Мікропроцесорний АЦП порозрядного врівноваження із ваговою надлишковістю, що калібрується (стр. 2 из 6)
Рисунок 1.1 – Структурна схема АЦП порозрядного врівноваження з ваговою надлишковістю
Для АЦП на основі "золотої пропорції" відносна похибка ваг розряду за рахунок технологічних, температурних, часових факторів може досягати до 23,6% [2], що не приведе до пропусків кодів. Таким чином, є можливість, знаючи точні значення реальних ваг розрядів, що беруть участь у перетворенні, одержати точне значення вхідного аналогового сигналу. Задача зводиться до визначення реальних ваг розрядів у спеціальному режимі роботи АЦП, названому калібруванням.
Використання НПСЧ при задані ваг розрядів ЦАП, дозволяє, за рахунок наявності зон перекриття між сусідніми розрядами отримати нерозривну передатну характеристику навіть за умови наявності значних відхилень ваг розрядів [3]. Головним недоліком ЦАП, побудованих з використанням НПСЧ, вважається збільшення кількості розрядів порівняно з двійковим ЦАП, що теоретично мало б призводити до збільшення часу врівноваження. Але, як було доведено в працях професора О.Д.Азарова, швидкодія таких перетворювачів може бути на порядок більша за двійкові без втрати точності за рахунок компенсації динамічних похибок першого та другого роду [4].
Основою системи числення [5] називається співвідношення ваг сусідніх розрядів
.Для двійкової системи
, а для надлишкових систем 
. До НПСЧ з дробовими вагами розрядів зокрема відносяться так звані системи числення золотої 
- пропорції[6].У системах числення золотої -пропорції, будь-яке натуральне число N* можна зобразити у вигляді 
1.1де
– вага
-го розряду або -а ступінь золотої -пропорції. Відповідно при =0 НПСЧ вироджується у двійкову систему числення, =1 – золота пропорція, 
– одиничний код. Значення 
для золотої пропорції рівне 1,618.Застосування вказаної системи числення в порозрядних АЦП дозволяє виконувати самокалібрування виключно у цифровій формі. Це в свою чергу дозволяє відмовитися від введення додаткових аналогових вузлів та блоків для реалізації процедури калібрування ваг розрядів. Використання таких додаткових вузлів у пристрої значно ускладнює аналогову частину АЦП. Разом з тим, калібрування ваг розрядів у цифровій формі в АЦП на основі НПСЧ дозволяє максимально використати можливості цифрових обчислювальних пристроїв, замінити аналогові вузли цифровими і тим самим спростити аналогову частину перетворювачів, а також знизити її вартість.
2. Розробка функціональної схеми
2.1 Вибір мікроконтролера та огляд його архітектури
Сучасні радіоелектронні пристрої побудовані на МК. Це дозволяє спростити схему радіоелектронного пристрою, зробити її більш універсальною, що дозволяє змінюючи програму МК покращувати її споживчі та експлуатаційні характеристики.
Розробнику мікропроцесорних пристроїв приходиться вирішувати ряд характерних задач: на якому процесорі будувати систему, які периферійні пристрої (таймери, послідовні і паралельні порти, АЦП, ЦАП, і т. д. ) вибрати, який блок живлення, скільки коштує розробка.
До недавнього часу у розробників не було широкого вибору. Сімейство однокристальних мікро–EОM Intel 8051, здавалось, перекривало по можливостям задачі, які найбільш часто зустрічаються.
Сьогодні на ринку з’явився цілий ряд фірм зі своїми пропозиціями до однокристальних восьмирозрядних мікро – EОM. В першу чергу це мікро - ЕОМ сімейства Z86 фірми Zilog, МС 68 (Motorola), РІС 16/17 (Microchip). Менш відомі – мікро – ЕОМ ST62 (Thomson) та СОР800(National).
Для того, щоб вибрати з цього різноманіття найбільш вдалу базу для майбутнього мікропроцесорного пристрою, необхідно мати порівняльні характеристики всіх вище перерахованих однокристальних мікро – ЕОМ. Однак кінцевий вибір залежить від багатьох факторів. В першу чергу, це прив’язаність розробника чи традиції, далі – складність вирішуваної задачі ціна однокристальної мікро – ЕОМ.
Цікаве опитування було проведено серед відвідувачів сайту «Телесистеми». Учасники могли відповісти на питання: “Якому мікроконтролеру ви віддаєте найбільшу перевагу?“ Голоси розподілилися таким чином (таблиця 2.1): найбільш популярними стали МК архітектура AVR ( розробка Atmel) і класичної архітектури MCS-51 (розробка Intel).
Популярна також структура PIC, розроблена Microchip. Малопопулярні МК фірми Zilog типу Z8 — виключно із-за одноразової структури програмування. Технічні параметри приблизно однакові, показники надійності — теж. Залишаються тільки міркування чисто фінансового характеру. І ось тут відмінності істотні. Наприклад, ціна МК фірми Intel, в 2, а то і в 3 рази вище за ціну МК фірми Atmel.
Таблиця 2.1 – Статистика опитування на сайті http://www.telesys.ru
| Мікроконтролер | Кількість голосів |
| АСІ | 3 (0%) |
| AVR | 309 (29%) |
| MCS-51 | 220 (21%) |
| PIC | 317 (30%) |
| Z8 | 35 (3%) |
| Z80 | 21(2%) |
| Інший | 60 (5%) |
| Кращий мікроконтролер — DSP | 33 (3%) |
| Ненавиджу мікроконтролери | 41(3%) |
Фірма Atmel запропонувала цікаву серію AVR, яка миттєво знайшла підтримку у радіоаматорів. У МК серії AVR використовуються принципи так званої RISC архітектури, коли пам'ять програм і пам'ять даних, з якими програма оперує, не тільки розділені фізично, але ще мають і різні канали зв'язку з ядром (різні шини). Окрім цього, є ще одна цікава особливість, яка називається конвеєризацією. Конвеєризація дозволяє одночасно і виконувати команду, і готувати до виконання наступну. Гарвардська архітектура, а також конвеєризація і деякі інші спеціальні заходи дозволяють виконувати інструкції дуже швидко — за один машинний цикл.
МК серії AVR мають в своєму складі компаратори, АЦП, пристрої ШІМ, послідовні порти вводу/виводу. Звичайно, різні типономінали включають різні пристрої, але їх набір на сьогоднішній момент є нормою.
Таким чином вибираємо МК фірми Atmel [7].
Для вибору мікроконтролера потрібно враховувати його технічні характеристики, такі як:
швидкодія мікроконтролера;
наявність потрібної периферії;
число ліній введення-виведення;
споживану потужність.
Мікроконтролер, який відповідає даним параметрам належить до сімейства AVR. АVR — це нове сімейство 8-розрядних RISC-мікроконтролерів фірми Atmel. Ці мікроконтролери дозволяють вирішувати безліч задач убудованих систем. Вони відрізняються від інших розповсюджених у даний час мікроконтролерів більшою швидкістю роботи, більшою універсальністю. Швидкодія даних мікроконтролерів дозволяє в ряді випадків застосовувати їх у пристроях, для реалізації яких раніше можна було застосовувати тільки 16-розрядні мікроконтролери, що дозволяє відчутно знизити ціну готової системи. Крім того, мікроконтролери АVR дуже легко програмуються за допомогою компілятора мови асемблера.
Фірма Atmel випускає великий спектр мікроконтролерів серед яких із потрібними параметрами можна визначити модель AT90S2333.
AT90S2333 – економічний 8-бітовий КМОН МК, побудований з використанням розширеної RISC архітектури AVR. Виконуючи по одній команді за період тактової частоти, що дозволяє розробникам створювати системи оптимальні по швидкості і споживаній потужності. У основі ядра AVR лежить розширена RISC архітектура, об'єднуюча розвинений набір команд і 32 регістри загального призначення. Всі 32 регістри безпосередньо підключені до АЛП, що дає доступ до будь-яких двох регістрів за один машинний цикл.