых компьютером. Даже в относительно простой электронной аппаратуре существует масса возможностей для применения аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования.
АПЗ.38.098424.003 ПЗ Лист4
Изм
Лит
№ докум
Подпись
Дата
1<span Times New Roman""> РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА И ОБОСНОВАНИЕ ПРИНЯТЫХ РЕШЕНИЙ1.1<span Times New Roman"">
Выбор и обоснование структурной схемыВ настоящее время, при разработке проектов радиоэлектронных устройств, приоритетными являются разработки предусматривающие интегральное исполнение.
Исходя из этого, предлагается схема аналого- цифрового преобразователя, обладающая в интегральном исполнениии (т.е. выполненная в одном кристалле) более высокими параметрами, чем при изготовлении на дискретных элементах. Так как изготовления прецизионных конденсаторов интегральном исполнении является сложной технологической проблемой, в предлагаемой разработке из измерительных цепей конденсаторы исключены.
По той же причине технологической сложности изготовления источника опорного напряжения предлагается схема с использованием моста Уина (Вина).
Само ядро АЦП — схема на компараторах с суммированием опорного напряжения, выбрана из-за отсутствия сложных схем тактирования и переключения, а изготовление полупроводниковых резисторов и аналоговых ключей с заданными параметрами технологически легко решаема. Использование микроконтроллера оправданно возможностью программно компенсировать постоянную и систематическую погрешности, что в конечном счете повышает точность преобразования.
В данной разработке не рассматриваются:
а) принцип действия микроконтроллера;
б) программирование и способы обмена данными с внешними устройствами;
г) тестирование, методы настройки и проверки,
поскольку вышеперечисленное выходит за рамки темы.
АПЗ.38.098424.003 ПЗ Лист5
Изм
Лит
№ докум
Подпись
Дата
1.2 Разработка функциональных схем отдельных блоков устройства Структурная схема АЦП (Рис 2) состоит из следующих блоков: 1. Аналоговый коммутатор; 2. Входной усилитель; 3. Схема автоматического переключения полярности опорного напряжения; 4. Источник опорного напряжения; 5. Блок делителей опорного напряжения с аналоговыми ключами для «взвешенного сигнала»; 6. Блок компараторов; 7. Схема управления на микроконтроллере. АПЗ.38.098424.003 ПЗ Лист6
Изм
Лит
№ докум
Подпись
Дата
АПЗ.38.098424.003 ПЗ Лист7
Изм
Лит
№ докум
Подпись
Дата
1.3 Краткое описание работы схемы.
Входные аналоговые сигналы подаются на входы аналогового мультиплексора AnS, управляемого микроконтроллером МС. С выхода мультиплексора, через широкополосный усилитель сигнал подаётся на вход блока компараторов CPM, также усиленный сигнал подаётся на вход схемы автоматического переключения полярности опорного напряжения AuS.
Со схемы источника опорного напряжения Uc опорное напряжение подаётся на блок резисторных делителей с аналоговыми ключами RLin и далее на другой вход блока компараторов. С выхода блока компараторов цифровой код, эквивалентный входному измеряемому сигналу, по команде микроконтроллера MC записывается в регистр RG, из которого считывается микроконтроллером для обработки и передачи внешним устройствам.
1.4 Техническое обоснование выбора компонентов схемы.
В этом разделе рассматривается выбор компонентов для исполнения АЦП на дискретных элементах.
Фирмы занимающиеся производством полупроводниковых компонентов предоставляют широкий выбор быстродействующих полупроводниковых элементов: аналоговые ключи, широкополосные операционные усилители, компараторы и т.д. К сожалению, отечественная промышленность не производит компоненты с необходимыми параметрами, поэтому в разработке использована продукция зарубежных производителей. Так в качестве входного мультиплексора можно предложить микросхему 74AC4051 позволяющую коммутировать сигналы с частотой до 100МГц. Для аналоговых ключей в блоке делителей можно, к примеру, использовать микросхемы IH5341 или более быстродействующие, так фирмой «Philips» производятся аналоговые ключи с временем задержки до 2 наносекунд.
АПЗ.38.098424.003 ПЗ Лист8
Изм
Лит
№ докум
Подпись
Дата
Имеется также широкий выбор широкополосных операционных усилителей (см.таблицу 1).
<img src="/cache/referats/6353/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025">
АПЗ.38.098424.003 ПЗ Лист
9
Изм
Лит
№ докум
Подпись
Дата
Для схемы входного усилителяи высокоскоростных компараторов (см. таблицу 2).
<img src="/cache/referats/6353/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1026">
АПЗ.38.098424.003 ПЗ Лист
10
Изм
Лит
№ докум
<p align=«cen