Компьютерная схемотехника
Методическое пособие - Компьютеры, программирование
Другие методички по предмету Компьютеры, программирование
? сигналам управления, поступающим от однокристальной микро ЭВМ (ОМ ЭВМ), мультиплексор подключает выбранный аналоговый сигнал ко входу УВХ. Последнее запоминает мгновенное значение этого сигнала и хранит его в течение времени преобразования АЦП.
Рисунок 10.24
10.2.4 АЦП MAX154
На современном рынке микросхем представлен широкий спектр СБИС АЦП, среди которых распространенными являются микросхемы фирмы MAXIM.
Ниже рассмотрена одна из таких современных СБИС АЦП MAX154, выполненная по КМОП технологии. Она представляет собой высокоскоростной четырехканальный АЦП, а также выполняет функции мультиплексора и УВХ.
10.2.4.1 Описание микросхемы MAX154. Временные диаграммы и режимы работы
Преобразователь имеет встроенное устройство выборки-хранения, мультиплексор, внутренний формирователь опорного напряжения: 2.5В.
Рисунок 10.25
Диапазон аналогового входа: от 0В до 5В.
Питающее напряжение: +5В.
Время преобразования на каждый канал: 2.5 мкс.
Погрешность: 1/2 МЗР
Потребляемый входной ток: 15мA
Допустимый диапазон рабочих температур: от 40С до +85С.
Интерфейс с микропроцессором упрощен возможностью адресации микросхемы как области памяти или порта ввода/вывода без использования внешней логики. В качестве выхода используется регистр-защелка с третьим состоянием, что позволяет напрямую подключить микросхему к шине данных или портам ввода.
Внешний вид микросхемы приведен на рисунке 10.25, а описание выводов в таблице 10.1.
Таблица 10.1 Описание выводов микросхемы МАХ154
Номер выводаНаименованиеНазначение1AIN4Аналоговый вход 42AIN3Аналоговый вход 33AIN2Аналоговый вход 24AIN1Аналоговый вход 15REF OUTВыход внутреннего опорного напряжения: +2.5В6DBO Бит 0 выхода7DB1Бит 1 выхода8DB2Бит 2 выхода9DB3Бит 3 выхода10RDУправляющий бит доступа к данным и начала преобразования11INTСигнал индикации завершения преобразования12GNDЗемля13Vref-Нижняя граница входного сигнала14Vref+Верхняя граница входного сигнала15RDYВыходной сигнал готовности для микро- процессора. Принимает значение логического нуля, когда CS активен, и переходит в третье состояние по окончанию преобразования.16CSВыбор микросхемы (кристалла)17DB4Бит 4 выхода18DB5Бит 5 выхода19DB6Бит 6 выхода20DB7Бит 7 выхода21A1Бит 1 номера входного канала22A0Бит 0 номера входного канала23NCНе подключен24VddПитание +5В
Таблица 10.2 отражает выбор входного канала адресными сигналами А1 и А0.
Таблица 10.2
А1А0Входной канал00AIN101AIN210AIN311AIN4
Микросхема МАХ154 использует только два управляющих вывода: чтение - RD и выбор кристалла CS. Операции чтения и преобразования инициируются низкими уровнями CS и RD, защелкивая адресные входы мультиплексора.
Функциональная схема MAX154 приведена на рисунке 10.26.
Рисунок 10.26
На входе схемы стоит четырехканальный аналоговый мультиплексор, который в зависимости от комбинации сигналов на адресных входах А0, А1 соединяет (коммутирует) один из аналоговых входов с устройством выборки-хранения, запоминающим входной сигнал и поддерживающим его практически неизменным в течении времени преобразования АЦП.
В АЦП использован параллельно-последовательный принцип преобразования. Два четырехразрядных параллельных АЦП служат для получения выходного 8-битного результата. Каждый из четырехразрядных АЦП содержит по пятнадцать компараторов, осуществляющих сравнение текущего значения входного сигнала с нормированными постоянными эталонными напряжениями. Величины этих напряжений зависят от значений опорных напряжений: VREF+ и VREF, и отличаются друг от друга на величину u, которая соответствует изменению выходного 4-разрядного ДК каждого АЦП на 1мзр.
Вначале преобразования, используя 15 компараторов, верхний 4-битный АЦП старших 4-х разрядов сравнивает неизвестное входное напряжение с эталонными напряжениями и подает на выход 4-ре старших бита. Одновременно эти значения старших бит поступают на вход ЦАП, который формирует аналоговое напряжение, пропорциональное этому коду. Это напряжение вычитается из входного аналогового сигнала и полученная разность u поступает на вход нижнего 4-битного АЦП, где сравнивается с эталонными напряжениями 15 компараторов для получения значений 4-х младших разрядов выходного ДК. На выходе MAX154 находится регистр-защелка с третьим состоянием, что позволяет напрямую подключать микросхему к шине данных или портам ввода.
Описание работы параллельного 4-х разрядного АЦП
Простейшая схема четырехразрядного АЦП дана на рисунке 10.26.1.
Рисунок 10.26.1
Преобразователи этого типа осуществляют одновременное квантование сигнала с помощью набора компараторов, включенных параллельно источнику входного сигнала. Пороговые уровни компараторов устанавливаются с помощью резистивного делителя, подключенного к источнику опорного напряжения UОП в соответствии с используемой шкалой квантования. Число уровней квантования, а соответственно и число компараторов для n-разрядного АЦП равно 2n-1.
При подаче на такой набор компараторов сигнала UВХ на их выходах имеет место дискретный сигнал, отображающий срабатывание отдельных компараторов. Так, например (см. рисунок 10.26.1) если входное напряжение не выходит за пределы диапазона от 2,5u до 3,5u (u шаг квантования), то компараторы с первого по третий устанавливаются в состояние 1, а компараторы с четвертого по пятнадцатый в состояние 0. Для преобразования числа сраб