Разработка блока аналогового ввода – вывода. Блок аналогового блока ввода – вывода. Схема АЦП последовательного приближения

1.8 Разработка блока аналогового ввода – вывода.

Блок аналогового блока ввода – вывода предназначен для превращения в цифровую форму входных аналоговых сигналов Х5, Х6 и Х7 и передачу их в микропроцессор и для превращения выходного цифрового сигнала Y4 в аналоговую форму. Блок строится на базе аналого-цифрового (АЦП) и цифро-аналогового (ЦАП) преобразователей.

Существует несколько способов преобразования аналогового сигнала в цифровой:

1.  Аппаратный на основе микросхемы АЦП. На аналоговые входы АЦП подается аналоговый сигнал и напряжение с опорного источника напряжения, определяющее масштаб преобразования. МПС передает на АЦП сигнал выбора (синхроимпульс), по которому проводится считывание цифрового сигнала из параллельного выходного регистра АЦП. Этот способ отличается высоким быстродействием и точностью, но требует применения дорогостоящей специализированной БИС.

2.  Аппаратно – программный на основе микросхемы ЦАП и операционного усилителя (ОУ), выполняющего роль компаратора напряжения. Аналоговое входное напряжение U может изменяться на отрезке U_min < U < U_max . Это напряжение подается на один из входов ОУ. На второй вход ОУ подается напряжение U_оп с выхода ЦАП. На выходе ОУ, работающего в режиме компаратора, появляется сигнал "1", если U_оп > U и сигнал "0", если U_оп < U. Цифровой сигнал с выхода ОУ подается на вход тестирования Т0 МК51 и управляет программой, выполняемой микропроцессором. Эта программа реализует метод последовательных приближений, основанный на алгоритме деления отрезка пополам. Блок схема такого АЦП показана на следующем рисунке. 

U

Вход тестирования

Шина

Выход ЦАП                       данных

Рисунок 8. Схема АЦП последовательного приближения.

Рассмотрим подробно аппаратный способ преобразования аналогового сигнала в АЦП на основе микросхемы AD7824 фирмы Analog Devices. Эта микросхема имеет четыре аналоговых входа. Эти входы подключены к схеме аналогово-цифрового преобразования через встроенный аналоговый коммутатор, управляемый цифровыми сигналами с двух адресных входов.

Входные аналоговые сигналы Х5, Х6 и Х7 подключены к трем первым входам АЦП – AIN0, AIN1 и AIN2. Четвертый вход AIN3 заземлен. Адресные разряды, управляющие выбором входного канала, могут быть подключены к свободным выходам одного из портов МК51 или к младшим разрядам цифрового входа ЦАП. Одновременная работа ЦАП и АЦП не предусмотрены алгоритмом работы МПС и поэтому при помощи сигналов выбора ADCCS и DACCS можно разделить работу АЦП и ЦАП во времени.

Аналоговые входы Vr(+) и Vr(-) АЦП предназначены для подключения к источнику опорного напряжения, определяющего диапазон преобразования напряжения по аналоговому входу. На эти входы подается напряжение с встроенного источника ЦАП.

На входы управления АЦП CS (Синхроимпульс выбора микросхемы) и RD (Чтение результата преобразования) поступают соответственно сигналы ADCCS и RD с шины управления BC. Выходы АЦП типа ТС DB0 – DB7 подключены к шине данных. Вход RDY АЦП подключен к земле, а выход INT не используется. В этом случае на цифровом выходе АЦП читается результат преобразования аналогового сигнала, проведенный на предыдущем такте обращения.

Схема блока аналогового ввода – вывода приведена на следующем рисунке.                                            DD1                     

DD2

Шина управления BC                                           Шина данных BD

Рисунок 9. Схема блока аналогового ввода – вывода.

На этом рисунке: DD1 – микросхема 8-ми разрядного АЦП AD7824,  DD2 – микросхема 8-ми разрядного ЦАП типа AD557 фирмы Analog Devices. Эта схема удобна тем, что имеет однополярное питание от стандартного напряжения 5В и содержит встроенный источник опорного напряжения (выводы V_out(+) и V_out(-). Входной цифровой сигнал поступает на входы D0 – D7 ЦАП. Выходной аналоговый сигнал Y4 формируется на выходе ЦАП V_out . Двоичный входной и аналоговый выходной сигнал Y4 лежит в следующем диапазоне: V_min = 00h = V_out(-) ; V_max = FFh = V_out(+). В таком же диапазоне может изменяться входной сигнал АЦП.

Для записи цифровой информации в ЦАП, поступающей с шины данных, необходимо подать сигнал с шины управления WR на управляющий вход ЦАП CS. Для формирования аналогового сигнала на выходе ЦАП необходимо подать сигнал с шины управления DACCS на управляющий вход ЦАП CE.

1.9 Блок индикации.

Блок инди4ации включает в себя несколько знакосинтезирующих индикаторов, светодиодов и устройств звуковой сигнализации. В качестве знакосинтезирующих индикаторов обычно применяются светодиодные матричные и семисегментные индикаторы.

Промышленность выпускает большую номенклатуру светодиодов с различным цветом свечения и различной яркостью. Наиболее популярные серии светодиодов выпускает фирма Kingbright. Круглые светодиоды этой фирмы диаметром 5 мм имеют следующие параметры: