4.1. Мета роботи

Розробка програм роботи ОМК з восьмирозрядним АЦП для формування цифрових сигналів.

4.2. Теоретичні відомості

Аналого-цифрові перетворювачі (analog-to-digital converter ) призначені для перетворення аналогових сигналів в цифрову форму у вигляді двійкового коду ( або двійково-десяткового коду при сумісній роботі АЦП з індикаторами та вимірювальними приладами ). Аналоговий сигнал характеризується напругою, що безперервно змінюється у заданих межах ( 0÷10 В ), тоді як множина значень цифрового сигналу є набором дискретних величин, представленими комбінаціями ‘’0’’ та ‘’1’’. АЦП періодично вимірюють аналогові сигнали і перетворюють кожний замір у відповідну цифрову величину. Їх використовують в автоматичних системах з мікроконтролерами і комп’ютерами для ‘’читання’’ аналогових сигналів датчиків, задаючих елементів та ін.

Основні параметри і характеристики АЦП є аналогічними параметрам і характеристикам ЦАП. Це розрядність вихідного коду ‘’n’’; дозволороздільна здатність ‘’Hr’’ – мінімальна величина вхідної напруги, при якій вихідний код змінюється на ‘’1’’ молодшого розряду; абсолютна похибка _а, не лінійність _л, діапазон зміни вхідної напруги , а також швидкодія АЦП.

В АЦП використовується наступні методи перетворення. У системах, де основним критерієм є швидкодія, доцільно застосовувати АЦП паралельного та паралельно-послідовного перетворення. Але такі АЦП досить складні у реалізації. Наприклад для n – розрядного АЦП паралельної дії потрібно 2n-1 компараторів і паралельний подільник напруги, що забезпечує 2n -1 рівнів квантування.

Для систем з високою завадостійкістю використовують АЦП з двократним інтегруванням. В них на протязі першого такту з фіксованим часом відбувається інтегрування вхідного сигналу, а на протязі другого такту певний час зчитуються тактові імпульси генератора, поки напруга інтегратора не зменшиться до нуля. Їх кількість фіксується лічильником і є пропорційною вхідній напрузі: = k (t). Оптимальний двійковий код дешифрується і виводиться на семи сегментний індикатор.

Найбільш розповсюджені АЦП, що побудовані на цифро-аналогових перетворювачах (ЦАП).

Рис. 1. Схема АЦП, побудованого на ЦАП

1. – ЦАП; 2 – компаратор; U_ВХ – вхідна напруга ; U_ЦАП – вихідна напруга ЦАП.

При жорсткій логіці код формується двійковим лічильником, а при роботі в складі мікропроцесорних систем – програмно вхідний код перетворюється в аналоговий сигнал за допомогою ЦАП. Напруга з виходу ЦАП U_ЦАП надходить на один із входів компаратора. На інший вхід подається вхідна напруга U_ВХ. В момент, коли вихідна напруга ЦАП стане рівною вимірюваній вхідній напрузі (U_ВХ =U_ЦАП), компаратор формує сигнал „STOP”, що свідчить про закінчення циклу виміру.

Для формування коду використовують різні алгоритми. Найпростішим серед них є послідовний рахунок, при якому на кожному такті молодший розряд коду інкрементується ( збільшується на ‘’1’’ ) від початкового мінімального значення до стану, при якому U_ВХ =U_ЦАП. Недоліком цього способу є мала швидкодія і залежність часу перетворення від величини вимірюваної напруги.

Для зменшення часу перетворення використовують розрядне кодування, при якому зрівноважування починається зі старшого розряду. У цьому розряді встановлюється ‘’1’’ і читається стан компаратора. Якщо U_ВХ >U_ЦАП, то ‘’1’’ скидається, а якщо U_ВХ <U_ЦАП , то розряд зберігає свій стан. Далі в такій же спосіб обробляється наступний розряд. Перетворення закінчується тоді, коли будуть оброблені всі розряди.

У системах спостереження застосовують слідкуючі АЦП, у яких ЦАП відслідковує зміну напруги. При її зростанні код порозрядно збільшується, поки напруга _UЦАП не зрівняється з вимірюваною напругою U_ВХ, і навпаки.

В лабораторному стенді АЦП побудований на мікросхемах AD7801 (8 – розрядний ЦАП) і LM358P (операційний підсилювач, що використовується як компаратор) (рис. 2). Стан компаратора можна зчитати з виводу порту Р1.7 ОМК. При закінченні циклу також загорається світло діод, підключений до виходу компаратора. Доступ до ЦАП з ОМК АТ89С51 здійснюється програмно за адресою F000h. Вимірювана напруга U_ВХ формується змінним резистором (якщо встановлено перемичку j5), або джерело сигналу підключається до клемника.

Рис.2. Електрична схема підключення ЦАП AD7801 та компаратора LM358, що утворюють АЦП, до ОМК АТ89С51.

Приклад програми для лабораторної роботи №6.

Циклічно опитувати АЦП, відображати цифровий код перетворення на статичному індикаторі.

P1 data 090h ;задаємо для адреси 090h ім’я P1

ORG 0

MOV DPTR,#0A004h

MOV A,#0011b

MOVX @DPTR,A

begin:

MOV A,#0 ;записати в А нуль

next:

MOV DPTR,#0F000h ;встановити в DPTR адресу ЦАП

MOVX @DPTR,A ;встановити на ЦАП код із А

MOV R3,#050 ;

z2: DJNZ R3,z2

JNB P1.7,show ;перевірка спрацьовування компаратора

INC A ;збільшити значення А на одиницю

CJNE A,#0FFh,next ;перехід на next якщо код не досяг макс. значення

show:

MOV DPTR,#0A001h ;вивід значення коду на індикатор HG1

MOVX @DPTR,A

CALL ZAT

JMP begin ;перехід на початок

ZAT: ;підпрограма затримки

MOV R4,#0FFh

c2: MOV R2,#0FFh

c3: DJNZ R2,c3

DJNZ R4,c2

RET ;вихід із підпрограми

END

4.3. Програма роботи

1. Вивчити принципи роботи з АЦП.

2. Розробити програми для роботи з АЦП.

3. Завантажити в стенд розроблені програми.