Министерство науки и образования Российской Федерации Новосибирский Государственный Технический Университет Институт Ядерной Физики Курсовой проект АЦП с последовательным выводом информации Факультет: ФТФ Группа: ФТ-22 Вариант 6-4 Студент: Непомнящая Н.В. Преподаватель: Хильченко А.Д. Новосибирск, 2006 Содержание Содержание ............................................................................................................................. 2 Техническое задание ..............................................................................................................3 Описание блок-схемы АЦП. ..................................................................................................4 Выбор АЦП. ............................................................................................................................ 4 Источник опорного напряжения ...........................................................................................6 Генератор тактовых импульсов. ............................................................................................ 7 Формирователь пачки импульсов. ........................................................................................7 Компаратор .............................................................................................................................. 8 Изменение полярности импульса запуска ............................................................................8 Описание принципиальной схемы АЦП ..............................................................................8 Временная диаграмма .............................................................................................................9 Спецификация .......................................................................................................................10 Список литературы ...............................................................................................................11 2 Техническое задание Амплитуда импульсов запуска, В Длительность импульсов запуска, мкс Диапазон изменения входного сигнала, В Длина выходного слова, бит Частота выходных импульсов синхронизации, МГц Уровни выходных сигналов 3 -5 2.0 +2 - -2 9 0.01 КМОП+9В Описание блок-схемы АЦП. Для данной схемы выбираем АЦП с последовательным выводом информации. Используем внешний источник опоры. Так как уровень выходных сигналов для большинства АЦП не превышает 5В, а техническое задание требует , чтобы уровень логической единицы выходного сигнала схемы составлял +9В, на выходе АЦП поставим компаратор, который будет сравнивать уровень выходного сигнала АЦП с напряжением +2,5В и выдавать на выходе уровни 0 или +9В. Так же, для организации работы АЦП и синхронизации данных необходимо поставить в схему генератор тактовых импульсов. Выбор АЦП. Для реализации вышеописанной блок-схемы, необходимо выбрать АЦП с последовательным выводом информации, соответствующий требованиям технического задания. Выбор пал на АЦП последовательного приближения фирмы Analog Devices, AD7895-3. Ниже приведены основные характеристики этого АЦП. 4 12-тибитный АЦП со временем преобразования 3.8 мкс Однополярное питание 5В Последовательный вывод информации Диапазон входного сигнала -2,5 - +2,5 В Высокое входное сопротивление Максимальная мощность 20 мВт 1 REF IN 2 3 4 Vin GND SCLK 5 SDATA 6 BUSY Вход напряжения опоры. Внешний источник опоры должен быть соединен с этим входом, чтобы обеспечить опорное напряжение для преобразования. Необходимое для работы опорное напряжение составляет +2,5 В Аналоговый вход. Диапазон входного сигнала ±2,5 В Аналоговая земля. Вход тактовых импульсов. Сигнал на этот вход приходит с формирователя пачки тактовых импульсов. Новый бит информации заканчивает передаваться с падением фронта импульса. Вход тактовых импульсов должен сбрасываться до уровня логического нуля после окончания передачи данных. Вывод данных. Последовательная информация заканчивается передаваться с падением фронта SCLK. N-ный бит информации запоминается на некоторое время после падения фронта SCLK (время хранения информации). Шестнадцать бит последовательной информации обеспечивается, помимо 12-ти бит преобразовываемой информации, еще и четырьмя нулями старших разрядов. На шестнадцатом падении фронта SCLK, данные SDATA сохраняются на время хранения информации, а затем сбрасываются. Нога BUSY используется ля того, чтобы показать, когда идет преобразование. BUSY переходит в состояние логической единицы с 5 7 8 Vdd падением фронта и возвращается в логический ноль, когда преобразование закончено. Начало преобразования. Вход сигнала запуска, работающий по фронту. С падением фронта этого входа, устройство выборки-хранения переходит в режим сохранения, и начинается преобразование. Напряжение питания +5±5% В. Итак, подведем итоги всего вышесказанного. Ко входу REF IN подключаем источник опорного напряжения на +2,5 В. На аналоговый вход Vin, в соответствии с техническим заданием, подаем сигнал от -2 до +2 В. Мы не можем подавать на SCLK импульсы непосредственно с генератора тактовых импульсов, так как необходима пачка из шестнадцати импульсов, поэтому между генератором и входом тактовых импульсов АЦП придется поставить формирователь пачки импульсов. На подаем импульс запуска, соответствующий техническому заданию. Vdd подключаем к питанию +5 В. Источник опорного напряжения Исходя из требований выбранного АЦП, был выбран источник опорного напряжения фирмы Analog Devices AD780 на +2,5 В Основные характеристики данного устройства: Программируемый выход на +2,5 или +3 В Высокая точность: 2,5 или 3 В ±1мВ Ток покоя – максимум 1мА NC - «не соединен». +Vin - входное напряжение. От 4 до 36 В. TEMP - температурный вывод. Выдает напряжение, линейно меняющееся с температурой. Этот вывод служит температурным датчиком, обеспечивающим стабильности выходного напряжения схемы. GND - аналоговая земля. 6 Vout – выходное напряжение. 2,5 или 3,0 В 2,5/3,0V O/P SELECT – выбор выходного напряжения. Если хотим сделать выходное напряжение 2,5 В, оставляем этот вывод не подключенным., если 3,0 В – подключаем его к земле. Итак, TEMP подключаем к земле через конденсатор на 0,1 мкФ; 2,5/3,0V O/P SELECT оставляем не подключенным, чтобы выбрать выходное напряжение данной схемы равным +2,5 В; TRIM оставляем не подключенным. Генератор тактовых импульсов. В качестве генератора тактовых импульсов была выбрана схема, представляющая из себя автогенератор, состоящий из элемента «или-не» и двух инверторов, в котором положительная обратная связь через конденсатор C6 охватывает два элемента DD4, DD51, причем DD4 выведен в линейный усилительный режим при помощи резистора отрицательной обратной связи R1=220 Ом. Элемент DD5-2 применяется здесь как буферный, чтобы уменьшить влияние нагрузки на частоту автогенератора. Частота автогенерации f=1/3·(R1·C6). Частота тактовых импульсов в техническом задании: f10кГц. Следовательно, C6=1/(3·f·R1)=0,2 мкФ. Формирователь пачки импульсов. Поскольку на SCLK выбранного АЦП необходимо подавать пачку из шестнадцати импульсов, мы не можем подавать сигнал непосредственно с генератора тактовых импульсов. Между ним и входом SCLK необходимо поставить формирователь пачки импульсов. Схема такого формирователя представлена ниже. В качестве DD8 была взята микросхема К155ТМ. В качестве счетчика тактовых импульсов была взята микросхема К155ИЕ7, представляющая собой 4-х разрядный двоичный реверсный счетчик. 7 Компаратор В качестве DD6 выбираем компаратор 1401СА1. Изменение полярности импульса запуска По техническому заданию, амплитуда импульса запуска равна -5В. На вход АЦП необходимо подавать положительный сигнал. Чтобы изменить полярность импульса запуска, используем схему фирмы Analog Devices CMP401. Описание принципиальной схемы АЦП Импульс запуска инвертируется элементом DD3, и на вход АЦП подается импульс запуска +5В. На выходе BUSY АЦП стоит триггер DD8-1, который, в зависимости от сигнала BUSY будет запрещать или разрешать работу генератора тактовых импульсов. На вход триггера приходит сигнал с BUSY. С падением фронта BUSY, триггер разрешает работу генератора, генератор начинает выдавать тактовые импульсы с частотой 10кГц. Счетчик DD7 отсчитывает пятнадцать импульсов, затем выдает логический ноль. Триггер DD8 задерживает сигнал на один такт. Таким образом, на выходе формирователя получаем пачку из шестнадцати импульсов. После отсчета пачки импульсов, счетчик сбрасывается. Одновременно с приходом на вход SCLK АЦП пачки импульсов, на его выходе SDATA появляется выходное слово. Чтобы преобразовать уровень логической единицы выходного сигнала с +5 до +9В, на выходе ставим компаратор DD6-1, который будет сравнивать уровень выходного сигнала АЦП с +2,5В и выдавать на выходе, соответственно техническому заданию, 0 или +9В. Логический уровень выхода SCLK преобразовываем аналогичным образом. 8 Временная диаграмма 9 Спецификация Элемент Название R1,R2 МЛТ R3 МЛТ C1,C3,C7,С9,С10 C2,С4,C5,С6,C8,С11 DD1 DD2 DD3 DD4 DD5 DD6 DD7 DD8 DD9 К50-20 К10У-5 AD780 AD7895-3 СМР401 К155ЛЕ1 К155ЛН1 1401СА1 К155ИЕ7 К155ТМ MAX6854 Параметры Р = 0,125 Вт; ТКС 600 х 10-6, 1/°С; ряд Е24; допуск 10% Р = 0,125 Вт; ТКС 600 х 10-6, 1/°С; ряд Е24; допуск 10% Допуск по ТКЕ Н10 Допуск по ТКЕ Н20 10 Номинал Кол-во 1к 2 220 1 50 мкФ 0.2мкФ 5 6 1 1 1 1 2 2 1 2 1 Список литературы [1]. П.Хоровиц, У.Хилл, «Искусство схемотехники», М., «Мир», 1993. [2]. В.Л.Шило, «Популярные цифровые микросхемы», справочник, М., «Радио и связь», 1987. [3]. Справочник по электрическим конденсаторам, под. ред. И.И. Четвертакова, В.Ф. Смирнова, М., 1983. 11
