Простой АЦП - приставка к ПК. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Компьютеры

 Комментарии к статье

В настоящее время аналого-цифровые преобразователи (АЦП) находят все большее применение в радиолюбительских конструкциях. Это связано с появлением доступных микросхем АЦП и с преимуществами, которые дает цифровая обработка аналоговых сигналов. С помощью АЦП можно легко превратить персональный компьютер (ПК) в любой виртуальный измерительный прибор. Причем электронная часть такого прибора может быть очень простой, а вся обработка сигнала будет производиться программно.

Описываемое в статье устройство предназначено для преобразования аналогового сигнала в цифровой шестиразрядный код и может служить приставкой к ПК. Области ее применения самые разнообразные - от виртуальных измерительных приборов до различных систем записи звука.

На страницах журнала "Радио" неоднократно публиковались конструкции на базе АЦП. Однако в них в основном использовались микросхемы с двоично-десятичным выходным кодом или кодом для семиэлементных индикаторов [1]. Данный подход не удобен для ввода информации в ПК.

В предлагаемом вниманию читателей устройстве использована микросхема КР1107ПВ1, представляющая собой быстродействующий параллельный шестиразрядный АЦП [2]. Она предназначена для преобразования напряжения в интервале -2...0 В в один из потенциальных кодов параллельного считывания: двоичный код (прямой и обратный) и код с дополнением до двух (прямой и обратный). Эта микросхема выбрана потому, что, во-первых, она доступна широкому кругу радиолюбителей и стоит относительно недорого, а во-вторых, имеет высокое быстродействие (максимальная частота преобразования - 20 МГц, время одного преобразования - не более 100 нc).

Принципиальная схема устройства приведена на рис. 1.

За основу взята рекомендуемая схема включения КР1107ПВ1А [2], которая существенно упрощена без заметного ухудшения точности преобразования. Преобразуемый аналоговый сигнал через гнездо 1 розетки XS1 и резистор R4 поступает на инвертирующий вход ОУ DA1. Подобное включение использовано потому, что чаще приходится оцифровывать напряжение положительной полярности, а микросхема АЦП преобразует напряжение в интервале от 0 до -2 В. С движка подстроечного резистора R1 снимается напряжение смещения нуля. Резисторы R5 и R4 определяют требуемый коэффициент усиления ОУ. Усиленный аналоговый сигнал поступает через резисторы R7- R9 на выводы 10, 13, 15 АЦП.

Работой АЦП DA2 управляют тактовые импульсы, поступающие из ПК (через контакт 8 розетки XS2) на вывод 4. Кодирование производится после прохождения среза тактового импульса, а результат, полученный в процессе преобразования, передается в выходной регистр одновременно с фронтом очередного тактового импульса. Это позволяет фронтам тактового импульса производить следующую выборку, т. е. в тот момент, когда на выходе DA2 присутствует результат n-й выборки, на входе производится (п+2)-я выборка. Цифровой код снимается с выходов D1 - D6 и выводится на розетку XS2.

Необходимо обратить внимание, что обозначение выходов микросхемы противоположно их весу: выход D1 соответствует старшему разряду, a D6 - младшему. Вид кода (прямой, инверсный, дополнительный) на выходах микросхемы определяется уровнями сигналов на входах С1 и С2 микросхемы. Их подключение к шине +5 В соответствует подаче высокого уровня, а к общему проводу - низкого. Требуемый вид кода на выходе микросхемы задают комбинацией уровней сигналов на входах С1 и С2 в соответствии с табл. 1.

АЦП КР1107ПВ1А требует двуполярного питания напряжениями +5 и -6 В. Кроме того, необходимы два образцовых напряжения. Они определяют диапазон оцифровываемых напряжений. В данном случае одно из этих напряжений (Uoбp1) принято равным нулю (вывод 16 микросхемы соединен с общим проводом), а второе (Uoбp2) - равным -2 В, что в соответствии с [2] определяет диапазон входных напряжений АЦП 0...-2 В. Образцовое напряжение -2 В снимается с движка подстроечного резистора R6, включенного в цепь напряжения питания отрицательной полярности. Конденсаторы С1 - С5 служат для устранения помех.

При сборке устройства используют резисторы МЛТ, ОМЛТ, оксидные и керамические конденсаторы любого типа. Подстроечный резистор R1 - также любого типа, R6 - желательно проволочный многооборотный, например, СП5-1В, СП5-14, СП5-15, СП5-2 и т. п. ОУ DA1 - практически любой, способный работать при пониженных напряжениях питания, например, КР140УД7. Для расширения частотного диапазона можно применить операционный усилитель К574УДЗ, у которого частота единичного усиления равна 10 МГц.

Питают устройство от двуполярного стабилизированного источника, обеспечивающего выходные напряжения +5 В при токе 35. ..40 мА и -6 В при токе 200 мА

Перед первым включением АЦП движок резистора R6 устанавливают в среднее положение. Включив питание, измеряют образцовое напряжение на выводе 9 микросхемы DA2 и возможно точнее устанавливают его равным -2 В. Требуемого смещения нуля добиваются подстроечным резистором R1. Контролировать положение нуля можно по выходному цифровому коду или постоянному напряжению на аналоговых входах АЦП (выводы 10, 13, 15 DA2). На этом настройку можно считать законченной.

К ПК АЦП подключают через интерфейс (рис. 2) устанавливаемый в свободный ISA разъем системной платы.

На плате интерфейса собраны четыре порта ввода/вывода с адресами ЗЕ0Н- ЗЕЗН. Элементы DD1.1-DD1.3 и DD2 образуют дешифратор адреса. На их входы поступают сигналы с шины адреса ПК, и если на ней появляется комбинация ЗЕ0Н-ЗЕЗН, на выходе DD2 формируется разрешающее напряжение низкого уровня. Сигналы, определяющие номер порта в адресном пространстве портов, соответствуют двум младшим битам шины адреса и подаются на дешифратор DD4. На него же поступают разрешающие сигналы по шине AEN (это означает, что в данном цикле отсутствует прямой доступ к памяти) и сигналы IOW, IOR, что соответствует записи во внешнее устройство и чтению из него. Сигнал с вывода 15 дешифратора поступает на вход Е шинного формирователя DD7 и разрешает передачу данных из АЦП на шину данных.

Сигнал, появляющийся на выводе 14 дешифратора DD4, служит для тактирования АЦП DA2, на выводе 13 - для сброса триггера DD6.1, а на выводе 12 - для разрешения подачи информации с него на шину данных. Триггер предназначен для синхронизации АЦП с внешним устройством, которое может вырабатывать синхроимпульсы или сигнал о готовности. Синхросигнал от внешнего устройства поступает через контакт 1 розетки XS2 на тактовый вход триггера. Состояние последнего считывается программой. Если обнаруживается высокий уровень на выводе 5 DD6.1, то это значит, что от внешнего устройства поступил импульс синхронизации. Как только состояние триггера прочитано, его необходимо сбросить, чтобы подготовиться к приему следующего тактового импульса.

Несколько слов о назначении портов. Порт с адресом ЗЕ0Н предназначен для чтения данных из АЦП (в битах D0-D5 содержится значение оцифрованного сигнала), с адресом ЗЕ1Н - для подачи тактового импульса на АЦП (при записи в этот порт любого байта происходит запуск преобразования аналогового сигнала в цифровой). Порт ЗЕ2Н служит для сброса триггера синхронизации DD6.1 после прочтения его состояния. Сброс происходит при записи любого байта в этот порт. Наконец, порт ЗЕЗН предназначен для чтения состояния триггера, которое отражается битом 5 байта, прочитанного из этого порта. Триггер нужен для того, чтобы зафиксировать синхроимпульсы малой длительности. Если при чтении из порта ЗЕЗН обнаружен высокий логический уровень на прямом выходе триггера (бит D5=1), то программа возвращает его в исходное состояние, записав в порт ЗЕ2Н любой байт.

Программа для чтения данных из АЦП, написанная на Паскале, приведена в табл. 2.

(нажмите для увеличения)

В качестве основы конструкции удобно использовать неисправную плату расширения для ISA слота. С нее удаляют все "высокие" элементы (конденсаторы, разъемы) и перерезают печатные проводники, идущие к контактным площадкам части, вставляемой в слот (вилка ХР1 на рис. 2). Детали монтируют на небольшой печатной плате, которую закрепляют с помощью стоек на плате расширения. Выводы устройства соединяют с контактами вилки ХР1 короткими отрезками монтажного провода. Назначение контактов ISA слота можно найти в [3].

В заключение отметим, что в большинстве случаев шести разрядов для представления аналогового сигнала вполне достаточно. Если АЦП с интервалом входных напряжений 0...2 В используется для измерения напряжения 2 В, погрешность не превысит 0,03 В (или 1,5%). При измерении напряжения 0,2 В погрешность возрастет до 15%. Для повышения точности измерений можно использовать АЦП большей разрядности или усилить измеряемое напряжение до значения, близкого к верхнему пределу интервала (например, изменить соотношение сопротивлений резисторов R5 и R4). При номиналах, указанных на схеме (см. рис. 1), устройство оцифровывает входные напряжения в интервале 0...0.5 В и способно работать с бытовым микрофоном.

Если же из соображений точности "оцифровки" слабых сигналов необходима более высокая разрядность, микросхему КР1107ПВ1А можно заменить восьмиразрядным преобразователем К1107ПВ2 (естественно, с учетом различий в "цоколевке" и энергопотреблении).

Литература

1. Бирюков С. Термометр "Дом - улица". - Радио, 2000, №3, с. 32, 33.
2. Новаченко И. В., Петухов В. М., Блудов И. П., Юровский А. В. Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры. Справочник. - М.: КУбК, 1995.
3. Данилин Н. С, Улитенко В. П., Крипак А. А. Руководство по поиску неисправностей и ремонту компьютеров IBM PC. - М.: Издательство стандартов, 1992.

Авторы: Ю.Кириллов, Д.Ситанов, г.Иваново

Смотрите другие статьи раздела Компьютеры.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Дети, растущие рядом с природой, обретают крепкие кости 02.03.2026

Влияние окружающей среды на здоровье человека становится все более очевидным, особенно в детском возрасте. Новое исследование, опубликованное в журнале JAMA Network Open, показывает, что близость к природе напрямую связана с крепостью костей у детей. Ученые установили, что у детей, чьи дома окружены природными территориями в радиусе 1000 метров на 25% больше обычного, риск развития крайне низкой плотности костей снижается на 65%. Для проведения исследования были проанализированы данные более 300 детей, проживающих в городских, пригородных и сельских районах Фландрии в Бельгии. Плотность костной ткани у детей в возрасте от четырех до шести лет оценивалась с помощью ультразвуковых методов. Такой подход позволил безопасно и точно измерить состояние костей на ранних этапах формирования скелета. При анализе учитывались ключевые факторы, влияющие на рост и развитие детей: возраст, вес, рост, этническая принадлежность и уровень образования матери. На основании этих параметров исследоват ...>>

Самовосстанавливающаяся инфраструктура будущего 02.03.2026

Современные мосты и бетонные конструкции по всему миру сталкиваются с проблемой устаревания и износа. Многие сооружения, построенные до 1980-х годов, постепенно теряют свою несущую способность, что требует дорогого ремонта или полной замены. Недавние разработки ученых из Швейцарских федеральных лабораторий материаловедения и технологий (Empa) предлагают инновационное решение - систему укрепления бетонных конструкций с помощью "умной стали", способной самостоятельно устранять трещины и повреждения. В основе новой технологии лежит арматура из сплава на основе железа с эффектом памяти формы (Fe-SMA). Этот материал обладает уникальным свойством: при нагревании до 190-200 °C стержни стремятся вернуться к своей первоначальной конфигурации. В бетонной конструкции это создает внутреннее напряжение, которое затягивает трещины и выравнивает деформированные элементы, существенно повышая прочность и долговечность сооружений. Актуальность разработки объясняется критическим состоянием инфрастр ...>>

Поцелуи полезны для здоровья 01.03.2026

Вопрос о том, как социальные связи и близость с партнером отражаются на здоровье человека, привлекает внимание не только психологов, но и специалистов в области микробиологии. Новое исследование показывает, что совместное проживание с любимым человеком может оказывать значительное влияние на микробиом кишечника и общее самочувствие. Доктор Наоми Миддлтон, клинический психологи и эксперт по здоровью кишечника, объяснила, что все аспекты совместной жизни - поцелуи, совместное питание, физическая близость и даже просто пребывание рядом - тесно связаны с поддержанием сбалансированной кишечной микрофлоры. Она подчеркивает, что здоровье экосистемы кишечника во многом определяется социальными взаимодействиями и повседневной близостью с другими людьми. По словам Миддлтон, длительное совместное пребывание с партнером может способствовать увеличению микробного разнообразия в кишечнике, а также снижать воспалительные процессы, связанные со стрессом. Такой эффект обусловлен тем, что микробио ...>>

Случайная новость из Архива Microsoft выпустит революционный смартфон 27.11.2016 Генеральный исполнительный директор Microsoft Сатья Наделла (Satya Nadella) заявил, что компания выпустит в 2017 г. революционное мобильное устройство - Surface Phone. Ннекоторые технологические подробности руководитель Microsoft рассказал в интервью общенациональной австралийской финансово-экономической газете Australian Financial Review. "Мы продолжаем оставаться на мобильном рынке, но не равняемся на его лидеров. Однако мы однозначно можем создать оптимальное мобильное устройство. Поэтому мы перестали делать гаджеты из разряда "и мне такой же", и сосредоточились на устройствах под определенные нужды клиента, которому требуется определенный набор возможностей", - рассказал Наделла. В качестве примера устройства, изменившего мобильный рынок, Наделла назвал смартфон HP Elite x3, флагманскую модель HP. Его особенность состоит в том, что, его можно использовать как ПК, подключив к нему мышь и клавиатуру. Речь может идти о девайсе, реализованном с учетом двух основных трендов, которые сейчас активно развивает компания: открытое ПО и облачные сервисы. Не исключено, что "революционное устройство" будет подключено к таким приложениям Microsoft как менеджер с функциями почтового клиента Outlook или блокнот-органайзер OneNote. То есть программы будут предустановлены на новом смартфоне, как это сейчас происходит по существующей договоренности с некоторыми Android-устройствами Asus и Samsung, на которые Microsoft Office ставится еще на заводе.

Другие интересные новости:

▪ Прибор против кессонной болезни

▪ Геймерские телевизоры HiSense E75F

▪ 3D-печать внутри тела человека

▪ Микроскопический 3D-принтер от IBM

▪ Закодированная информация на экране телефона

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Основы безопасной жизнедеятельности (ОБЖД). Подборка статей

▪ статья Не скот, не дерево, не раб, но человек! Крылатое выражение

▪ статья Летят ли мотыльки на пламя? Подробный ответ

▪ статья Гелиотроп. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Технология изготовления самодельных намоточных узлов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Стабильный генератор на транзисторах. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026