Навчальна модель аналогово-цифрового перетворювача (стр. 1 из 6)
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРНІВЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
НАВЧАЛЬНА МОДЕЛЬ АНАЛОГОВО - ЦИФРОВОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА
(Дипломний проект)
Роман Чаглей
Чернівці, 2008
ЗМІСТ
ПЕРЕЛІК СКОРОЧЕНЬ
Вступ
1. огляд принципів роботи та будова ацп
1.1 Будова та типи АЦП
1.2 Паралельний порт принтера
1.2.1 Призначення паралельного порта
1.2.2 Загальний опис інтерфейсу Cetronics
1.2.3 Переваги й недоліки інтерфейсу Cetronics
1.2.4 Порядок обміну по інтерфейсу Cetronics
2. функціональнА та електричнА принциповА схемА
2.1 Функціональна схема
2.2 Схема електрична принципова
2.2.1 Вузол буферизації та індикації
2.2.2 Цифро-аналоговий перетворювач
2.2.3 Компаратор
3. конструкторсько-технологічна розробка
3.1 Розробка електричної принципової схеми
3.2 Розробка друкованої плати.
3.3 Розробка збірного креслення
4. Розробка програмного забеспечення
4.1 Алгоритм керування
4.2. Обгрунтування вибору програмних засобів
4.3 Програма для роботи з АЦП
4.3.1 Процедура обрахунку напруги за її двійковим представленням23
4.3.2 Процедура P_Write_DR.
4.3.3 Процедура запису P_Write_CR.
4.3.4 Процедура читання P_Write_SR.
4.3.5 Процедура B_In
5. Техніко-економічне обгрунтування проекту
5.1. Витрати на сировину і матеріали
5.2. Витрати на закупівельні комплектуючі вироби
5.3. Розрахунок заробітної плати
6. Охорона праці
список використаних джерел..
Додатки
Додаток А. Текст програми
Додаток Б. Тестування перетворювача
Додаток В. Принцип роботи АЦП
ПЕРЕЛІК СКОРОЧЕНЬ
АЦП –аналого-цифровий перетворювач.
ЦАП – цифро-аналоговий перетворювач.
LPT – лінійний порт принтера (LinePrinTer).
ОС – операційна система.
Вступ
В пояснюючій записці розглядається розробка на тему „Навчальна модель аналогово-цифрового перетворювача”. Розробка виконана для кафедри „Комп’ютерні системи та мережі” Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича і може використовуватись для проведення лабораторних робіт з дисципліни “Пристрої зв’язку з об’єктом”.
1. огляд принципів роботи та будовИ ацп
1.1 Будова та типи АЦП
Аналого-цифрові перетворювачі (АЦП) є пристроями, які приймають вхідні аналогові сигнали і генерують відповідні їм цифрові сигнали, придатні для обробки мікропроцесорами та іншими цифровими пристроями.
Принципово не виключена можливість безпосереднього перетворення різних фізичних величин в цифрову форму, проте це завдання вдається вирішити лише в окремих випадках через складність таких перетворювачів. Тому в даний час найбільш раціональним визнається спосіб перетворення різних по фізичній природі величин спочатку у функціонально пов'язані з ними електричні, а потім вже за допомогою перетворювачів напруга-код в цифрові. Саме ці перетворювачі мають зазвичай на увазі, коли говорять про АЦП.
Процедура аналого-цифрового перетворення безперервних сигналів, яку реалізують за допомогою АЦП, є перетворення безперервної функції часу U(t), що описує початковий сигнал, в послідовність чисел {U'(tj)}, j=0,1,2:, віднесених до деяких фіксованих моментів часу. Цю процедуру можна розділити на дві самостійні операції. Перша з них називається дискретизацією і полягає в перетворенні безперервної функції часу U(t) в безперервну послідовність {U(tj)}. Друга називається квантуванням і полягає в перетворенні безперервної послідовності в дискретну {U'(tj)}.
У основі дискретизації безперервних сигналів лежить принципова можливість уявлення їх у вигляді зважених сум
,де аj - деякі коефіцієнти або відліки, що характеризують початковий сигнал в дискретні моменти часу; fj(t) - набір елементарних функцій, використовуваних при відновленні сигналу по його відліках.
Рис. 1.1. Класифікація АЦП за методами перетворення
В даний час відоме велике число методів перетворення напруга-код. Ці методи істотно відрізняються один від одного потенційною точністю, швидкістю перетворення і складністю апаратної реалізації. На рис.1.1 представлена класифікація АЦП по методах перетворення.
У основу класифікації АЦП покладена ознака, вказуюча на те, як в часі розгортається процес перетворення аналогової величини в цифрову. У основі перетворення вибіркових значень сигналу в цифрові еквіваленти лежать операції квантування і кодування. Вони можуть здійснюватися за допомогою послідовної, паралельної або послідовно-паралельної процедур наближення цифрового еквівалента до перетворюваної величини.
В паралельних АЦП здійснюють квантування сигналу одночасно з допомогою набору компараторів, включених паралельно джерелу вхідного сигналу. На рис.1.2 показана реалізація паралельного методу перетворення для 3-х розрядного числа.
Рис. 1.2. Схема параллельного АЦП
За допомогою трьох двійкових розрядів можна представити вісім різних чисел, включаючи нуль. Необхідно, отже, сім компараторів. Сім відповідних еквідистантних опорних напруг утворюють за допомогою резистивного дільника.
Завдяки одночасній роботі компараторів паралельний АЦП є найшвидшим. Наприклад, восьмирозрядний перетворювач типу МАХ104 дозволяє отримати 1 млрд. відліків в секунду при часі затримки проходження сигналу не більше 1,2 нс. Недоліком цієї схеми є висока складність. Дійсно, N-розрядний паралельний АЦП має 2N-1 компараторів і 2N узгоджених резисторів. Наслідком цього є висока вартість (сотні доларів США) і значна споживана потужність. Вищезгаданий МАХ104, наприклад, споживає близько 4 Вт.
Типовим прикладом послідовних АЦП з одиничними наближеннями є наведений пристрій (рис.1.3), який складається з компаратора, лічильника і ЦАП. На один вхід компаратора поступає вхідний сигнал, а на іншій - сигнал зворотного зв'язку з ЦАП.
Рис 1.3. Структурна схема АЦП послідовного рахунку: К - компаратор, ГТІ – генератор тактових імпуьсів
Робота перетворювача починається з приходу імпульсу запуску, який включає лічильник, що підсумовує число імпульсів, що поступають від генератора тактових імпульсів ГТІ. Вихідний код лічильника подається на ЦАП, що здійснює його перетворення в напругу зворотного зв'язку Uос. Процес перетворення продовжується до тих пір, поки напруга зворотного зв'язку порівняється з вхідною напругою і перемкнеться компаратор, який своїм вихідним сигналом припинить надходження тактових імпульсів на лічильник. Перехід виходу компаратора з 1 в 0 означає завершення процесу перетворення. Тобто вихідний код пропорційний вхідній напрузі у момент закінчення перетворення.
Час перетворення АЦП цього типу є змінним і визначається вхідною напругою. Його максимальне значення відповідає максимальній вхідній напрузі і при розрядності двійкового лічильника N і частоті тактових імпульсів fтакт дорівнює
tпр.макс = (2N-1)/ fтакт.
Наприклад, при N=10 і fтакт=1 Мгц значення tпр.макс=1024 мкс, що забезпечує максимальну частоту вибірок близько 1 кГц.
Статична похибка перетворення визначається сумарною статичною похибкою використовуваних ЦАП і компаратора. Частоту рахункових імпульсів необхідно вибирати з урахуванням завершення перехідних процесів в них.
При роботі без пристрою вибірки-зберігання апертурний час співпадає з часом перетворення. Як наслідок, результат перетворення дуже сильно залежить від пульсацій вхідної напруги. За наявності високочастотних пульсацій середнє значення вихідного коду нелінійно залежить від середнього значення вхідної напруги. Це означає, що АЦП даного типу без пристрою вибірки-зберігання придатні для роботи з постійними напругами або такими, що повільно змінюються (за час перетворення змінюється не більш, ніж на значення кванта перетворення).
Таким чином, особливістю АЦП послідовного рахунку є невелика частота дискретизації, що досягає декількох кілогерц. Перевагою АЦП даного класу є порівняльна простота будови, яка визначається послідовним характером виконання процесу перетворення.
Послідовнопаралельні АЦП є компромісом між прагненням отримати високу швидкодію і бажанням зробити це по можливості меншою ціною. Послідовнопаралельні АЦП займають проміжне положення по роздільній здатності і швидкодії між паралельними АЦП і АЦП послідовного наближення. Послідовнопаралельні АЦП підрозділяють на багатоступінчаті, багатоконтактні і конвеєрні.
1.2 Паралельний порт принтера
1.2.1 Призначення паралельного порта
Паралельний порт принтера призначений для зв’язку комп’ютера з принтером, сканером, а також з нестандартними пристроями. Порт принтера також називається лінійним портом принтера LPT, а його сигнали відповідають інтерфейсу Centronics.
1.2.2 Загальний опис інтерфейсу Centronics
Паралельний принтерний порт – це 25-контактна гніздова частина роз’єму D-типу. Існують три адреси, пов’язані з цим портом (base, base+1, base+2). Фактичну базову адресу (base) можна знайти в супроводжуючій документації до комп’ютера або з програми тестування комп’ютера.
Звичайні базові адреси – 378h або 3BCh.
Рис. 1.4. Призначення контактів LPT-порта по розрядам
Даний порт має 8 розрядів виводу даних і декілька розрядів для ліній керування. Деякі з останніх використовуються тільки для виводу керуючої інформації, деякі – для вводу, і деякі можуть бути запрограмовані як для вводу, так і для виводу. В якості логічних рівнів використовуються ТТЛ-рівні напруги (0 і 5 В). По базовій адресі виводу „розташовуються” контакти з другого по восьмий з наймолодшим розрядом на контакті 2 наявні 5 бітів вводу за адресою base+1, розведення контактів для цих розрядів представлене на рис. 1.4.