wyjścia obiektowe analogowe

Wyjścia obiektowe analogowe

Wyjścia analogowe 1/27

Przetwarzanie jedno- i wielokanałowe

Parametry wyjść analogowych

Przykładowe rozwiązania

Generacja przebiegów okresowych

Wyjścia impulsowe jako wyjścia analogowe

Wyjścia analogowe - rodzaje 2/27

Rodzaje przetwarzania C/A:

• przetwarzanie jednokanałowe


• przetwarzanie wielokanałowe

wariant I

DMPX.A. – demultiplekser analogowy, U.P.A. – układy pamięci analogowych


• przetwarzanie wielokanałowe

wariant II

Wyjścia analogowe - parametry 5/27

Czynniki wpływające na konstrukcję modułu przetwarzania C/A

• rodzaj sygnału wyjściowego (U/I);

• zakres zmienności (przedział wartości);

• wymagana jakość konwersji

FWY

NWE

FWY

NWE

U(10000010)U(10000001)U(10000000)U(01111111)U(01111110)

monotonicznośćliniowość

• rozdzielczość najczęściej spotykane rozdzielczości: 8b 10b 12b 16b rozdzielczość w % zakresu odpowiednio: 0,4 0,1 0,02 0,0015


• obecność stanów przejściowych przy zmianie słowa binarnego:

• wymagany kod reprezentacji liczb;• wymagana szybkość zmian sygnału wyjściowego;• poziom zakłóceń w torze przesyłu sygnału analogowego do odbiornika;• odległość do odbiornika sygnału;• charakter odbiornika (impedancja wejściowa, stałe czasowe);• warunki klimatyczne pracy układu;• stabilność źródła zasilania.


Standardowe zakresy sygnałów analogowych: napięciowych: prądowych0..5V 0..5mA -5..5V 0..20mA 0..10V 4..20mA-10..10V

Konstrukcja modułu przetwarzania C/A może wykorzystywać:

- układy monolityczne;

- układy hybrydowe;

- prototypowe, unikalne „składaki”


Kody binarne przetworników

• Najczęściej NB

sygnały unipolarne - 0 .. 00000000

UMAX .. 11111111

sygnały bipolarne - -UMIN .. 00000000

0 .. 10000000

UMAX .. 11111111

• Rzadziej ZM albo U2

Wyjścia analogowe - przykłady 9/27

Przetworniki C/A często mają wyjścia prądowe. Do zamiany prądu na sygnał napięciowy można stosować układy:

D 0

D N-1

IO

C /AR

D 0

D N-1

C /A

U W YU W Y

R SR 1

R 2

-

+

+U

-UIO

D 0

D N-1

C /A U W Y

R S

R 2

-

+

+U

-U

IO

UWY=IOR UWY=IOR2(RS+R1)/R1 UWY=-IORS, R2=RS


a) ilość bitów przetwornika nie przekracza szerokości szyny danych

- układy wymagające zewnętrznego rejestru

A812

A711

A610

A59

A48

A37

A26

A15

VR+14

VR-15

IOUT 4

GND 2

COMP 16

V+ 13

V- 3

U2

DAC0808

OC1 C11

1D2 2D3 3D4 4D5 5D6 6D7 7D8 8D9

1Q 192Q 183Q 174Q 165Q 156Q 147Q 138Q 12U1

74HC573

U3

R11k2

R21k2

R3

2k5

R4 10k

2,5V

-15V

+15V

+5V

C1 75p

C3

.1u

C2

.1u

C4 .1u

B812

B711

B610

B59

B48

B37

B26

B15

VR+14

VR-15

IOUT 4

IOUT 2

COMP 16

VLC 1V- 3V+ 13

U2

DAC0800

OC1 C11

1D2 2D3 3D4 4D5 5D6 6D7 7D8 8D9

1Q 192Q 183Q 174Q 165Q 156Q 147Q 138Q 12U1

74HC573

U3

R15k

R25k

R3

5k

R4

5k

10V

-15V

+15V

+5V

C1 10n

C2.1u

C3.1u

C4

.1u


inny układ


- przetworniki mające wbudowany rejestr zatrzaskowy:

dostosowane do współpracy z systemem mikroprocesorowym

mają typowe dla urządzenia zewn. wejścia sterujące (/CS,/WE)

przykładowe układy scalone:

AD7524 AD558 SE/NE5018/5019


b) ilość bitów przetwornika przekracza szerokość szyny danych

problemem jest tu niemożność jednoczesnego podania wszystkich bitów nowej liczby binarnej do przetworzenia - wpisywanie nowych bajtów do rejestrów zatrzaskowych bez dodatkowego buforowania powoduje poważne błędy konwersji:

stara wartość: 111010110000 (=3760)

możliwe stany przejściowe:(zależnie od kolejności 111110110000 (=4016) 111000000000 (=3584)aktualizacji rejestrów)

nowa wartość: 111100000000 (=3840)


- układy wymagające zewnętrznego zatrzasku na kod binarny

C/A

O UT

D 11

D 0

U W YRej.8b

Rej.4b

Rej.8b

Rej.4b

LD

LD LD

LD

dekoder

D0.

..D

7

AD

RE

SY

IO RQ

C/A

O UT

D 11

D 0

U W YRej.8b

Rej.4b

Rej.4b

LD LD

LD

dekoder

D0.

..D

7

AD

RE

SY

IO RQ

przykładowe układy: 10-bitowe: AD561,AD7520,AD7533,DAC10xx,MC3410/3510 (10b) 12-bitowe: AD562,AD7521/7541,Am6012,DAC1200/01,DAC1280/85

- przetworniki mające wbudowany rejestr zatrzaskowy: 10-bitowe: AD7522,NE5020,AD7527 12-bitowe: AD7542,AD7544,AD7545


Przetwarzanie wielokanałowe:a) indywidualne przetworniki w każdym z kanałów

C /A 2

O U T

D n-1

D 0

U W Y2R L2

R H 2

R L

R H

LD

LD LD

LD

dekoder

D0.

..D7

AD

RE

SY

IO R Q

C /A 1

O U T

D n-1

D 0

U W Y1R L1

R H 1

LD

LD

C /A 2

O U T

D n-1

D 0

U W Y2R L2

R H 2R H

LD LD

LD

dekoder

D0.

..D7

AD

RE

SY

IO R Q

C /A 1

O U T

D n-1

D 0

U W Y1R L1

R H 1

LD

LD


AD

RE

SY

C /A O U TD n-1

D 0

U W Y1

RWPLD

dekoder

S /H 1

U W Y2S /H 2

U W YNS /H N

układsterowania EG en

S R A M

DA

NE

b) przetwornik wspólny dla wielu kanałów z autonomicznym układem odświeżania wyjść

częstotliwość odświeżania pamięci analogowych w układach S/H musi być tak dobrana, aby zmiana ΔUWY < 1/2 ULSB.

Wyjścia analogowe - generacja przebiegów 17/27

Układy generacji przebiegów okresowych

Użycie przetwornika C/A skutkuje skwantowaniem w czasie i amplitudzie generowanych przebiegów:


W celu poprawy kształtu uzyskiwanych przebiegów stosuje się:

• zwiększanie rozdzielczości przetwornika C/A;

• skracanie okresu powtarzania;

• filtry dolnoprzepustowe


Programowa generacja kolejnych wartości chwilowych

zaleta - ogromna dowolność uzyskiwanych funkcji

wada - rozwiązanie obciążające μP


Zastosowanie sterowanego sprzętowego VCO

zaleta - znikome obciążenie procesora

wada - bardzo ograniczony repertuar funkcji


Sprzętowa generacja przebiegów piłokształtnych


wada - jeden kształt przebiegu

C/A

O UT

D 7

D 0

U W Y

dekoder

Vcc

D0.

..D

7

AD

RE

SY

IO RQ

7485

< = >

< = >

74192IN OUT

CLR74192

IN OUT

CLR

Rej.8b

G

7485

< = >

< = >

LD

Rej.4b

LD


Sprzętowa generacja przebiegów piłokształtnych

zalety i wady - jak poprzednio

C/A

O UT

D 7

D 0

U W Y

dekoder

VccD

0...

D7

AD

RE

SY

IO RQ

7485

< = >

< = >

Rej.8b

7485

< = >

< = >

LD

Rej.4b

LD 74193C- P-

C+ P+74193

C- P-

C+ P+

G

Q

Q

DC


Sprzętowa generacja przebiegu z „biblioteki” w pamięci nieulotnej



U W YRWP

liczn ikm od 1024

E P R O M16kB

C /A O U TD 7

D 0

P .W .P .F .

A9...A0

O 7

O 0

A13A12A11A10

C SO E

DA

NE

R ej."f"

R e j."A "

G en

U W Y

liczn ikm od 2048

S R A M2kB

C /A O U TD 7

D 0

P .W .P .F .

A10...A0

D 7

D 0

C S

O E

W E

DA

NE

R ej."f"

R e j."A "

G en

S Q

R Q

IN I

G EN

W R

C S

AD

RE

SY


Sprzętowa generacja dowolnego przebiegu z pamięci RAM



Wyjścia impulsowe jako przetworniki C/A

Wyjścia analogowe - wyjścia impulsowe 25/27

Modulacja fali prostokątnej pozwala kodować wartości sygnału ciągłego

zalety:

- łatwa realizacja (dostępność układów PWM w wielu μC);

- można uzyskać duże rozdzielczości;

- falę prostokątną łatwo przesłać na duże odległości;

- prosta realizacja izolacji galwanicznej;

wady

- ograniczona szybkość zmian zakodowanego sygnału analogowego;

- przy większych rozdzielczościach wymagane są precyzyjne układy demodulujące

Wyjścia analogowe - wyjścia impulsowe 26/27

wyjścia obiektowe analogowe

Documents