УЧЕБНЫЙ ЦЕНТР
УДК 681.32
Ю. И. Торге в
ПОДКЛЮЧЕНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
АЦП И ЦАП
ЧЕРЕЗ ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ
Преобразователи аналог—код (АЦП) и код-аналог
(ЦАП) [11 можно подключать непосредственно к сиг-
нальным шинам микропроцессора, но значительно про-
ще использовать для этого стандартные параллельные
интерфейсы: для микроЭВМ «Электроника 60» и сов-
местимых с ней по сигнальным шинам (МПИ [2]) —
ячейку параллельного интерфейса И2 (И1), а для мик-
роЭВМ на основе процессора КР580ИК80 — БИС
КР580ИК55.
Большинство серийных АЦП с регистром
последовательного приближения в обычном
(Ф-7077 и др.) и интегральном (КП13 ПВ1
и др.) исполнениях срабатывают от двух
управляющих сигналов: «Пуск преобразова-
ния (Г/П) и «Конец _преобразования» («Го-
товность данных» — ГД).
Сигнал «Пуск преобразования», поступая
на АЦП (см. рисунок), запускает внутреннюю
схему управления преобразованием. Этот сиг-
нал вырабатывается как аппаратно — от
внешнем таймера КР580ВИ53, так и с по-
мощью программной установки и сброса од-
ного из разрядов вспомогательного регистра,
используемого в качестве одноразрядного пор-
та вывода. Для этого пригоден разряд PC 00
или PC 01 регистра состояния интерфейса И2
или (применяя БИС КР580ИК55) один из раз-
рядов регистра С, так как каждый разряд
регистра С может быть установлен в состоя-
ние «1» или «0» одной командой.
Сигнал ГД вырабатывается схемой управ-
ления АЦП КП13ПВ1 и поддерживается в
пассивном состоянии от начала до завершения
цикла преобразования. Активный уровень сиг-
нала ГД сигнализирует о возможности при-'
нять данные с числовых шин АЦП. Поэтому
сигнал ГД следует подключить к входу КС4 —
* порту ввода сигнала «Строб»). По фронту
сигнала «Строб» данные с числовых шин пе-
реписываются во внутренний регистр порта
БИС КР580ИК.55, затем устанавливается флаг
готовности и может генерироваться сигнал
прерывания.
Выходной буферный регистр данных в сос-
таве параллельного интерфейса позволяет под-
ключаться к выходам КВО—КВ7, КСО—КСЗ
ЦАП без внутреннего буферного регистра
или с таковым (572 ПА-1, 572 ПА-2). Для
переписи кода на регистр ЦАП 572 ПА-1,
572 ПА-2 требуется подать разрешающий
сигнал «Прием» на входы Пр.1, Пр.2. В ин-
терфейсе И2 (И1 [3]) его заменяет сигнал
«Вывод», генерируемый после каждой записи
процессором нового слова в выходной регистр
интерфейса. В БИС КР580ИК55 подобный
сигнал генерируют порты А (выход КС7) и В
(выход КС1), запрограммированные на вы-
вод в режиме «1». Так как порты А и В
8-разрядные, то для подключения ЦАП с
большей разрядностью (572 ПА-2) использу-
ют совместно порты А, В и половину разря-
дов порта С, запрограммированных для рабо-
ты на вывод в режиме «О». Сигнал «Прием»
можно генерировать, устанавливая в состоя-
ние «1» и затем сбрасывая в состояние «О»
один из остальных разрядов регистра С.
В ЦАП 572 ПА-2 загружают старшую и
младшую части кода отдельно по сигналам
«Прием 1» и «Прием 2». Поэтому цифровые
входы регистра АЦП следует параллельно .
подключить к 8-разрядному выходному порту
интерфейса (при наличии дополнительной ло-
гической схемы выработки раздельных сигна-
лов приема).
Расширение динамического диапазона АЦП
В практических задачах часто необходимо
с высокой относительной точностью измерить
сигналы с широким динамическим диапазоном
(пример — исследование малых высокочас-
тотных составляющих, наложенных на основ-
ной сигнал меньшей частоты, но большой ам-
плитуды). Это требует применения преобразо-
вателей АЦП с большим числом разрядов
(10—12 и более). Если для преобразования с
необходимой точностью во всем диапазоне
измерений разрядность АЦП недостаточна,
диапазон можно разбить на поддиапазоны.
Ширина поддиапазона определяется диапазо-
ном измерения АЦП, в котором абсолютная
погрешность не превышает произведения до-
пустимой относительной погрешности на пол-
ную величину изменения исследуемого сигна-
ла. ,
Так, для 8-разрядного преобразователя с
входным диапазоном 0—1 В разрешающая
способность соответствует 1/256, а относи-
тельная точность преобразования — 0,2% (ди-
намический диапазон — 48 дБ). Для измере-
ния входного сигнала в диапазоне 0—8 В с
той же разрешающей способностью (соответ-
ствует относительной точности 0,025%) потре-
бовался бы 11-разрядный АЦП. При исполь-
зовании 8-разрядного АЦП, диапазон 0—8 В
следует разбить на 8 поддиапазонов. Измере-
ние проводят за несколько последовательных
шагов — это снижает возможную частоту
квантования. Сначала определяется поддиапа-
зон, в пределах которого находится мгновен-
ное значение измеряемого сигнала. Затем при
помощи схемы компенсации уровня на вход
преобразования подается разность между
мгновенным значением сигнала и напряжени-
ем, равным нижней границе этого поддиапа-
зона.
Установив с допустимой погрешностью уро-
вень входного сигнала АЦП, нужно произве-
сти оцифровку сигнала, дающую 8 младших
разрядов кода мгновенного значения сигнала.
Старшие разряды равны двоичному коду но-
мера поддиапазона.
Схема компенсации уровня
Для компенсации уровня удобна комбина-
ция из аналогового сумматора, построенного
на операционном усилителе СУ [2] и програм-
мируемого источника напряжения компенса-
ции UK0Mn с использованием ЦАП 572 ПА-2.
Подобрав разрядность ЦАП и величины
сопротивления i?0./?1 и R2, можно с необхо-
димой точностью получить скомпенсированный
сигнал в заданном диапазоне изменения вход-
ного сигнала.
Параллельный 3-разрядный АЦП
Для определения номера диапазона, в гра-
ницах которого находится текущее значение
сигнала, нужно применить параллельный ана-
лого-цифровой преобразователь, который лег-
ко строится из набора операционных усилите-
лей ОУ, эталонного делителя и микросхемы
К155ИВ1 (шифратор восьми входных линий в
три выходные). С выходов К155ИВ1 снимает-
ся инвертированный двоичный код номера
старшей единицы на входах, т. е. код номера
поддиапазона (см. рисунок).
Применяя операционные усилители с ра-
зомкнутой цепью обратной связи в режиме
компараторов, можно снизить порог переклю-
чения на границах диапазонов. Без этого труд-
но достичь необходимой точности системы.
УДК 621.327.2—185.4
