И дифференциальным токовым выходом

Микросхема AD9708 представляет собой 8-разрядный ЦАП, работающий от одного источника питания с напряжением от +2,7 В до +5,5 В. Построен по схеме на транзисторных источниках тока, весовые токи формируются с помощью матрицы R-2R. В качестве опорного источника напряжения может выбираться либо внутренний – с напряжением +1,2 В, либо внешний.

На вход ЦАП подаётся параллельный 8-разрядный код – число без знака. Входной код хранится в буферном регистре ЦАП (регистр-защёлка). Максимальная частота преобразования входных кодов – 125 МГц.

Имеет два токовых выхода: на основном выходе ток пропорционален числовому значению входного кода, на дополнительном (комплементарном) – числовому значению обратного входного кода. Выходной ток полной шкалы (максимальный ток, соответствующий максимальному значению входного кода) может регулироваться от 20 до 2 мА без ухудшения характеристик преобразования. Выходное сопротивление по обоим токовым выходам – более 100 кОм.

Токовые выходы могут использоваться в симметричном, несимметричном включении или же как выходы по напряжению.

Потребляемая мощность при напряжении питания +5 В составляет 175 мВт в рабочем режиме или 20 мВт – в режиме пониженного энергопотребления.

 

Назначение выводов и настройки AD9708

Обозначение вывода	№	Описание
DB7 … DB0	1…8	Входные биты данных; DB7 – СЗР, DB0 – МЗР
NC	9…14,	Не имеют внутренних соединений
CLOCK		Тактовый вход регистра-защёлки. Данные фиксируются в защёлке положительным фронтом тактового импульса
REFLO		Базовый (нулевой) вывод внутреннего источника опорного напряжения. REFLO = ACOM ("аналоговая земля") – используется внутренний источник +1,2 В; REFLO = = AVDD (напряжение питания аналоговой части) –используется внешний источник опорного напряжения
REFIO		Выход внутреннего источника опорного напряжения +1,2 В (при REFLO = ACOM). Вход внешнего источника опорного напряжения (при REFLO = AVDD). Должен быть соединён через конденсатор С = 0,1 мкФ с аналоговой "землёй" (ACOM)
FSADJ		Вывод для подключения резистора RSET, задающего максимальное значение выходного тока
IOUTA		Выход тока ЦАП. Максимальное значение тока при всех входных битах, равных 1
IOUTB		Дополнительный выход тока ЦАП. Максимальное значение тока при всех входных битах, равных 0
ACOM		Аналоговая "земля"
DCOM		Цифровая "земля"
AVDD		Напряжение питания аналоговой части
DVDD		Напряжение питания цифровой части
COMP1		Должен быть соединён через конденсатор С = 0,1 мкФ с AVDD для подавления внутренних шумов
COMP2		Должен быть соединён через конденсатор С = 0,1 мкФ с ACOM для надёжного управления переключателями тока
SLEEP		Управление режимом энергопотребления; SLEEP = 1 – режим пониженного энергопотребления

Значения выходных токов и напряжений

Выходные токи ЦАП формируются путём суммирования в соответствии с входным кодом весовых токов, получаемых делением опорного тока I_REF, задаваемого внешним резистором R_SET.

I_REF = U_REFIO / R_SET, где U_REFIO – опорное напряжение от внутреннего или внешнего источника. Выходной ток полной шкалы I_OUTFS = 32 I_REF . Шаг квантования выходного тока: 1МЗР = I_OUTFS / 256.

Зависимость выходных токов от входного кода для AD9708 приведена в таблице.

 

DB7 DB6…DB1 DB0 входной код	I OUTA выходной ток	I OUTB выходной ток
1111 1111	255 · 1МЗР
1111 1110	254 · 1МЗР	1МЗР
…	…	…
1000 0000	128 · 1МЗР	127 · 1МЗР
0111 1111	127 · 1МЗР	128 · 1МЗР
…	…	…
0000 0001	1МЗР	254 · 1МЗР
0000 0000		255 · 1МЗР

 

Преобразование выходного тока AD9708 в напряжение может быть произведено с помощью резистора нагрузки. При этом амплитуда выходного напряжения должна быть небольшой. В противном случае транзисторы источников тока могут выйти из линейного режима с высоким выходным сопротивлением (источник тока) и работать в насыщенном режиме с малым выходным сопротивлением.

Для увеличения амплитуды изменения выходного напряжения к выходам AD9708 можно подключать усилители на ОУ в униполярном или дифференциальном включении.

 

ПРИМЕР ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЦИФРОВОГО ФИЛЬТРА

НА ОСНОВЕ МК КР1830ВЕ31

 

Постановка задачи

 

В ТЗ на КП частота дискретизации, разрядность данных, типы основных БИС заданы. Заданы также разностное уравнение и значения коэффициентов, которые определяют частотные характеристики фильтра.

Таким образом, задачей проекта являются:

o разработка электрической принципиальной схемы фильтра;

o разработка рабочей программы, обеспечивающей управление всеми БИС, входящими в состав фильтра, и реализацию заданного разностного уравнения;

o анализ характеристик спроектированного фильтра и влияние на них конечной разрядности представления данных и коэффициентов.

Проектирование цифрового фильтра по заданию, приведенному во введении, включает следующие этапы:

1) составление функциональной схемы, раскрывающей общий принцип работы фильтра, взаимодействие аппаратной и программной частей;

2) анализ состояния аппаратной части и программы после включения питания, по сигналу общего сброса;

3) выполнение настроек в аппаратной части и программе для правильного (предусмотренного поставленной задачей) функционирования фильтра;

4) анализ работы фильтра в рабочем цикле, конкретизация и детализация функционирования аппаратных и программных модулей;

5) разработка общего алгоритма функционирования фильтра;

6) разработка рабочей программы фильтра;

7) расчёт быстродействия фильтра.

 

Формализация задачи

Формализация задачи при выполнении всех этапов проектирования предполагает представление выполнения функций фильтра на языке логических и математических связей, в виде логических, математических моделей и т.п. Задачей формализации является согласование структурное, логическое, алгоритмическое, электрическое всех аппаратных и программных модулей устройства, обеспечивающее разработку работоспособной электрической схемы (аппаратная часть) и работоспособной программы фильтра, согласованной с аппаратной частью [ 1 ].

 

2.1. Функциональная схема цифрового фильтра

 

Состав МП-системы на базе МК (рис. 1), требования технического задания, особенности функционирования АЦП и ЦАП определяют функциональную схему фильтра.

Функциональная схема цифрового фильтра приведена на рис. 2. В качестве БИС АЦП выбрана модификация AD7892AN-3, для которой диапазон изменения напряжения на входе АЦП равен (-2,5…+2,5) В, что соответствует техническому заданию и позволяет обойтись без согласующего усилителя на входе АЦП. Для чтения результата преобразования входного напряжения выбран параллельный способ (параллельный интерфейс) как более быстрый и простой (для программной реализации). Поэтому на вывод MODE подано напряжение +5 В. Напряжение +5 В на выводе задаёт стандартный (нормальный) режим энергопотребления.

Для работы АЦП выбран внутренний источник опорного напряжения, поэтому вывод REF O/I оставлен свободным. Вход V _IN2 при диапазоне входного напряжения -2,5…+2,5 В может быть заземлён или остаться неподключенным (внутри БИС он никуда не подсоединен).

Напряжение U_ВХ подаётся непосредственно на вход , поскольку АЦП содержит внутреннюю схему выборки хранения (СВХ). Реализация

 

Рис.2. Функциональная схема цифрового фильтра

алгоритма последовательных приближений осуществляется под управлением внутреннего тактового генератора, поэтому внешние тактовые импульсы для работы АЦП не требуются.

Пуск АЦП выполняется путём подачи импульса нулевого уровня на вывод по сигнальной линии START из МП-системы, поскольку БИС AD7892AN-3 всегда выбрана (вывод - заземлён). Импульсы с частотой дискретизации F_д = 10000 Гц для запуска АЦП должны формироваться в МП-системе. Определим для этой функции внутренний аппаратный узел МК – таймер/счётчик Т/С0. Для вывода импульсов запуска АЦП из МК назначим вывод P1.0 порта P1 БИС КР1830ВЕ31 (по линии START сигнальной шины B, рис.1).

Числовые значения отсчётов (двоичные коды), получаемые путём преобразования входного напряжения, в режиме параллельного интерфейса поступают с частотой дискретизации F_д на выводы DB0…DB11. Поскольку, в соответствии с ТЗ, разрядность данных равна 8, параллельная шина для чтения данных XD0… XD7 подключена к старшим выводам чтения 12-разрядного кода отсчета – DB4…DB11. Младшие разряды DB0…DB3 теряются.

Готовность кода для отсчёта входного напряжения обозначает импульс нулевого уровня на выводе , вырабатываемый АЦП после каждого цикла преобразования. Импульсы , следующие с частотой дискретизации F_д = 10000 Гц, по сигнальной линии FIN поступают в МП-систему для инициирования операций чтения кода из АЦП с такой же частотой.

Для ввода кода текущего входного отсчёта (x _n) и запуска цикла вычисления кода текущего выходного отсчёта (y _n) определим режим прерываний МК по линии запроса внешних прерываний .

В цикле чтения данных из АЦП процессор вырабатывает управляющий строб для копирования кода отсчёта x _n. Управляющий строб по сигнальной линии RD поступает на вывод БИС AD7892AN-3. В соответствии с требованием ТЗ определим, что код отсчёта x _n (XD0… XD7) копируется в аккумулятор процессора через порт PA БИС КР1821РУ55 – по линиям шины E , рис.1, в режиме простого ввода без квитирования.

Вывод (копирование) кода выходного отсчёта y _n (YD7… YD0) во входной буферный регистр ЦАП определим через порт PB БИС КР1821РУ55 – по линиям шины G , рис.1, в режиме простого вывода без квитирования. Запись кода y _n в регистр-защёлку ЦАП выполняется при поступлении нарастающего фронта управляющего строба WR на вход синхронизации CLOCK. Управляющий строб записи вырабатывается процессором в каждом машинном цикле записи данных во внешнее устройство.

Зададим настройки выводов БИС AD9708 в соответствии с типовой схемой включения и требованиями технического задания на КП.

Вывод SLEEP заземлён – работа в нормальном режиме энергопотребления. Вывод REFLO заземлён, вывод REFIO через конденсатор С = 0,1 мкФ соединён с аналоговой "землёй" – используется внутренний источник опорного напряжения +1,2 В для получения весовых токов ЦАП. Резистор R_SET на входе FS ADJ задаёт максимальное значение выходных токов ЦАП. Наличие конденсаторов, подключенных к входам COMP1 и COMP2, обусловлено требованиями подавления внутренних шумов и надёжной работы переключателей тока в ЦАП.

Преобразование выходных токов I_OUTA и I_OUTB в выходные напряжения в униполярном режиме работы выхода осуществляется с помощью резисторов нагрузки R_{н A} и R_{н B} . Знакопеременное выходное напряжение U_ВЫХ =

= –2,5 В...+2,5 В (требование ТЗ) получается с помощью операционного усилителя с дифференциальным включением входов.

 

2.2. Исходное состояние фильтра после включения питания

 

При включении питания в схеме МП-системы рис.1 вырабатывается импульс сброса RST для МК. По сигналу RST = 1 выполняются следующие действия:

1) программный счётчик и все управляющие регистры МК, кроме PCON, IE, IP, устанавливаются в нулевое состояние;

2) в управляющих регистрах PCON, IE, IP резервные биты принимают случайные значения, все остальные биты сбрасываются в 0;

3) в указателе стека устанавливается адрес SP = 70 (вершина стека);

4) запрещаются прерывания от всех источников, запрещается работа таймеров/счётчиков, запрещается работа последовательного порта;

5) выбирается банк 0 РОН (текущий банк регистров),

6) порты P0, P1, P2, P3 настраиваются на ввод для приёма данных;

7) в обоих регистрах SBUF последовательного порта устанавливаются случайные значения.

В БИС РФ55 и РУ55 исходное состояние после включении питания произвольное, так как импульс RST на их входы сброса не поступает.

Из этого следует, что переходу фильтра в рабочий режим должна предшествовать его настройка (инициализация) на обеспечение принятого принципа функционирования, выбранных режимов работы узлов, заданных рабочих характеристик.

 

2.3. Формализация настроек для инициализации фильтра