АЦП на микросхеме К572ПВ2 (62248)

Посмотреть архив целиком


АЦП на микросхеме К572ПВ2.


Микросхема К572ПВ2 [2 стр.229] представляет собой АЦП двойного интегрирования с автоматической коррекцией нуля. Сначала рассмотрим принцип работы данного класса АЦП.

Структурная схема АЦП приведена на рис.1 [методичка стр.22 рис.13], [3 стр.464 рис.24.30].


Интегратор

С1

S1 R1

Входной

усилитель



Компаратор

Uвхода




Источник опорного напряжения

S2



S4

S5

R2



С2




Схема управления




Тактовые Импульс Импульс Импульс

импульсы сброса записи разрешения

на счетчик счетчика вых. кода счета



Счетчик тактовых импульсов

Семисегментный индикатор

Выходной регистр - дешифратор




Рис.1






Принцип работы АЦП поясняется с помощью диаграммы на рис.2. Работа начинается с замыкания ключа S1 соответствующим сигналом схемы управления [методичка стр.21]. При наличии на входе напряжения, отличного от 0 начинается заряд конденсатора С1 интегратора. (Для определенности считаем, что входное напряжение есть и отрицательно. Входной усилитель в данной схеме играет роль повторителя напряжения. Он необходим для исключения влияния АЦП на измеряемую цепь и в процессе АЦ преобразования самостоятельной роли не играет) Обозначив время 1го такта работа АЦП , можно получить напряжение на выходе интегратора в конце этого такта [методичка стр.21]. (По моему, здесь в методичке опечатка. Должно быть так.)



U1 (на выходе интегратора)


Замкнут S2


Заряд интегратора. Работа счетчика. В конце такта - запись содержимого счетчика в регистр.


Замкнуты S3 и S4.







Запись в интегратор корректирующего напряжения. На выходе компаратора могут быть (или не быть) импульсы.


Замкнут S1


Заряд интегратора. Счетчик не работает





Выход компаратора




Импульс разрешения на счетчик с компаратора.




Тактовые импульсы Реальное время

со схемы управления работы счетчика

на счетчик Тх














Рис.2



Нужно заметить, что в процессе работы выход ОУ интегратора “ведет” себя так, что бы напряжение на инверсном входе было нулевым. Т.е. выход ОУ станет положительным в самом начале процесса интегрирования. При этом компаратор сразу выдаст на счетчик разрешающий сигнал. Однако, счет не начнется, поскольку импульсы со схемы управления в этом такте еще не поступают.

2й такт начинается тем, что отключается ключ S1 и включается ключ S2. При этом интегратор соединяется с источником опорного напряжения , которое обратно измеряемому по знаку. (Т.е. в нашем случае оно должно быть положительным.) Одновременно со схемы управления на счетчик подаются тактовые импульсы, и начинается счет, разрешение которого было еще в 1м такте. Как было сказано выше, напряжение на инверсном входе ОУ интегратора близко к 0. Поэтому теперь конденсатор С1 интегратора будет разряжаться постоянным током (входной ток ОУ обычно пренебрежимо мал). Тогда время разрядки до нулевого уровня составит:



За это время счетчик отсчитает тактовых импульсов, поступающих со схемы управления с частотой . Это число можно определить по формуле [методичка стр.21]:



Очевидно, что оно прямо пропорционально входному напряжению (в нашем случае – с обратным знаком) и не зависит от параметров интегратора.

После разрядки интегратора до 0, компаратор снимает сигнал разрешения, и счет прекращается, хотя импульсы со схемы управления продолжают приходить в течении всего такта. В конце такта происходит запись выходного кода со счетчика в выходной регистр. Применительно к микросхеме К572ПВ2 нужно заметить, что на выходе этого регистра имеется дешифратор, который позволяет непосредственно к данной микросхеме подключить 7 сегментные индикаторы типа АЛС324Б и АЛС 324В [5 стр.165] для визуального считывания информации.

В 3м такте происходит заряд конденсатора интегратора для коррекции нулевого уровня. Это необходимо потому, что все аналоговые устройства имеют смещение нуля. (Т.е. в нашем случае сравнивают входной сигнал не с нулем, а с не значительным, но отличным от нуля уровнем. Для повышения точности измерений это нужно компенсировать). 3й такт начинается тем, что отключается ключ S2 и включаются ключи S4 и S5. При этом вход интегратора зануляется. Сигнал с компаратора через цепочку R2, С2 подается непосредственно на конденсатор интегратора С1. В этом случае на С1 накопится заряд, (при отсутствии смещения это был бы нулевой заряд) определяемый смещением нуля аналоговых схем. Он и будет корректировать смещение нуля при следующем цикле измерений, который после этого начнется.

Основные параметры микросхемы К572ПВ2 [1 стр.362 табл. 6.16], [2 стр.231..233].


Число десятичных разрядов

3.5

Погрешность преобразования, ед. мл. разряда

Для варианта К572ПВ2 А

Для варианта К572ПВ2 Б

Для варианта К572ПВ2 В



1

2

3

Напряжение питания В

+5±5%, -5±5%

Опорное напряжение UREF, В

0.1..1 (обычно используют 0.1 или 1 В, но можно использовать и промежуточные значения)

Диапазон входного сигнала

±1.999· UREF

Входное сопротивление

20 МОм



Странное на 1й взгляд обозначение 3.5 разряда означает, что индицируется 3 младших десятичных разряда, а в 4м разряде индицируется знак числа (если он отрицательный) и 1 (если она есть в 4м разряде). Другие цифры в 4м разряде данная микросхема индицировать не может. Отметим так же, что микросхемы К572ПВ2 выпускаются в металлокерамическом корпусе 4134.48-2 с планарным расположением 48 выводов. Существует и микросхема КР572ПВ2 в пластмассовом корпусе 2123.40-2 с вертикальным расположением 40 выводов [2 стр.229..230]. Электрически они одинаковы. В данной работе везде имеется в виду микросхема К572ПВ2 с 48 выводами.

Типовое включение микросхемы К572ПВ2, рекомендованное изготовителем, приведено на рис.2 [2 стр.244 рис.4.7], [6 стр.144]. Отличие рисунков, приведенных в указанных источниках состоит в том, что в [6 стр.144] не указан способ подачи опорного напряжения. В [2 стр.244 рис.4.7] и на рис.2 для формирования опорного напряжения применен стабилизатор тока на полевом транзисторе типа К103Ж1 [4 стр.188], но может быть применен транзистор и другого типа. Эта схема описана в [3 стр.62,63 рис.5.11]. Работа транзистора в данной схеме основана на том, что на потенциометре 4.7к образуется падение напряжения, которое приложено к затвору и "подзапирает" транзистор. Если по какой-то причине ток возрастет, возрастет и запирающее напряжение. Транзистор запрется сильнее и ток уменьшится. Если же ток уменьшится, уменьшится и запирающее напряжение. Транзистор слегка отопрется и ток возрастет. Стабилизированный таким образом ток протекает через резистор 470 Ом. Падение напряжения на этом резисторе и является опорным напряжением, приложенным к входу 13 микросхемы К572ПВ2. Потенциометр 4.7к позволяет точно отрегулировать ток и получить на резисторе 470 Ом требуемое опорное напряжение. Номиналы и допуска резисторов и конденсаторов, отмеченных на рис.2 буквами с номерами, приведены в табл.1 [2 стр.243].


Табл.1.


При опорном напряжении 0.1 В

При опорном напряжении 1 В

C1

0.22 мкФ±5%

0.22 мкФ±5%

C2

0.47 мкФ±5%

0.047 мкФ±5%

C3

0.01 мкФ±5%

0.01 мкФ±5%

C4

1 мкФ±5%

0.1 мкФ±5%

C5

100 пФ±5%

100 пФ±5%

R1

47 к ±5%

470 к ±5%

R2

1 МОм ±20%

1 МОм ±20%

R3

100 к ±5%

100 к ±5%



Назначение и номера некоторых выводов приведены в табл.2 [2 стр.230].

Табл.2.

Номер вывода

Название

Назначение

3

-V

Питание –5В

4

INT

Конденсатор интегратора

5

BUF

Резистор интегратора

6

A/Z

Конденсатор автокоррекции

7

INL

Аналог. входы: низко (INL) и высоко (INH) потенциальные

8

INH

9

Com

Аналоговая земля

10

Cref-

Опорный конденсатор

11

Cref+

12

Refl 0

Опорное напряжение

13

Refl 1

44

BP

Цифровая земля

21

OSC 3

Внешние навесные элементы встроенного тактового генератора.

22

OSC 2

23

OSC 1

24

+V

Питание +5В

43


Выход “полярность” (лог.0 при измеряемом напряжении ниже 0)

Остальные контакты микросхемы – цифровые выходы, соединяемые с одноименными входами соответствующих 7 сегментных индикаторов. Цоколевка и назначение их выводов пояснены ниже.


Рекомендуется применять конденсаторы типов К71-5 или К72-9, К73-16, К73-17 [2 стр.240]. Допуск на резистор и потенциометр, номиналы которых приведены на схеме, может быть ±20%, т.к. он компенсируется регулировкой. Однако, они должны иметь хорошую временную и температурную стабильность. Указанные в табл.1 номиналы R3 и С5 обеспечивают тактовую частоту внутреннего генератора 50 кГц.

Для индикации результатов измерения рекомендовано использовать 7 сегментные индикаторы типа АЛС342Б (3 мл. разряда) АЛС324В (1/2 4го разряда) [5 стр.165]. Цоколевка и расположение сегментов индикаторов приведена на рис.3.










Литература

1.Аналоговые и цифровые интегральные схемы. Под ред. Якубовского С.В. М. 1985.

2.Федорков Б.Г. Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение. М 1990.

3.Титце У. Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. М. 1982.

4.Транзисторы. Справочник. Григорьев О.П. и др. М. 1989.

5. Иванов В.И. Аксенов А.И. Юшин А.М. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы. Справочник. М. 1988.

6. Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги. Серии К565..К599. Т6 М.1999.




7




Случайные файлы

Файл
18570-1.rtf
147665.rtf
153886.rtf
14593.rtf
26673-1.rtf