Пристрій мікропроцесорної обробки аналогової інформації (стр. 3 из 6)
3.2 Вибір типу ЦАП
Вибір типу ЦАП здійснювався з урахуванням наступних вимог:
Кількість розрядів ЦАП співпадає із АЦП і відповідає умовам індивідуального завдання;
Цифрові входи мають логічні рівні ТТЛ - логіки, тобто допускають пряме підключення до каналів вводу-виводу;
Відповідність полярності вихідного сигналу до завдання і схем вибору ЦАП.
Проаналізувавши такі мікросхеми ЦАП, як К572ПА2 (КР572ПА2), К594ПА1, К1108ПА1, я зупинився на виборі мікросхеми К594ПА1.
Мікросхема типу К594ПА1 являє собою паралельний ЦАП з сумуванням струмів, комбінованою матрицею (зважених і R-2R резисторів), використовується для перетворення двійкового 12 розрядного коду в струм та працює зі стандартними рівнями сигналів від ТТЛ та КМОН ЦІС. Конструктивно ЦАП створений на двох кристалах, які знаходяться в металокерамічному корпусі. Мікросхема створена по біполярній планарно-епітаксіальній технології з p-n-p та n-p-n транзисторами.
Основні електричні параметри при температурі навколишнього середовища 25±10 оС:
Не менше Не більше
Число розрядів ......12
Диференціальна нелінійність δ(%)..............-0,012 0,012
Діапазон вихідних струмів Iorn (мА):
Уніполярний ............................................1,8 2,2
Біполярний....................................................0,9 1,1
Струм витоку (утєчкі) на виході (мкА)........... 0,7
Вхідна напруга низького рівня (В), про роботі з :
ТТЛ........................ 0,8
КМОН..................................................……. 0,3
Вхідна напруга високого рівня (В), про роботі з :
ТТЛ...................................................................…….................... 2,0
КМОН......................................................................……............. 0,7Ucc1
Струм живлення Icc1(мА)................................................ 25
Струм живлення Icc2(мА).............................................…….. 35
Вихідний струм Io(мА)...........................................................…….. 2,2
Час встановлення вихідного струму
(при зміні коду від 00...00 до 11...11) (мкс) ............................ 3,5
Гранично допустимі значення електричних режимів експлуатації:
Не менше Не більше
Напруга джерела живлення Ucc1(В)................................................. 6,0
Напруга джерела живлення Ucc2(В).................................................-18
Напруга опорного джерела Uref(В)...................................9,0 11,0
Вхідна напруга високого рівня (В)......................................2,0 6,0
Вхідна напруга низького рівня (В)...................................0 1,0
Типові залежності електричних параметрів ЦАП від зміни напруги джерел живлення та температури навколишнього середовища:
Схема 6. Типові залежності нелінійності та диференціальної не лінійності ІС ЦАП К594ПА1 від напруг джерел живлення
а) б)
Схема 7. Типові залежності не лінійності (а) і часу встановлення (б) ІС ЦАП К594ПА1 від температури навколишнього середовища
Схема 8. Типова залежність часу встановлення ЦАП К594ПА1 від ємності навантаження С
Мікросхема К594ПА1 експлуатується без додаткового тепло відводу. При температурі навколишнього середовища 85 С та більше поверхню ІС необхідно охолоджувати повітрям зі швидкістю 3 м/с. Забороняється подавати які-небудь електричні сигнали на поверхню кришки корпусу і незадіяні виводу ІС. Резистор 10 кОм (виводи 1,2) забезпечує режим роботи з біполярним струмом в діапазонах напруги ±2,5 ; ±5 ; ±10В.
Номінальні значення ємності навантаження ІС 10 пФ. Загальна ємність навантаження може перевищувати номінальне значення, але при цьому норми на часові параметри ЦАП не гарантуються.
В режимі роботи ЦАП з струмовим виходом допускається підключення джерела опорного навантаження до виводу 22 ІС . При цьому величина вихідного струму перетворювача буде залежати від стабільності підключеного резистору.
Таблиця 2. Нумерація та призначення виводів ІС ЦАП К594ПА1
| Вивід | Призначення |
| 12345678-1718192021222324 | –вхід зсуву вихідного рівня;–вихід зсуву вихідного рівня;–вихід;–зворотній зв’язок Uorn=10B;–зворотній зв’язок Uorn=20B;–загальний;–цифровий вхід 12 (МР);–цифрові входи 11-2;–цифровий вхід 1 (СР);–напруга джерела живлення Ucc1;–керування логічним порогом;–інвертуючий вхід ОП;–неінвертуючий вхід ОП;–вхід джерела опорної напруги Uref;–напруга джерела живлення Ucc2; |
Мікросхема К594ПА1 забезпечує норми на електричні параметри, при номінальному значенні Uref=10,24B з допустимими відхиленнями ± 3% і стабільності підтримки напруги 0,005%. Амплітудні значення пульсацій джерела опорної напруги можуть досягати 150 мкВ, але значення напруг перехідних і паразитних сигналів не повинні перевищувати 200 мкВ при тривалій дії не більше 0,3 мкс.
 |
Схема 9. Структурна схема підключення МП і ЦАП
3.3 Структура представлення даних
Структура даних, які входять в рівняння цифрового фільтра, визначаються коефіцієнтами рівняння і заданою розрядністю АЦП. Оскільки відповідно до завдання АЦП є 12-ти розрядним, а вхідний сигнал є двополярним, то результат перетворення АЦП в залежності від вхідного сигналу подамо у вигляді таблиці 3.
Таблиця 3.
| Вхід АЦП | Код |
| +Uxmax | 4095 |
| 0 | 2048 |
| –Uxmax | 0 |
Для двополярної вхідної напруги Uxn матимемо залежність з вихідним кодом АЦП xn:
Uxn = Uxmax( xn/211 – 1 ) (3.1)
Результат перетворення 12-ти розрядного блоку ЦАП в залежності від цифрового коду yn вихідної напруги Uyn подано у вигляді таблиці 4.
Таблиця 4
| Код | Вихід ЦАП |
| 4095 | +Uymax |
| 2048 | 0 |
| 0 | –Uymax |
Підставимо (3.1) в рівняння цифрового фільтру yn=a0xn+a1xn-1+b1yn-1. В результаті отримаємо:
Коефіцієнти цифрового фільтру при xn, xn-1 залежать від співвідношень напруг 
на вході АЦП і виході ЦАП даного МПП. Тому необхідно вибирати перетворювачі з електричними параметрами 
=1.
Для рівняння цифрового фільтру yn=a0xn+a1xn-1+b1yn-1, коефіцієнти a0, a1, b1 представляються однобайтовими числами. В нашому випадку:
0 < a0 < 1 ; -1 < a1 <0; -1 < b1 < 0.
Як видно всі параметри за модулем менші від 1, а параметр a1та b1 є від’ємним. Запишемо параметри як числа з фіксованою комою. В такому випадку їх можна представити одним байтом, де всі 8 розрядів будуть визначати дробову частину числа (ціла частина рівна 0). Максимальне дробове число (по модулю), яке може розміститись у восьми розрядах – (11111111)2 = (2-1+2-2+2-3+2-4+2-5+2-6+2-7+2-8)10=0,99609375; мінімальне – (00000000)2 = 0. Коефіцієнти a0 будемо вважати додатніми, а для коефіцієнта a1та b1 замість операції додавання будемо виконувати операцію віднімання.
Для максимальних кодових комбінацій xn, xn-1, yn-1 однакової розрядності:
yn(max)= a0xn(max)+a1xn-1(max)+b1yn-1(max)
тобто yn(max) = 4095 = 8190 ( 12 розрядів ), при a0=1, a1=b1=0; yn(min)= –8190, при a0=0, a1=b1= - 1;
Схема 10. Структура представлення даних
У пам’яті всі дані розташовані з певної комірки в такій послідовності, як показано на рис.3.1. Під коефіцієнти a0, a1, b1 відводиться по одному байту, під змінні xn, xn-1, yn, yn-1 – по два байти. У разі перевищення результату обчислень значення 4095 на ЦАП виводиться максимальне значення, тобто 0FFFh, у разі від’ємного результату – мінімальне значення ( 0000h ).
Одержана структура визначає формати виконання арифметичних операцій обчислення вихідного значення цифрового фільтра.
4. Структурна схема та алгоритм функціонування МПП
4.1 Опис структурної схеми МПП
Структурна схема МПП включає крім АЦП і ЦАП всі необхідні для функціонування компоненти МПС: МП КР580ВМ80, тактовий генератор КР580ГФ24, системний контролер КР580ВК28, оперативну та постійну пам’ять (ОЗП, ПЗП), два програмованих паралельних інтерфейси КР580ВВ55, до яких підключаються АЦП і ЦАП.
Схема 10. Структурна схема МПП
Позначення елементів на схемі 11: СК – системний контролер; ША – шина адрес (16-ти розрядна); ШД– шина даних (8-ми розрядна); ШК – шина керування; ВШД – внутрішня шина даних мікропроцесора (8-ми розрядна) ; ВШК – внутрішня шина керування мікропроцесора; ДШП – дешифратор пам’яті; ДШВ/В – дешифратор каналів вводу-виводу; x(t) – вхідний аналоговий сигнал; y(t) – вихідний аналоговий сигнал.
У таблиці 5 наведено елементи, які використовуються в структурній схемі МПП, їх опис, та мікросхеми, що їм відповідають.
Таблиця 5. Опис та мікросхеми елементів структурної схеми МПП
| Позначення | Опис | Мікросхема |
| МП | Мікропроцесор | КР580ВМ80 |
| ГТІ | Генератор тактових імпульсів | КР580ГФ24 |
| ШФ | Шинний формувач | КР580ВА86 |
| БР | Буферний регістр | КР580ИР82 |
| ПЗП | Постійно-запам’ятовуючий пристрій | К573РФ21 |
| ОЗП | Оперативно-запам’ятовуючий пристрій | КР537РУ8А |
| ППІ | Програмований паралельний інтерфейс | КР580ВВ55 |
| АЦП | Аналогово-цифровий перетворювач | К512ПВ1 |
| ЦАП | Цифро-аналоговий перетворювач | К594ПА1 |
| ПКП | Програмований контролер переривань | КР580ВН59 |
| Таймер | Програмований таймер | КР580ВИ53 |
Наведемо коротко призначення кожного з елементів структурної схеми МПП.