Разработка устройства, осуществляющего преобразование аналогового сигнала в цифровой и его последующее шифрование, страница 2

Разрядность: 10 бит;

Рабочая частота: до 1.25МГц;

Напряжение питания: от 2.35В до 5.25В;

Диапазон значений входного сигнала: от -0.20В до U_пит+0.20В;

Опорное напряжение: от 2.35В до 5.25В;

Максимальное время преобразования за такт 560нс;

Отношение сигнал/шум: 61дБ;

Потребляемая мощность на частоте 1.25МГц, и U_пит =5В: 10мВт;

Диапазон рабочих температур: от -40⁰С до +125⁰С.

Рис.5 Схематичное изображение АЦП ADS7887

Управление работой АЦП осуществляется следующим образом: на ножку 2 подается входной аналоговый сигнал, на 3 ножку – опорное напряжение. 1 ножка – напряжение питания, 4 – заземление. На 6 подаются такты синхронизации; для начала преобразования на ножку 7 должен быть подан высокий логический уровень, после этого преобразованный аналоговый сигнал снимается в виде последовательного кода с 5 ножки.

4.2.Выбор и расчет тактового генератора.

Тактовый генератор должен работать на частоте 150кГц, обеспечивать стабильную частоту без значительных уходов. Наиболее простым вариантом будет собрать тактовый генератор на основе цифрового таймера КР1006ВИ1.

Микросхема представляет собой таймер для формирования импульсов напряжения от нескольких микросекунд до десятков минут. Предназначена для применения в стабильных датчиках времени, генераторах импульсов, широтно-импульсных, частотных и фазовых модуляторах, преобразователях напряжения и сигналов, ключевых схемах, исполнительных устройствах в системах управления, контроля и автоматики. Содержит 51 интегральный элемент.

Напряжение питания: от 3В до 15В;

Максимальный потребляемый ток при U_пит=5В: не более 6мА;

Ток срабатывания: 250нА;

Диапазон температур: от -45⁰С до +70⁰С;

Время нарастания (спада): 300нс.

Схема включения микросхемы, позволяющая получить на выходе меандр с t_и=t_п и переменной частотой в зависимости от параметров R₁ и C₁ по формуле: f=1/(1.4*R₁*C₁):

Рис. 6. Схема включения микросхемы КР1006ВИ1

В соответствии с формулой для получения частоты в 15кГц необходимо взять следующие параметры элементов R₁и C₁: R₁=1Ком, C₁=4,7нФ.

4.3.Выбор элементов памяти.

В качестве элементов памяти для хранения ключа, а также для последовательного побитового считывания его из памяти для последующего использования идеально подойдет сдвиговый регистр с последовательным вводом и выводом информации. Если информационный выход сдвигового регистра соединить с входом, то мы получим так называемый кольцевой счетчик. Информация в нем циркулирует по кругу, с каждым тактовым импульсом сдвигаясь на один разряд.

Для хранения ключа длиною в 20 бит, я использовал пять маломощных универсальных сдвиговых регистра 134ИР1. Очень удобны универсальные регистры, позволяющие производить как последовательную, так и параллельную запись и считывание. Такие регистры можно использовать в качестве преобразователя параллельного кода в последовательный и обратно. Регистр работает в режиме сдвига по тактовым импульсам, поступающим на вход С₁, если на входе V₂ имеется напряжение низкого уровня. Вход V₁ служит для ввода информации в первый разряд в этом режиме. Если же на входе V₂ напряжение высокого уровня, то регистр производит параллельную запись информации со входов D₁-D₄ по импульсам синхронизации, поступающим на вход С₂.

Рис. 7.Универсальный сдвиговый регистр 134ИР1

Основные параметры микросхемы:

Потребляемая мощность: 2мВт;

Частота переключения, не более 2МГц;

Время переключения, не более 100нс;

Напряжение питания: до +6В;

Диапазон рабочих температур:  от-40⁰С до +60⁰С.

4.4.Выбор элемента Исключающее ИЛИ.

Логика схемы исключающее или – это побитовая сумма без переноса в старший разряд. Эта операция обратима, то есть, чтобы получить исходное значение, необходимо повторно побитово сложить полученный результат с ключом. На этом основан метод шифрования гаммирование или смешивание с маской. Логика работы элемента представлена в таблице истинности: