АЦП с буферной памятью

СОДЕРЖАНИЕ.

1. Введение 2

2. Общий раздел 3

2.1. Классификация и характеристики устройства 3

2.2. Разработка структурной схемы 4

2.3. Выбор элементной базы 6

2.4. Разработка функциональной схемы 12

3. Специальный раздел 14

3.1. Разработка принципиальной электрической схемы 14

3.2. Расчетная часть 16

3.2.1. Расчёт быстродействия 17

3.2.2 Расчет мощности потребляемой устройством 19

3.2.3. Расчет надёжности 20

4. Конструкторский раздел 21

4.1 Конструкция устройства 21

4.2 Сборка микросхем на плате 22

5. Вывод 23

6. Литература 24

1.Введение

За последнее десятилетие в мире создано более сотни типов ИС ЦАП и АЦП, отличающихся по функциональному составу и назначению, конструктивным, электрическим и эксплуатационным характеристикам. Известно их применение совместно с микропроцессорами и микро ЭВИ в составе устройств сопряжения с объектами и интерфейса, а также использование в качестве самостоятельных функциональных элементов в узлах и блоках РЭА. Современный этап характеризует большие и сверхбольшие интегральные схемы ЦАП и АЦП, обладающих высокими эксплуатационными параметрами: быстродействием, малыми погрешностями, много разрядностью. Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразовате¬ли АЦП находят широкое применение в различ¬ных областях современной науки и техники. Они являют¬ся неотъемлемой составной частью цифровых измери¬тельных приборов, систем преобразования и отображе¬ния информации, программируемых источников питания, индикаторов на электронно-лучевых трубках, радиоло¬кационных систем, установок для контроля элементов и микросхем, а также важными компонентами различных автоматических систем контроля и управления, устройств ввода- вывода информации ЭВМ. На их основе строят преобразователи и генераторы практически любых функ¬ций, цифроуправляемые аналоговые регистрирующие устройства, корреляторы, анализаторы спектра и т. д. Велики перспективы использования быстродействующих преобразователей в телеметрии и телевидении. Несом¬ненно, серийный выпуск малогабаритных и относительно дешевых АЦП еще более усилит тенденцию про¬никновения метода дискретно-непрерывного преобразо¬вания в сферу науки и техники. В настоящее время применяют три вида тех¬нологии производства АЦП: модульную, гибрид¬ную и полупроводниковую. При этом доля производства полупроводниковых интегральных схем (ИМС ЦАП и ИМС АЦП) в общем объеме их выпуска непрерывно возрастает и в недалеком будущем, по-видимому, в мо¬дульном и гибридном исполнении будут выпускаться лишь сверхточные и сверхбыстродействующие преобра¬зователи с достаточно большой рассеиваемой мощно¬стью.

2. Общий раздел

2.1. Классификация существующих устройств

Классификация АЦП делится на 3 типа:

1) АЦП последовательного приближения, заключается в возможности организации синхронной и циклической работы, производства уменьшения числа разрядов и вывода данных в последовательном коде.

2) АЦП считывания, выполняет функцию параллельного преобразования входного напряжения в один из видов цифрового кода: двоичного (прямого или обратного) и с дополнением до двух (прямого или обратного).

3) Интегрирующие АЦП, предназначены для применения в измерительной аппаратуре различного назначения.

Основными характеристиками АЦП являются: разрешающая способность, точность и быстродействие. Разрешающая способность определяется разрядностью и максимальным диапазоном входного аналогового напряжения, точность – абсолютной погрешностью полной шкалы, нелинейностью и дифференциальной нелинейностью. Быстродействие АЦП характеризуется временем преобразования tпрб т.е. интервалом времени от момента заданного изменения сигнала на входе до появления на выходе, устанавливающегося кода.

По структуре построения АЦП делятся на два типа: с применением ЦАП и без них. В настоящее время в интегральном исполнении реализованы АЦП развёртывающего типа. Развёртывающие АЦП переводят аналоговый сигнал в цифровой последовательный, начиная с младшего значащего разряда до цифрового кода на выходе, соответствующего уровню входного аналогового напряжения АЦП. К этому типу можно отнести АЦП последовательного приближения со счётчиком.

К схемам АЦП без применения ЦАП относятся АЦП двойного интегрирования и параллельного действия. Способ двойного интегрирования позволяет хорошо подавлять сетевые помехи; кроме того, для построения схемы АЦП не требуется ЦАП с высокоточными резистивными матрицами.

2.2 Разработка структурной схемы

Схема АЦП с буферной памятью состоит из следующих блоков: генератор тактовых импульсов, счётчик формирователь адресов, буферную память составляет динамическое ОЗУ, мультиплексор, регистр последовательного приближения, буферный регистр, компаратор, ЦАП и три логических элемента.

Генератор и счётчик формируют адресные коды в стартстопном или непрерывном режиме. Тактовая частота, с которой производится дискретизация входного аналогового сигнала Ux, зависит от динамических параметров элементов АЦП, главным образом от времени установления ЦАП. С выхода микросхемы памяти мы снимаем восьмиразрядный цифровой код. Время одного измерения равно длительности установления на выходе буферного регистра цифрового кода, отображающего значения амплитуды выборки входного сигнала Ux.

Структурная схема приведена на рисунке 1.

2.3 Выбор элементной базы

Микросхема К155 АГ3

Рисунок 2

Микросхема К155ИЕ2

Рисунок3

Микросхема КР537 РУ8

Рисунок 4

Cs1

Cs2

WR/RD

DIO0... DIO7

A0 …A7

Режим

работы

1 Х Х Z X Хранение

0 0

A D0 D7 A Запись

0 1 A D0…. D7 A Считывание

Icc, mA =30

Iccs, mкA, Ucc =1mA

U1 B (H)=0,4 U0, B (L)=0,4

U2 B (L)=4,1 U0 ,B (H)=2,4

I0, mA(L) =1,6

I0, mA(H) =0,1

Микросхема имеет организацию 2К*8 бит (буквой К обозначают число равное 210=1024) и, следовательно, допускает запись или считывание информации восьмиразрядными словами (байтами).

выводы обозначение назначение

1-4, 5-7,

15 – 17

11 - 14 А0-А3, А7-А9,

А6,А5,А4

DIO0-DIO3

CS

WR/RD

Адресные входы

Входы, выходы данных

Выбор микросхемы

Запись / считывание

Выбранные четыре бита информации параллельно проходят через разрядную схему, и после усиления и формирования в выходном блоке появляются на обедненных входах – выходах. Все блоки работают одновременно и управляются сигналами выбора микросхемы CS, записи – считывания WR/RD либо их комбинацией, вырабатываемой в блоке управления.

Микросхема