Устройство ввода аналоговой информации - Программирование, компьютеры и кибернетика дипломная работа

Главная

Программирование, компьютеры и кибернетика
Устройство ввода аналоговой информации

Общий принцип работы аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Принцип работы интерфейса USB. Функциональная и электрическая схемы АЦП с интерфейсом USB. Описание и принцип работы устройства ввода аналоговой информации, технические характеристики.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Министерство образования и науки РФ
Федеральное агентство по образованию
Современная тенденция развития аналого-цифровых преобразователей (АЦП) состоит в увеличении скоростей и разрешающих способностей обработки сигналов при уменьшении уровня потребляемой мощности и напряжения питания. Современные преобразователи данных в основном работают на напряжениях питания ±5В (двуполярный источник питания), +5В или +3В (однополярный источник питания) [1].
В действительности, число устройств с напряжением питания +3В быстро увеличивается вследствие появления для них большого числа новых рынков сбыта, таких как цифровые камеры, видеокамеры и телефоны сотовой связи. Эта тенденция создала множество проектных и конструкторских проблем, которым не придавалось значения в разработках более ранних преобразователей, использовавших стандартное напряжение питания ±15В и диапазон изменения входных сигналов ±10В. Более низкие напряжения питания подразумевают меньшие диапазоны входных напряжений и, следовательно, большую чувствительность к разного вида помехам: шумам от источников питания, некачественным опорным и цифровым сигналам, электромагнитным воздействиям и радиопомехам (EMI/RFI) и, возможно наиболее важный момент -- к некачественным методам развязки, заземления и размещения компонентов на печатной плате. В АЦП с однополярным источником питания диапазон изменения входных сигналов обычно отсчитывается вне связи с «землей». При этом проблема заключается в поиске совместимых усилителей с однополярным питанием для нормализации сигнала на входе АЦП и в осуществлении необходимого сдвига входного сигнала относительно «земли» в приложениях с непосредственной связью. В настоящее время доступны компоненты, которые обладают чрезвычайно высокими разрешающими способностями при низких напряжениях питания и малой потребляемой мощности.
Аналоговый сигнал представляет собой непрерывный во времени и по амплитуде процесс, а его цифровое представление есть последовательность или ряд чисел, состоящих из конечного числа бит. Поэтому преобразование аналогового сигнала в цифровой состоит из двух этапов: дискретизации по времени и квантовании по амплитуде. Дискретизация по времени обычно означает, что сигнал представляется рядом своих отсчётов (дискретов) непрерывных по амплитуде и взятых через равные промежутки времени, хотя в некоторых специальных случаях может применяться и неравномерная по времени дискретизация, например при оцифровке узкополосных сигналов. Основной вопрос на первом этапе преобразования аналогового сигнала в цифровой (оцифровки) состоит в выборе частоты дискретизации аналогового процесса. Ответ на него даёт известная теорема Найквиста, утверждающая, что для того чтобы аналоговый (непрерывный по времени) сигнал занимающий полосу частот от 0 Гц до F Гц можно было абсолютно точно восстановить по его отсчётам, частота дискретизации должна быть не меньше 2*F Гц или отсчёты сигнала должны браться не реже чем через 1/(2*F) секунды. Если реальный аналоговый сигнал преобразовать в цифровую форму, содержащую частотные компоненты от 0 Гц до 20 кГц, то частота дискретизации такого сигнала должна быть не меньше чем 40 кГц. Если дискретизировать сигнал с полосой больше, чем частота дискретизации, делённая на 2, то предварительно необходимо с помощью аналогового фильтра низких частот подавить ту высокочастотную часть сигнала, спектральные компоненты которой находятся выше по частоте, чем частота дискретизации делённая на два. Частотный спектр дискретизированного сигнала такой же по форме, как и спектр аналогового (непрерывного) сигнала и повторяется на частотах, кратных частоте дискретизации. Например, если аналоговый сигнал занимает полосу 0 - 20 кГц и дискретизирован с частотой 50 кГц, то копии спектра (alias или алиазинг) появятся на частотах 30 - 70 кГц, 80 - 120 кГц и т.д. Для точного восстановления непрерывного аналогового сигнала по его дискретным отсчётам алиазинговые спектры не должны искажать (накладываться) друг друга, из чего и следует требование дискретизации сигнала на частоте равной удвоенной полосе аналогового сигнала.
Реальные аналоговые сигналы содержат компоненты (полезные и помехи), имеющие частотные составляющие, расположенные выше по частоте, чем часто применяемые на практике частоты дискретизации 44.1 кГц или 48.0 кГц делённые на два. Поэтому перед дискретизацией необходима аналоговая фильтрация, представляющая собой довольно сложную задачу. Аналоговые фильтры не могут пропустить все частоты от 0 Гц до 24 кГц и подавить все частоты выше 24 кГц. Любой аналоговый фильтр имеет ненулевую переходную (от пропускания к подавлению) область и, следовательно, вместе с “вредными” компонентами будут подавлены и полезные сигналы из области частот ниже 24 кГц. Кроме того, пытаясь сделать переходную область между полосой пропускания и полосой подавления, усиливаются вносимые фазовые искажения, удлиняется переходный процесс (фильтр начинает “звенеть”) и настройка такого аналогового фильтра становиться сложнее.
В современных АЦП эта проблема решается методом Oversampling.
Диапазон частот входного аналогового сигнала ограничивается с помощью сравнительно несложного аналогового фильтра. Частота среза фильтра выбирается значительно выше высшей полезной частоты, а переходная полоса фильтра делается достаточно широкой. Таким образом, исключаются и завал “полезных” высших частот, и фазовые искажения характерные для аналоговых фильтров с узкой переходной полосой. Далее отфильтрованный, с ограниченным по частоте спектром сигнал дискретизируется на достаточно высокой частоте, исключающей наложение и искажение спектра (алиазинг). Затем дискретные отсчёты сигнала преобразуются в последовательность чисел с помощью АЦП. После этого образуется поток цифровых данных, представляющих аналоговый сигнал, включая и нежелательные высокочастотные компоненты и помехи. Эти цифровые данные пропускаются через цифровой фильтр с очень узкой переходной полосой и очень большим подавлением нежелательных высокочастотных компонент. Расчёт и создание таких цифровых фильтров, к тому же не вносящих никаких фазовых искажений, не представляет больших трудностей. После цифрового фильтра получается цифровое представление сигнала, имеющего спектр, правильно ограниченный по частоте. Применяя к такому сигналу теорему Найквиста, резко понижается частота его дискретизации до удвоенной величины наивысшей полезной частотной составляющей.
Классификация АЦП представлена на рисунке 1.
1.3 Квантование амплитуды аналогового сигнала, разрядность АЦП
Преобразование аналогового сигнала в цифровой поток данных происходит в два этапа. Первый этап это дискретизация сигнала на основе теоремы Найквиста, с использованием oversampling. Второй этап это квантование амплитуды дискретных отсчётов, полученных на первом этапе. Дискрет - столбик или полоска, схожая с той, что на студийном индикаторе уровня сигнала. Длина этой полоски и е сть амплитуда сигнала в дискрете.
Процесс квантования амплитуды тогда можно представить как измерение длины полоски с помощью линейки. Чем чаще идут метки на линейке, тем точнее длина полоски (амплитуды) и тем меньше будут ошибки измерений (шумы квантования). Но чем чаще расположены метки на линейки, тем больше бит потребуется для записи числа, соответствующего измеренной длине полоски (амплитуде сигнала в дискрете).
Например, если на линейке 32 метки, то для представления длины полоски (амплитуды) в виде числа понадобится максимум 5 бит (32=2 5 ). В данном случае 5 бит и будет разрядностью АЦП. Таким образом, процесс квантования амплитуд дискретов фактически заключается в измерении их величин по отношению к некоторому опорному источнику напряжения (линейка в предыдущих объяснениях), обычно имеющемуся внутри корпуса микросхемы АЦП и выражении этих величин в виде чисел состоящих из конечного числа бит. Причём числа могут быть не только целые, например, 16,18,20,24-битные, но и 24 или 32- битные с плавающей точкой или другой кодировкой (например, в кодах с исправлением ошибок), зависящий от конкретной реализации устройства АЦП.
Довольно часто используется всё же кодирование результатов измерения амплитуд дискретов в виде целых чисел в так называемом “дополнительном коде”. В обычном АЦП число бит на один дискрет (разрядность числа) выходного цифрового потока данных непосредственно с квантователя амплитуд дискретов и на выходе всего АЦП равны, так как числа с квантователя амплитуд поступают непосредственно на выход устройства. В случае входного аналогового сигнала, в виде случайного процесса ошибки, процесса квантования, некорелированны с самим сигналом. Отношение сигнал/шум на выходе АЦП в этом случае (если все остальные элементы идеальны) будет 6·N дБ, где N есть число бит на один дискрет или разрядность чисел (для дополнительного кода) сопоставляемых величинам амплитудам дискретов.
Например, для 16-битного АЦП с частотой дискретизации 44,1 кГц в идеальном случае шум квантования будет находиться на уровне 96 дБ по отношению к цифровому синусоидальному сигналу и спектр шума квантования будет равномерен (постоянен) в диапазоне 0 - 22,05 кГц. Если АЦП будет дискретизировать сигнал с большей частотой, то полная мощность шумов квантования останется неизменной, но его спектр будет шире (он будет простираться от 0 Гц до новой, большей частоты дискретизации делённой на 2). Например, если частота дискретизации удваивается до 88.2 кГц, то спектр шумов квантования будет простираться уже до 44,1 кГц (вместо 22,05 кГц). А полезный сигнал будет иметь спектр (как и раньше) простирающийся от 0 Гц до 22,05 кГц, т.е. спектр шума, станет в два раза шире спектра сигнала при прежней мощности шума. Таким образом, мощность шумов квантования “внутри” спектра полезного сигнала упадёт в два раза. Другими словами отношение сигнал/шум квантования в полосе 0 Гц - 22,05 кГц улучшится в два раза (на 3 дБ). Этот процесс можно продолжать. В случае четырехкратного увеличения частоты дискретизации (четырехкратный oversampling) произойдёт улучшение сигнал/шум на 6 дБ. Если использовать 15-битный квантователь на частоте дискретизации 44,1·4 кГц, получится такое же отношение сигнал/шум, как и для 16 битного квантователя и частоты дискретизации 44,1 кГц. Если взять в пределе 1-битного квантователя на частоте дискретизации 44,1·(4 15 ) кГц, то получится такое же качество АЦП, как и для 16 битного квантователя на частоте дискретизации 44,1 кГц. С помощью цифровых фильтров подавляются все лишние частотные составляющие в полосе от 22,05 кГц до 44,1·(4 15 )/2 кГц и в полном соответствии с теоремой Найквиста понижают частоту дискретизации до 44,1 кГц.
Таким образом, квантователь АЦП не обязательно должен иметь высокую разрядность, для того чтобы выходной поток цифровых данных АЦП имел частоту дискретизации до 44,1 кГц.
USB - аббревиатура от Universal Serial Bus, что означает универсальная последовательная шина. Первоначальное ее назначение касалось организации простого и универсального подключения между телефонами и компьютерами. Однако, по мере совершенствования спецификаций, USB-интерфейс становится основным интерфейсом для подключения любого периферийного оборудования к ПК, а в современном виде USB дополнен возможностью организовать связь между двумя устройствами, минуя ПК [2].
Ключевые факторы, способствующие популяризации интерфейса USB:
- высокая скорость обмена данными до 480 Мбит/сек;
- наличие линии питания среди интерфейсных сигналов (5В, 500 мА);
- поддержка функции автоматического определения внешнего устройства при подключении (plug-&-play); возможность подключения к шине при включенном питании (hot plug);
- расширяемость USB-порта. С помощью специального устройства - размножителя (hub) - имеется возможность подключения к одному USB-порту до 127 устройств;
-поддержка передачи аудио, видео, голосовой информации в реальном масштабе времени;
-наличие электронных компонентов, интегрирующих как физический, так и логический уровни; поддержка большинством популярных операционных систем.
Архитектура шины USB выполнена аналогично локальной сети на витой паре, т.е. как многоуровневая звезда (рисунке 2). При этом шина USB соединяет внешние USB-устройства с главным USB-портом (host). Топология многоуровневой звезды подразумевает, что центром каждого разветвления (звезды) является размножитель (hub). Каждая связь выполняет двухточечное соединение между главным USB-портом и размножителем/функцией или между размножителем и другим размножителем/функцией. На рисунке 2 представлена топология шины USB. Вследствие задержек в распространении сигналов в размножителях и кабелях максимальное количество разветвлений (звезд) ограничено до 7, включая корневой уровень. Из 7 только на 5 уровнях могут быть установлены некорневые размножители, составляющих путь связи между любым устройством и главным USB-портом. Составное устройство занимает два уровня. На 7-ом уровне могут находиться только функции.
В любой USB-системе может быть только один главный USB-порт. Устройство, которое соединяет главную компьютерную систему с USB-интерфейсом, называется главный контроллер (Host Controller). Корневой размножитель входит в состав главной системы для организации нескольких точек подключения.
2. 2 Протоколы передачи данных USB-порта
Все обмены (транзакции) по USB состоят из трех пакетов. Каждая транзакция планируется и начинается по инициативе контроллера, который посылает пакет-маркер (Token Packet). Этот пакет описывает тип и направление передачи, адрес устройства USB и номер конечной точки.
В каждой транзакции возможен обмен только между адресуемым устройством (его конечной точкой) и хостом. Адресуемое маркером устройство USB распознает свой адрес и подготавливается к обмену. Источник данных (определенный маркером) передает пакет данных (или уведомление об отсутствии данных предназначенных для передачи). После успешного приема пакета приемник данных посылает пакет подтверждения (Handshake Packet).
Планирование транзакций обеспечивает управление поточными каналами. На аппаратном уровне использование отказа от транзакции (NACK) при недопустимой интенсивности передачи предохраняет буферы от переполнения или переопустошения. Маркеры отвергнутых транзакций повторно передаются в свободное для шины время. Управление потоками позволяет гибко планировать обслуживание одновременных разнородных потоков данных.
Устойчивость к ошибкам обеспечивается следующими свойствами USB:
-высокое качество сигналов, обеспечиваемое дифференциальными приемниками и передатчиками и экранированием кабелей;
-защита полей управления и данных CRC-кодами;
-обнаружение подключения и отключения устройств и конфигурирование ресурсов на системном уровне;
-самовосстановление протокола с использованием тайм-аута при потере пакетов;
-управление потоком для обеспечения изохронности и управления аппаратными буферами;
-независимость одних функций от неудачных обменов с другими функциями, обеспечиваемая конструкцией каналов.
Для обнаружения ошибок передачи каждый пакет имеет контрольные поля CRC-кодов, позволяющих обнаруживать все одиночные и двойные битовые ошибки. Аппаратные средства обнаруживают ошибки передачи, а контроллер автоматически производит трехкратную попытку передачи. Если эти повторы безуспешны, сообщение об ошибке передается клиентскому ПО для программной обработки.
Драйвер D2XX является альтернативным решением к виртуальному программному обеспечению и обеспечивающий доступ к USB компонентам с использованием DLL. Драйвер применяется для новых разработок и в системах без COM-порта. Драйвер состоит из Windows WDM драйвера и соединяется с устройством, используя USB-стек операционной системы и DLL библиотеку, которая объединяет программное обеспечение (написанное на VC++, C++ Builder, Delphi, VB и т.д.) и WDM драйвер. В комплекте с драйвером на сайте FTDI находятся руководство программиста и примеры программного обеспечения на Visual C++, C++ Builder, Delphi, Visual Basic[8].
3 Функциональная схема АЦП с интерфейсом USB
На рисунке 3 изображена функциональная схема АЦП с интерфейсом USB.
Узел сдвига уровня - предназначен для превращения биполярных (-1,25...+1,25 В) сигналов в однополярные (0…+2,5 В), которые способен обрабатывать АЦП.
АЦП - предназначен для преобразования входного аналогового сигнала в его цифровой эквивалент.
Узел USB - предназначен для комплектации цифрового кода в пакет для последующей передачи его в персональный компьютер.
USB разъём - предназначен для подключения приставки к ПК.
Преобразователь напряжения - предназначен для преобразования напряжения +5В в -5В необходимого для питания операционного усилителя.
Фильтры ИП - предназначен для сглаживания пульсаций входного напряжения.
4 Электрическая схема АЦП с интерфейсом USB
4 .1 Выбор микросхем для реализации USB
Микросхема FT232BM (рисунок 4) -- однокристальный асинхронный двунаправленный преобразователь USB -- последовательный интерфейс (RS232, RS422, RS485). FT232BM включает в себя USB приемопередатчик, UART контроллер и буферы, стабилизатор напряжения, умножитель частоты и другие функциональные узлы, которые делают ее готовым решением для быстрой и недорогой модернизации системы с COM портом для работы с USB интерфейсом [5].
FT232BM совместим со спецификациями USB 1.1 и USB 2.0 при скорости передачи до 12 Мбит в секунду (Full Speed) и поддерживает интерфейсы хост-контроллеров UHCI (Universal Host Controller Interface) Intel и OHCI (Open Host Controller Interface) Microsoft, Compaq и новым EHCI (Enhanced Host Controller Interface) Intel. Поддерживается передача данных обычных и управляющих пакетов, передача прерываний и изохронных данных -- пакетов передающихся на определенной скорости и не повторяющихся в случае сбоя, например аудио или видео данных.
Буфер передатчика USB составляет 128 байт, приемника -- 384 байта с возможностью программирования таймаута по приему данных с периодом от 1 до 255 мс, что позволяет гибко настраивать быстродействие устройства при передаче коротких пакетов данных.
Встроенный стабилизатор напряжения подключается непосредственно к USB и обеспечивает питание 3,3В для USB -- приемопередатчика и других узлов микросхемы. Кроме этого, стабилизатор имеет выход внешний нагрузки, для питания других компонентов на плате, требующих напряжение 3,3В и небольшой ток потребления (до 5 мА). Токи потребления FT232BM соответствуют требованиям спецификации USB устройств, питание которых осуществляется непосредственно от USB. Собственный ток потребления FT232BM в активном режиме работы не превышает 25 мА, а согласно спецификации USB -- не более 100 мА. В режиме Suspend (приостановка) FT232BM потребляет не более 200 мкА (500 мкА по спецификации).
Компоненты с током потребления более 100 мА должны подключаться через отдельный стабилизатор. Для управления питанием других компонентов схемы в FT232BM предусмотрен вывод "PWREN". "PWREN" подключается в затвор MOSFET ключа и с его помощью подключает и отключает питание компонентов схемы.
Встроенная схема формирования сигнала сброс генерирует импульс длительностью около 5 мс при превышении напряжением питания уровня 3,5 В. Сигнал сброса используется для внутренних цепей FT232BM и имеет дополнительно: вход "RESET" для принудительного сброса микросхемы преобразователя от внешнего устройства и выход "RSTOUT" для сброса других микросхем на плате.
Во время действия сигнала сброс выход "RSTOUT" находится в высокоимпедансном (Z) состоянии, а после окончания сброса на выводе "RSTOUT" устанавливается напряжение 3,3 В. Это позволяет использовать "RSTOUT" для подключения подтягивающего (pull-up) резистора на линию DP USB шины при необходимости применения задержанной энумерации (задержки при подключении и идентификации устройства).
Кроме этого вход "RESET" может быть подключен к USB линии питания через резистивный делитель. В этом случае, при пропадании питания USB хоста или хаба на входе "RESET" будет низкий уровень, FT232BM перейдет в состояние сброса и выводы UART интерфейса перейдут в высокоимпедансное состояние.
FT232BM имеет встроенный интерфейс для подключения EEPROM памяти. Поддерживается 16-битная EEPROM c протоколом Microwire (например 93C46) и быстродействием не менее 1 Мбит/с. Применение EEPROM необходимо для идентификации и спецификации каждого устройства при подключении к хосту нескольких устройств на базе FT232BM.
FT232BM может использоваться без EEPROM в том случае, если к хосту подключено только одно устройство. В этом случае (а также если EEPROM будет незапрограммирована) будут использоваться заданные по умолчанию идентификационные номера VID и PID USB, а серийный номер устройства будет отсутствовать.
При подключении к хосту нескольких устройств на базе FT232BM каждому из них назначается свой виртуальный COM-порт, а серийные номера, VID и PID USB, строки с кратким описанием устройства должны быть предварительно запрограммированы в EEPROM. Программирование памяти осуществляется непосредственно в схеме по USB-интерфейсу с помощью специальной утилиты, которую можно переписать с сайта производителя.
FT232BM имеет встроенный умножитель частоты на базе ФАПЧ, который преобразовывает 6 МГц кварцевого генератора в 12 МГц опорный сигнал для USB-контроллера и 48 МГц для цепи ФАПЧ USB приемопередатчика (USB DPLL) и тактового генератора UART. Генератор UART также имеет встроенный 14-битный делитель, позволяющий перестраивать частоту UART от 183 бод до 3 Мбод. Максимальная скорость при работе с RS-232 составляет 1 Мбит, а с RS-422/485 -- 3 Мбит.
FT232BM имеет поддержку полного набора квитирования модемного интерфейса и поддерживает различные режимы приемо-передачи по UART: асинхронный 7/8 битный, с 1 или 2 стоп-битами, с четностью/нечетностью, маркером, с паритетом или без паритета. Поддерживаются сигналы готовности к передаче/приему RTS/CTS, DSR/DTR и управляющие символы, сообщающие о начале (X-ON) или окончании (X-OFF) передачи.
4 .2 Выбор микросхем для реализации АЦП
AD7495AR (рисунок 5) от 1 до 12 бит, высокая скорость, низкое энергопотребление, упорядоченная аппроксимация ADCs, которая работает от одного (2,7В до 5,25В ) блока питания с показателями производительности вплоть до 1 MSPS. Они содержат низкий шум, большую ширину дорожки полосы частот и усилителя, которые могут прооперировать входные частоты выше одного МГц [6].
Рисунок 5 - АЦП микросхема AD7495AR
Конверсионный процесс данных управляется используя CS вход в реальном времени, позволяя устройству связываться с микропроцессором. Конверсионное время определено частотой SCLK.
Использование AD7495AR предоставило проектные методы достижения очень низкого силового рассеивания при высоких показателях производительности.
4 .3 Реализация входа АЦП на базе операционного усилителя
OP747AR (рисунок 6) единственный прецизионный биполярный усилитель. Устанавливает стабильные емкостные нагрузки 500pF. Биполярный п-н-п вход связан с высокочастотным CMOS выходом. Это позволяет представлять входной диапазон напряжения усилителя, включая отрицательное напряжение, в пределах 1 мВ выходных шин. К тому же входной диапазон расширяется в пределы 1 В положительных шин. Входная структура п-н-п обеспечивает высокое напряжение пробоя, высокий прирост, и большое значение входного смещения. Входная структура п-н-п также существенно уменьшает шум [7].
Рисунок 6 - Операционный усилитель OP747AR
-низкое напряжение смещения - 100 В максимально;
-низкий входной ток смещения - 10 нА максимально;
-одинарная задача, напряжение - 2,7В до 30В;
-двойная задача, напряжение - 1,35В до 15В;
5 Описание и принцип работы USB-приставки
Разрядность АЦП - 12 двоичных разрядов
Минимальный период повторения отсчетов - 300мкс.
Интервал входных сигналов (без делителя) - от (-1,25 до +1,25) В.
5 .2 Описание работы устройства ввода аналоговой информации
В большинстве случаев информация о протекании того или иного физического процесса фиксируется датчиками в виде непрерывного изменяющихся величин. Чтобы ввести информацию в ЭВМ, необходимо произвести ее преобразование в цифровой код. Такое преобразование осуществляется с помощью преобразователей типа «аналог - код». Процесс преобразования непрерывной информации в цифровой код можно разбить на два этапа: квантование, кодирование [4].
Квантование - разбиение непрерывно изменяющейся величины на определенное конечное число дискретных элементов или состояний (квантовых уровней), уровней потенциала, последовательности импульсов и др. Количество уровней квантования определяется, с одной стороны, требуемой точностью представления измеряемого параметра, с другой - разрешающей способностью чувствительного элемента, т.е. датчика. На точность представления непрерывной величины дискретными значениями влияет частота квантования.
Кодирование - преобразование соответствующих квантовых уровней параметра Х в форму, удобную для ввода в машину.
В зависимости от принципа кодирования аналого-цифровые преобразователи разделяются на три группы:
а) преобразователи последовательного счета - преобразователи с кодированием по принципу счета квантовых уровней, каждому из которых соответствует электрически импульс, эквивалентный единице младшего разряда цифрового кода;
б) преобразователи считывания - преобразователи с кодированием по принципу прямого счета, при котором каждый квантовый уровень кодируется независимо от других в полнее определенной комбинацией двоичных знаков, эквивалентной аналоговой величине;
в) преобразователи сравнения и вычитания - преобразователи с кодированием по принципу сравнения величины с набором эталонных значений (сравнение начинается с максимальной эталонной величины); после каждого сравнения и вычитания формируется значение данного разряда, а полученная разность используется для сравнения со следующим меньшим эталоном.
В качестве преобразователей аналоговых величин в дискретные используются преобразователи типа «вал - число» и «напряжение - число».
USB приставка, преобразующая аналоговые входные сигналы в цифровые данные для виртуальных измерительных приборов: цифрового вольтметра, осциллографа, регистратора медленно текущих процессов с записью информации в дисковый файл. Приставка не требует отдельного источника питания, получая его от USB.
Указанные значения входного сопротивления и емкости дают возможность подавать входной сигнал с помощью стандартного щупа-делителя напряжения для обычного осциллографа. Подходят, например, щупы PROBE60S, НР-9060. Разработанная для работы с приставкой программа обеспечивает наблюдение осциллограмм сигналов на экране монитора при скорости временной развертки 0,3... 100 мс/дел. В режиме регистратора программа ведет запись отсчетов сигнала с максимальным периодом повторения 100 с в текстовый файл (кодировка ASCII), пригодный для анализа с помощью других программ.
Исследуемый сигнал поступает на разъем XW1. На ОУ DA1.2 выполнен повторитель, а на DA1.1 -- узел сдвига уровня, необходимый для превращения биполярных (-1,25...+1,25 В) сигналов в однополярные (0...+2.5), которые способен обрабатывать АЦП DA2. Образцовое напряжение +2,5 В подано на узел сдвига с соответствующего выхода АЦП через повторитель на ОУ DA1.3. Использован 12-разрядный АЦП AD7495 с последовательным интерфейсом. Сигналом начала цикла преобразования служат смена высокого уровня на входе CS АЦП низким при вы-соком уровне на входе SCLK. Затем на вход SCLK подают 16 импульсов низкого уровня. На выходе SDAT в ответ на четыре первых импульса будет установлен низкий уровень, а на каждый из 12 последующих -- уровень, соответствующий значению очередного разряда результата преобразования, начиная со старшего. Завершают цикл установкой высокого уровня на входе CS.
Для передачи результата преобразования в компьютер применен интерфейс USB, реализуемый с помощью ми-кросхемы FT232BM -- преобразователя USB--RS-232. Эта микросхема спо-собна работать в режиме Bit Bang , в котором линии ее порта RS-232 образуют восьмиразрядную параллельную шину данных с индивидуальной настройкой разрядов на ввод или вывод. Программную поддержку режима Bit Bang в компьютере обеспечивает драйвер D2XX.
Чтобы сформировать нужную временную диаграмму сигналов управления АЦП, компьютерная программа заполняет выходной буфер USB байтами, несущими в соответствующих разрядах значения этих сигналов в каждом такте. Для одного цикла работы АЦП требуется сформировать и передать 34 байта (по два на каждый тактовый импульс и еще два для управления сигналом CS). Темп выдачи значений из этих байтов на выходы DTR и RTS пре-образователя интерфейса, с которыми соединены входы CS и SCLK АЦП, зависит от настройки внутреннего синтезатора тактовой частоты преобразователя. Наст Настройку изменяют командами от компьютера, регулируя таким образом скорость работы АЦП, а вместе с ней и частоту дискретизации входного сигнала.
Последовательный выход АЦП соединен с входом CTS преобразователя интерфейса, благодаря чему результаты работы АЦП поступают в буфер преобразователя интерфейса, а из него по USB -- в компьютер. В связи с особенностями протокола обмена по USB передача информации в компьютер происходит с довольно большой, а главное, непредсказуемой задержкой. Чтобы решить проблему, на вход DSR преобразователя интерфейса подан тот же сигнал, что и на вход CS АЦП. Получая информацию об уровнях на входе CS и на выходе SDAT АЦП одновременно, компьютерная программа имеет возможность найти в полученной последовательности начало и конец каждого цикла преобразования и правильно декодировать его результат.
В приставке реализовано важное преимущество интерфейса USB -- как уже сказано, ей не требуется отдельный источник питания. Напряжение +5 В поступает на микросхемы с контакта 1 розетки XS1 через развязывающие LC-и RC- фильтры. Напряжение -5 В, необходимое для питания ОУ DA1, получено с помощью преобразователя напряжения DC-101 фирмы YCL. Аналогичный можно найти на плате неисправного компьютерного адаптера сети Ethernet, предназначенного для связи по коаксиальному кабелю. Пригодны и другие модули преобразователей постоянного напряжения 5 В в 5...9 В с гальванической развязкой.
Приставка собирается на макетной плате. На плате распологаются все элементы,
Устройство ввода аналоговой информации дипломная работа. Программирование, компьютеры и кибернетика.
Курсовая работа по теме Субъект преступления в уголовном законодательстве Республики Казахстан
Реферат: Уголовное наказание, его сущность
Доклад: Квантовомеханическая система и её наглядная модель
Реферат: Мировая валютная система 18
Контрольная Работа На Тему Трудовые Правоотношения И Споры
Контрольная работа: Становление марксизма как теории классовой борьбы пролетариата
Курсовая работа по теме Демографическое совершенствование в мире и в России
Реферат: Просвещение и образование в Беларуси в XIV-XVI вв.
Реферат На Тему Либеральные Реформы 60-70 Гг. Xix Века
Научная работа: Соляні промисли Донеччини в XVII-XVIII століттях
Каркасные Конструкции Из Пиломатериалов Реферат
Отчет по практике по теме Технология выполнения токарных работ
Расчет экономической эффективности внедрения системы счета осей на однопутном перегоне
Курсовая работа по теме Качество решений: формирование и оценка
Сочинение Защита Отечества Долг
Скачать Реферат Имиджелогия
Сочинение Про Доброту 9 Класс Огэ
Как Написать Сочинение Шаблоны
Контрольная работа: Экономика предприятий общественного питания
Сочинение Иван Грозный Егэ 1533 1584
"Цветные" прилагательные в произведении Н.В. Гоголя "Вечера на хуторе близ Диканьки" - Литература контрольная работа
Northern English dialects in the Old English period - Иностранные языки и языкознание курсовая работа
Сюжетно-ролевая игра как средство формирования вежливости в старшем дошкольном возрасте - Педагогика дипломная работа