ИЗМЕРИТИЛЬНО – ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ КОПЛЕКС НА БАЗЕ ПЛАТЫ ЛА-Н10M6PCI
Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи АЦП, принцип их работы, устройство и спектр применения. Основные структуры и характеристики ИМС АЦП. Применение ИВК для сбора информации в аналоговом виде и проведения стандартных измерительных функций.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 16.01.2009 |
| Размер файла | 360,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Министерство науки и образования РФ
Федеральное агентство по образованию
ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ КОМПЛЕКСНАЯ БАЗА ПЛАТЫ ЛА-Н10M6PCI
Пояснительная записка
2008
Содержание
- Введение 3
- 1.1 Основные структуры ИМС АЦП 4
- 1.2 Характеристики ИМС АЦП 9
- 2. Специальная часть 18
- 2.1 Общее описание ИМС АЦП 18
- 2.2 Технические характеристики 23
- 2.3 Определение конструктивных элементов изделия 24
- Заключение 25
- Список информационных источников 26
- Введение
Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи АЦП находят широкое применение в различных областях современной науки и техники. Они являются неотъемлемой составной частью цифровых измерительных приборов, систем преобразования и отображения информации, программируемых источников питания, индикаторов на электронно-лучевых трубках, радиолокационных систем, установок для контроля элементов и микросхем, а также важными компонентами различных автоматических систем контроля и управления, устройств ввода-вывода информации ЭВМ. На их основе строят преобразователи и генераторы практически любых функций, цифроуправляемые аналоговые регистрирующие устройства, корреляторы, анализаторы спектра и т.д. Велики перспективы использования быстродействующих преобразователей в телеметрии и телевидении. Несомненно, серийный выпуск малогабаритных и относительно дешевых АЦП еще более усилит тенденцию проникновения метода дискретно-непрерывного преобразования в сферу науки и техники. Одним из стимулов развития цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователей в интегральном исполнении в последнее время является широкое распространение микропроцессоров и методов цифровой обработки данных. В свою очередь потребность в АЦП стимулирует их разработку и производство с новыми, более совершенными характеристиками. В настоящее время применяют три вида технологии производства АЦП: модульную, гибридную и полупроводниковую. При этом доля производства полупроводниковых интегральных схем (ИМС ЦАП и ИМС АЦП) в общем объеме их выпуска непрерывно возрастает и в недалеком будущем, по-видимому, в модульном и гибридном исполнениях будут выпускаться лишь сверхточные и сверхбыстродействующие преобразователи с достаточно большой рассеиваемой мощностью.
1 Основная часть
1.1 Основные структуры ИМС АЦП
Рис. 1. Обобщенная структурная схема АЦП
Обобщенная структурная схема АЦП (рис. 1) представляет собой дискретизирующее устройство ДУ, тактирующее работу квантующего КвУ и кодирующего КдУ устройств. На вход квантующего устройства поступает преобразуемый сигнал x(t), а с выхода кодирующего устройства снимается дискретный сигнал ДС, который для АЦП в интегральном исполнении обыччно имеет форму двоичного параллельного кода. В результате равномерного квантования мгновенное значение xi непрерывной величины x(t) представляется в виде конечного числа п ступеней квантования ?х:
Xi = n?x = x ±?k,
где ?k - погрешность квантования, обусловленная тем, что преобразуемая величина х может содержать нецелое число п ступеней квантования ?х.
Максимально возможная погрешность квантования (погрешность дискретности) определяется ступенью квантования, т. е.
?kmax = ?x
Для известного диапазона xmax максимально возможное число дискретных значений преобразуемого сигнала х (включая х = 0)
nmax = (xmax/ ?x+1)
При этом, как правило, погрешность квантования не должна превышать общую погрешность преобразования.
Следовательно, если известно значение допустимой относительной погрешности преобразования ?maх, то при определении ступени квантования необходимо учитывать соотношение
?x ? (?maх /100)*xmax
Кроме того, следует учитывать, что АЦП обладают определенным порогом чувствительности Хп.ч, т.е. способностью вызывать изменение выходной информации преобразователя при воздействии на его вход наименьшего значения преобразуемого сигнала. Поэтому значение ?x должно превышать Хп.ч и удовлетворять неравенству.
Хп.ч < ?x ? (?maх /100)*xmax
Реализацию обобщенной структуры можно осуществить различными способами, которые рассмотрены ниже. Независимо от способа построения АЦП всем им присуща методическая погрешность, обусловленная погрешностью квантования ?x.
В зависимости от области применения АЦП их основные характеристики (точность, разрешающая способность, быстродействие) могут существенно отличаться. При использовании АЦП в измерительных устройствах главную роль играет точность преобразования, а быстродействие этих устройств ограничено реальной скоростью регистрации результата измерения. При использовании АЦП в качестве устройства ввода измерительной информации в ЭВМ от него требуется быстродействие в большей степени.
Широкое применение АЦП в различных областях науки и техники явилось предпосылкой создания разных структур АЦП, каждая из которых позволяет решить определенные задачи, предъявляемые к АЦП в каждом конкретном случае. Из всего многообразия существующих методов аналого-цифрового преобразования в интегральной технологии нашли применение в основном три:
1) метод прямого (параллельного) преобразования;
2) метод последовательного приближения (поразрядного уравновешивания);
3) метод интегрирования.
Каждый из этих методов позволяет добиться наилучших параметров (быстродействия, разрешающей способности, помехоустойчивости и т.д.). Потребность в АЦП с оптимальными параметрами или с отдельными экстремальными параметрами обусловила появление структур преобразователей, использующих комбинацию перечисленных методов. Рассмотрим структурные схемы АЦП, нашедших наибольшее распространение в интегральной технологии.
В АЦП с параллельным преобразованием входной сигнал прикладывается одновременно ко входам всех компараторов. В каждом компараторе он сравнивается с опорным сигналом, значение которого эквивалентно определенной кодовой комбинации. Опорный сигнал снимается с узлов резистивного делителя, питаемого от источника опорного напряжения. Число возможных кодовых комбинаций (а, следовательно, число компараторов) равно 2m--1, где т -- число разрядов АЦП. АЦП прямого преобразования обладают самым высоким быстродействием среди других типов АЦП, определяемым быстродействием компараторов и задержками в логическом дешифраторе. Недостатком их является необходимость в большом количестве компараторов. Так, для 8-разрядного АЦП требуется 255 компараторов. Это затрудняет реализацию многоразрядных (свыше 6-8-го разрядов) АЦП в интегральном исполнении. Кроме того, точность преобразования ограничивается точностью и стабильностью каждого компаратора и резистивного делителя. Тем не менее на основе данного принципа строят наиболее быстродействующие АЦП со временем преобразования в пределах десятков и даже единиц наносекунд, но ограниченной разрядности (не более шести разрядов).
АЦП последовательного приближения имеет несколько меньшее быстродействие, но существенно большую разрядность (разрешающую способность).
В нем используется только один компаратор, максимальное число срабатываний которого за один цикл измерения не превышает числа разрядов преобразователя. Суть такого метода преобразования заключается в последовательном сравнении входного преобразуемого напряжения Us с выходным напряжением образцового ЦАП, изменяющимся по закону последовательного приближения до момента наступления их равенства (с погрешностью дискретности). Входной сигнал Ux с помощью аналогового компаратора КН сравнивается с выходным сигналом образцового ЦАП, который управляется в свою очередь регистром последовательного приближения РгПП. При запуске схемы РгПП устанавливается генератором Г в исходное состояние. При этом на выходе ЦАП формируется напряжение, соответствующее половине диапазона преобразования, что обеспечивается включением его старшего разряда 100…0. Если Us меньше выходного напряжения ЦАП, то старший разряд выключается, включается второй по старшинству разряд (на входе ЦАП код 0100...0), что соответствует формированию на выходе ЦАП напряжения, равного половине предыдущего. В случае если Их превышает это напряжение, то дополнительно включается третий разряд (на входе ЦАП код 0110...0), что приводит к увеличению выходного напряжения ЦАП в 1,5 раза. При этом выходное напряжение ЦАП вновь сравнивается с напряжением Ux и т.д. Описанная процедура повторяется т раз (где m -- число разрядов АЦП). В итоге на выходе ЦАП формируется напряжение, отличающееся от входного преобразуемого напряжения Ux не более чем на единицу младшего разряда ЦАП. Результат преобразования напряжения Ux в его цифровой эквивалент -- параллельный двоичный код Nx -- снимается с выхода РгПП. Очевидно, погрешность преобразования и быстродействие такого устройства определяются в основном параметрами ЦАП (разрешающей способностью, линейностью, быстродействием) и компаратора (порогом чувствительности, быстродействием). Преимуществом рассмотренной схемы является возможность построения многоразрядных (до 12 разрядов и выше) преобразователей сравнительно высокого быстродействия (время преобразования порядка нескольких сот наносекунд). На основе метода последовательного приближения реализована и серийно выпускается ИМС 12-разрядного АЦП К572ПВ1 со временем преобразования 100 мкс.
Наиболее простыми по структуре среди интегрирующих преобразователей являются АЦП с преобразованием напряжения в частоту, построенные на базе интегрирующего усилителя и аналогового компаратора. Погрешность их преобразования определяется нестабильностью порога срабатывания компаратора и постоянной времени интегратора. Более высокими метрологическими характеристиками обладают АЦП, реализованные по принципу двойного интегрирования (например, ИМС, 11-разрядного АЦП К572ПВ2), поскольку при этом практически удается исключить влияние на погрешность преобразования нестабильности порога срабатывания компаратора и постоянной времени интегратора.
Анализ описанных методов преобразования и структурных схем АЦП позволяет сделать вывод, что наибольшим быстродействием обладают АЦП прямого преобразования, однако их разрядность невысока.
АЦП поразрядного уравновешивания, обладая средним быстродействием, дают возможность получить достаточно высокую разрешающую способность. Но помехозащищенность тех и других преобразователей невысока. АЦП интегрирующего типа, обладая наименьшим быстродействием, обеспечивают наибольшую помехозащищенность и точность преобразования.
1.2 Характеристики ИМС АЦП
Основными параметрами, характеризующими ИМС АЦП, являются разрешающая способность, нелинейность, коэффициент преобразования, погрешность полной шкалы, смещение нуля, абсолютная погрешность, дифференциальная нелинейность, монотонность, время преобразования.
Разрешающая способность определяется числом дискретных значений выходного сигнала преобразователя, составляющих его предел преобразования. Чем больше число дискретных значений, тем выше разрешающая способность преобразователя. Двоичный m-разрядный преобразователь имеет 2m дискретных значений, а его разрешающая способность равна 1/2m. В преобразователях различают наименьший и наибольший значащие разряды. В двоичной системе кодирования наименьший значащий разряд -- это разряд, имеющий наименьший вес. Вес младшего разряда определяет разрешающую способность. Наибольший значащий разряд соответствует наибольшему весу. В двоичной системе кодирования наибольший значащий разряд имеет вес 1/2 номинального значения максимально возможного выходного сигнала при всех включенных разрядах (полной шкалы преобразования).
Разрешающая способность характеризует как ЦАП, так и АЦП и может выражаться либо в процентах, либо в долях полной шкалы. Например, 12-разрядный АЦП имеет разрешающую способность 1/4096, или 0,0245% от значения полной шкалы. Преобразователь с полной шкалой напряжения 10 В может обеспечивать изменение выходного кода на единицу при изменении входного напряжения на 2,45 мВ. Аналогично 12-разрядный ЦАП дает изменение выходного напряжения на 0,0245% от значения полной 'шкалы при изменении двоичного входного кода на один двоичный разряд. Разрешающая способность является скорее расчетным параметром, а не технической характеристикой, поскольку она не определяет ни точность, ни линейность преобразователя.
a) б)
Рис. 2. Примеры линеаризации выходной характеристики преобразователей: а -- линеаризующая прямая проходит через крайние точки реальной характеристики преобразователя; б -- линеаризация для получения минимальной погрешности линейности
Нелинейность н, или интегральная нелинейность, характеризуется отклонением н(х) реальной характеристики преобразователя fp(x) от прямой. При этом значение н(х) зависит от метода линеаризации. Рис. 2а иллюстрирует способ линеаризации, когда линеаризующая прямая проходит через крайние точки реальной характеристики ЦАП. При этом наблюдается максимальная погрешность линейности (нелинейность н). На рис. 2б прямая проводится таким образом, что максимальное отклонение fp(x) от прямой получается в два раза меньше. Однако для этого необходимо знать характер реальной характеристики ЦАП, что очень 'сложно обеспечить в серийном производстве. Поэтому, как правило, погрешность линейности определяют при прохождении линеаризующей прямой через крайние точки характеристики fp(х). Для определения нелинейности (которая обычно выражается в процентах от полной шкалы или в долях единицы младшего разряда) необходимо знать аналитическую зависимость между выходным аналоговым сигналом ЦАП и его цифровым входом. Для ЦАП с двоичными т-разрядами аналоговый выход Uвых зависит от входного двоичного кода в идеальном случае (в отсутствие погрешностей преобразования) таким образом:
Uвых = Uоп(B12-1+B22-2+…+ Bm2-m),
где B1, B2, ..., Bm--коэффициенты двоичного числа, имеющие значение единицы или нуля (что соответствует включению или выключению разряда); Uon--опорное напряжение ЦАП. Так как
то выходное напряжение ЦАП при всех включенных разрядах (B1, B2, ..., Bm = 1) определяется соотношением
Таким образом, при включении всех разрядов выходное напряжение ЦАП, равное напряжению полной шкалы Uп.ш, отличается от опорного напряжения Uоп на значение младшего разряда преобразователя ?:
При включении i-ro разряда выходное напряжение ЦАП
Uвых=Uоп2-i
Выражение (1) показывает линейную зависимость между аналоговым выходом и цифровым входом преобразователя. Следовательно, сумма аналоговых выходных величин, полученная для любой комбинации разрядов, действующих независимо, должна быть равна аналоговому сигналу, который получается при одновременном включении всех разрядов этой комбинации. Это является основой простого и эффективного контроля нелинейности: включаются различные комбинации разрядов и регистрируется соответствующий аналоговый сигнал. Затем каждый разряд этой комбинации включается отдельно и записывается соответствующее ему значение выходного напряжения. Алгебраическая сумма этих значений сравнивается с суммой, получаемой для всех разрядов выбранной комбинации, включённых одновременно. Разность сумм и будет погрешностью линейности для данной точки выходной характеристики преобразователя. Наихудшим случаем для погрешности линейности является включение всех разрядов, поскольку при этом погрешность определяется суммой погрешностей всех разрядов.
Преобразователь считается линейным, если его максимальная погрешность линейности ?n не превышает 1/2 значения младшего разряда ?. Оценку линейности АЦП проводят так же, как и для ЦАП.
Таким образом, нелинейность характеризует как ЦАП, так и АЦП и наряду с дифференциальной нелинейностью имеет первостепенное значение для оценки качества преобразователей, поскольку все другие погрешности (смещение нуля, погрешность полной шкалы и т. д.) могут быть сведены к нулю соответствующими регулировками.
Коэффициент преобразования Кпр определяет наклон характеристики преобразователя. Как отмечалось, для идеального ЦАП наклон характеристики должен быть таким, чтобы при включении всех разрядов (двоичный код полной шкалы No на его цифровых входах равен 111...1) выходное напряжение полной шкалы Uп.ш ЦАП было меньше опорного напряжения Uоп на значение младшего разряда ?, что соответствует прямой 1 на рис. 3 [соотношение (2)]. Для ЦАП с токовым выходом наклон характеристики определяется номиналом резистора обратной связи Roc (Рис. 4), который находится в составе преобразователя и предназначен для включения в цепь обратной связи усилителя-преобразователя тока в напряжение. При номинальном значении Rос напряжение Un.ш отличается от Uon на значение младшего разряда ?. Если номинал Roc больше, то коэффициент преобразования возрастает (прямая 3 на рис. 3), если меньше, -- то уменьшается (прямая 2 на рис 3). Это объясняется тем, что абсолютные значения младшего разряда ?2 и ?3 для характеристик 2 и 3 рис. 3 отличаются от расчетного номинального значения ?1, определяемого соотношением (3). При этом фактические значения младших разрядов преобразования определяются соотношением
?ф=Uп.ш.ф./(2m-1)
где Uп.ш.ф. -- фактическое значение полной шкалы преобразователя.
Рисунок 3 - Характеристики ЦАП с различными значениями коэффициентов преобразования
Погрешность полной шкалы ?п.ш отражает степень отклонения реального коэффициента преобразования от расчетного, т.е. под ?п.ш понимают разность между номинальным значением полной шкалы преобразователя Uп.ш.н, определяемым соотношением (2), и его фактическим значением Uп.ш.ф. Таким образом, для ЦАП
где ?н и ?ф -- номинальное и фактическое значения единицы младшего разряда преобразователя.
Относительная погрешность полной шкалы определяется выражением
и, следовательно, не зависит от коэффициента преобразования ЦАП.
Погрешность полной шкалы АЦП характеризуется отклонением действительного входного напряжения от его расчетного значения для полной шкалы выходного кода. Она может быть обусловлена погрешностями опорного напряжения Uoп, многозвенного резистивного делителя, коэффициента усиления усилителя и т.д. Погрешность шкалы может быть скорректирована с помощью регулирования коэффициента усиления выходного усилителя или опорного напряжения.
Смещение нуля (погрешность нуля) равно выходному напряжению ЦАП при нулевом входном коде или среднему значению входного напряжения АЦП, необходимому для получения нулевого кода на его выходе. Смещение нуля вызвано током утечки через разрядные ключи ЦАП, напряжением смещения выходного усилителя либо компаратора.
Данную погрешность можно скомпенсировать с помощью внешней по отношению к ЦАП или АЦП регулировки нулевого смещения. Погрешность нуля ?0 может быть выражена в процентах от полной шкалы или в долях младшего разряда. Следует отметить, что погрешность полной шкалы определяют с учетом смещения нуля характеристики преобразователя, в то время как при определении погрешности линейности линеаризующая прямая должна проходить через начало реальной функции преобразования fр(х), т.е. смещение нуля ?0 необходимо корректировать, чтобы не внести погрешность в измерение линейности, поскольку она суммируется всякий раз при считывании выходного сигнала. Действительно, для ЦАП справедливо неравенство
Uвых(B1+B2+…+Bm)+?0?UвыхB1+ UвыхB2+…+ UвыхBm+m?0
в левой части которого погрешность нуля 6о суммируется один раз (все разряды включены), а в правой -- т раз (m отдельных считываний выходного сигнала ЦАП). При этом погрешность измерения нелинейности будет меньше, если смещение нуля запоминается и вычитается из напряжения каждого последующего считываемого разряда до того, как будет произведено определение нелинейности.
Абсолютная погрешность преобразования отражает отклонение фактического выходного сигнала преобразователя от теоретического, вычисленного для идеального преобразователя. Этот параметр указывается обычно в процентах к полной шкале преобразования и учитывает все составляющие погрешности преобразования (нелинейность, смещение нуля, коэффициент преобразования). Поскольку абсолютное значение выходного сигнала преобразователя определяется опорным напряжением Uoп [см. соотношения (3), (4)], то абсолютная погрешность преобразования находится в прямой зависимости от стабильности напряжения Uоп. В большинстве преобразователей используется принцип двойного кодирования. Поэтому для получения кратного значения младшего разряда обычно выбирают Uon= 10,24 В. В этом случае для 12-разрядных ЦАП расчетное номинальное значение младшего разряда ?=2,5 мВ и напряжение полной шкалы Uп.ш.н= 2,5 (212 -- 1) мВ= 10237,5 мВ.
Изменение напряжения Uon, например, на 1% вызовет изменение абсолютной погрешности преобразования также на 1%, что составит в верхней точке диапазона 102,375 мВ.
Дифференциальная нелинейность ?н.д определяется отклонением приращения выходного сигнала преобразователя от номинального значения младшего разряда при последовательном изменении кодового входного сигнала на единицу. Дифференциальная нелинейность идеального преобразователя равна нулю. Это означает, что при изменении входного кода преобразователя на единицу его выходной сигнал изменяется на значение младшего разряда. Допустимым значением дифференциальной нелинейности считается (1/2)?(1/2 значения младшего разряда).
Дифференциальная нелинейность может быть вычислена таким образом. Для конкретного m-разрядного преобразователя расчетное значение единицы младшего разряда ?р=Uп.ш/(2m--l).
Если проверяют ЦАП с токовым выходом, то к его выходу подключают операционный усилитель, обеспечивающий преобразование выходного тока ЦАП в напряжение. При этом резистор обратной связи, входящий в состав ЦАП, подключают без подстроечных потенциометров, чтобы можно было измерить погрешность смещения нуля и полной шкалы.
Далее перед измерением параметров ЦАП нужно определенное время для его прогрева, чтобы обеспечить установившийся тепловой режим контроля. Это относится в первую очередь к контролю нелинейности ЦАП, поскольку требуется большое количество измерений, за время которых из-за нагрева ЦАП его параметры могут существенно измениться. Например, у ЦАП с рассеиваемой мощностью порядка 500 мВт время прогрева в зависимости от типа корпуса колеблется от 5 до 15 мин.
С целью уменьшения времени контроля желательно проводить контроль параметров ЦАП не во всех точках его выходной характеристики. Минимальный объем получаем при контроле значений всех разрядов, включаемых по одному. Однако такой контроль допустим только в случае малого взаимного влияния разрядов, когда все разряды или комбинации разрядов, которые включаются, полностью независимы от включенного (выключенного) состояния других разрядов. В противном случае для получения достоверного результата следует производить контроль по всем дискретным значениям выходного сигнала, т. е. в 2m очках характеристики.
Далее будут рассмотрены методы контроля статических и динамических параметров ИМС АЦП, которые могут быть использованы в автоматизированных системах контроля, предназначенных как для обеспечения серийного производства ИМС АЦП, так и для их входного контроля[1].
Рисунок 4 - Характеристики АЦП Рисунок - 5 Характеристика
при наличии шума идеального четырехразрядного
АЦП
2. Специальная часть
2.1 Общее описание ИМС АЦП
Цель данного курсового проекта сконструировать «Измирительно-вычислительный комплекс». АЦП реализовано на плате ЛА-Н10М6PCI.
Данная плата работает как составная часть персонального компьютера и в зависимости от программного обеспечения выполняет различные функции, связанные с обработкой результатов аналого-цифрового преобразования.
Плата ЛА-н10М6PCI содержит следующие функциональные узлы: аналого-цифровой канал (АЦК); контроллер АЦП; схему синхронизации; внутреннее оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и интерфейс ввода/вывода PCI (Рисунок 1).
2.1.1 Аналого-цифровой канал
Основное назначение АЦК - преобразование исследуемого аналогового сигнала в цифровую форму, для его дальнейшей обработки на ПЭВМ. Аналоговый сигнал подается на входы каналов 0 и/или 1 (разъемы XP4 и XP3). Далее сигнал поступает на двухкаскадный программируемый аттенюатор. Программируемый аттенюатор состоит из схем деления, усиления и аппаратного смещения входного сигнала для обоих каналов 0 и 1, которые позволяют привести в соответствие входные диапазоны платы к рабочему диапазону АЦП. Напряжение смещения задается дискретно и имеет 256 уровней, что позволяет плавно изменять характеристику преобразования АЦП. После прохождения программируемого аттенюатора сигнал поступает на вход АЦП. АЦП преобразует аналоговый сигнал в цифровую форму (цифровые данные). Цифровые данные с выхода АЦП поступают в ОЗУ платы, откуда могут быть считаны в компьютер.
Аналоговые входы платы имеют защиту от перегрузок по напряжению ±15Ви отключаемый режим дифференцирования входного сигнала. При включенном дифференцировании пропускается только переменная составляющая входного сигнала, при отключенном дифференцировании пропускаются переменная и постоянная составляющие входного сигнала.
2.1.2 Контроллер АЦП
Основное назначение многофункционального контроллера АЦП - согласование работы АЦП с внутренним ОЗУ. Контроллер АЦП позволяет задать объем предыстории ОЗУ и общий объем используемой памяти ОЗУ, а также выбрать частоту дискретизации АЦП. Источник тактовой частоты АЦП может быть внешний или внутренний. Внешним источником тактовой частоты АЦП является ТТЛ-совместимый сигнал, подаваемый на разъем XP2, внутренним источником служит кварцевый генератор или синтезатор частоты (опция). При работе с кварцевым генератором тактовый сигнал поступает на схему задания частоты дискретизации, которая позволяет программно выбрать частоту дискретизации АЦП из набора сетки частот от 3,052 кГц до 50 МГц с коэффициентом деления кратным 2.
Рисунок 6 - Функциональная схема ЛА-Н10М6PCI
Кроме того, предусмотрена возможность работы платы ЛАн10М6PCI в одноканальном режиме (канал 0) с удвоенной частотой дискретизации. Для этого предназначена схема выбора режима «50 МГц или 100 МГц» на входе АЦП. Если выбран режим «100 МГц», то оба канала АЦП работают попеременно, с частотой по 50 МГц каждый. В итоге суммарная частота дискретизации удваивается до 100 МГц. При работе с внутренним кварцевым генератором достигаются наилучшие динамические характеристики, что особенно необходимо при использовании платы в качестве спектроанализатора. При работе со встроенным синтезатором частоты (опция) частота дискретизации плавно изменяется, и это свойство синтезатора частоты может использоваться для работы платы в режиме стробоскопа или решения каких-либо других задач, где требуется плавное изменение частоты дискретизации. Внешняя тактовая частота может использоваться для согласования момента запуска АЦП с какими-либо внешними устройствами, для обеспечения синхронной работы нескольких плат АЦП или для других целей.
2.1.3 Схема синхронизации
Аналоговый компаратор позволяет запустить сбор данных по достижению заранее заданного уровня синхронизации на одном из входных каналов или на входе внешней синхронизации. Выбор источника синхронизации, а также уровень синхронизации и полярность срабатывания (по фронту или по спаду) осуществляется программно.
2.1.4 Оперативное запоминающее устройство
Максимальный объем ОЗУ расположенного на плате - 256 кСлов. ОЗУ состоит из двух частей - циклического буфера «предыстории» и буфера «истории». Общий объем ОЗУ и объем буфера «предыстории» задается пользователем. Схема работы ОЗУ следующая. После прихода команды запуска АЦП данные АЦП циклически (непрерывно) записываются в буфер предыстории и, если синхронизация выключена, далее сразу продолжается запись данных в буфер истории. После заполнения буфера истории данные могут быть считаны в компьютер. При включенной синхронизации, пока выбранный объём предыстории не заполнен, синхроимпульсы блокируются и не обрабатываются контроллером АЦП. После заполнения объема предыстории до прихода первого синхроимпульса данные АЦП продолжают циклически (непрерывно) записываться в буфер предыстории. После прихода синхроимпульса записывается оставшаяся часть ОЗУ. Теперь данные могут быть считаны в компьютер. Здесь следует отметить следующее - если условия синхронизации не будут выполнены, то данные, хранящиеся в ОЗУ, не могут быть считаны компьютером. Независимо от условий синхронизации после заполнения буфера предыстории может задаваться переключение частоты дискретизации АЦП с текущей частоты на частоту 6,25 МГц или 50 МГц. Таким образом, в обеих частях памяти могут содержаться данные, записанные с разной частотой дискретизации. Компьютер считывает данные ОЗУ, используя регистр данных АЦП. Информацию о готовности данных по окончании цикла записи ОЗУ компьютер может получить, опрашивая статусный регистр или по запросу прерывания IRQ.
2.1.5 Интерфейс ввода/вывода PCI
Интерфейс предназначен для организации обмена данными между компьютером и платой ЛА-н10М6PCI. Контроллером шины PCI автоматически выбирается базовый адрес ЛА-н10М6PCI в адресном пространстве компьютера, а также линия прерывания IRQ. Схема ввода/вывода данных в компьютер полностью совместима с протоколом шины PCI 2.1 и содержит необходимые внутренние регистры для программного управления. Плата ЛА-н10М6PCI для управления основными режимами имеет СБИС с программно загружаемой конфигурацией. Имеется два загрузочных программных модуля - для работы со встроенным кварцевым генератором или встроенным синтезатором частоты (опция) [2].
2.2 Технические характеристики
Технические характеристики платы ЛА-н10М6PCI указанны в табл. 1.
Таблица 1
|
Шина интерфейса ПК |
PCI |
|
|
Потребляемая мощность |
+5В, 900 мА |
|
|
Размеры |
219 х 99 мм |
|
|
Масса |
217 г |
|
|
Аналого-цифровой канал |
||
|
Число аналоговых входов |
2 синхронных канала |
|
|
Конфигурация аналоговых входов (не изолированы) |
Однополюсные |
|
|
Разъем |
BNC (аналог отечественного СР-50) |
|
|
Входное сопротивление (Импеданс) |
1МОм, 30пФ |
|
|
Дифференцирование (устанавливается программно) |
Переменная или постоянная и переменная составляющие |
|
|
Ширина полосы пропускания (-3дБ) |
50 МГц ±5В; ±2,5В; ±1В; ±0,5В (ЛА-н10М6) |
|
|
Диапазоны входного напряжения, (устанавливаются программно) |
±1В; ±0,5В; ±0,2В; ±0,1В (ЛА-н10М7) |
|
|
Максимальное входное напряжение |
±5В |
|
|
Защита по напряжению аналоговых |
±15В |
|
|
Объем буфера памяти |
256КСлов (128 КСлов на канал) |
|
|
Передача данных АЦП |
По чтению бита готовности или по прерыванию IRQ |
|
|
Аналого-цифровой преобразователь |
||
|
Тип АЦП |
Параллельный |
|
|
Разрешение |
8 бит |
|
|
Время преобразования |
Время преобразования |
|
|
Продолжение таблицы 1 |
||
|
Максимальная частота дискретизации |
100 МГц в одноканальном режиме (канал 0) 50 МГц в двухканальном режиме |
|
|
Временное разрешение в режиме стробоскопа |
Менее 1 нс |
|
|
Эквивалентная частота дискретизации в режиме стробоскопа |
Свыше 1 ГГц |
|
|
Запуск АЦП |
От внутреннего кварцевого генератора или от внешней тактовой частоты |
|
|
Внешняя тактовая частота |
||
|
Внешняя тактовая частота |
ТТЛ - совместимый сигнал, меандр. Период сигнала не менее 25нс |
|
|
Разъем для сигнала внешней тактовой частоты тактовой частоты |
BNC (аналог отечественного СР-50) |
|
|
Защита по напряжению входа внешней тактовой частоты (питание включено) |
+7,5В -2,5В |
|
|
Синхронизация |
||
|
Источник |
Канал 0, канал 1 |
|
|
Внешний сигнал |
Внешний аналоговый амплитудой до ±5В или ТТЛ - совместимый сигнал |
|
|
Тип |
По фронту или по спаду |
|
|
Число уровней |
не менее 200 |
|
|
Дифференцирование (устанавливается программно) |
Переменная или постоянная и переменная составляющие |
|
|
Разъем входа внешнего сигнала синхронизации |
BNC (аналог отечественного СР-50) |
|
|
Защита по напряжению входа внешнего сигнала синхронизации (питание включено) |
±15В |
|
|
Входное сопротивление (Импеданс) |
1МОм, 30пФ |
2.3 Определение конструктивных элементов изделия
В данном курсовом проекте была разработана модель стола для установки измерительно-вычислительного комплекса. Чертежи представлены в КП230101.08.75.03.
Данный стол состоит из 6 основных деталей:
- столешница;
- стенка левая;
- стенка правая;
- стенка задняя;
- полка;
- уголок;
- болт.
Заключение
ИВК, реализованное на базе ПК, намного упрощает работу с преобразованиями сигналов. На практике я убедился, что с помощью плата ЛА-н10М6PCI можно легко и просто отображать напряжение, частоту и т.д.
Данная плата работает в реальном времени, стоит изменить частоту, подаваемую с генератора, как сразу мы увидим, как изменилась амплитуда сигнала. Достоинство платы ЛА-н10М6PCI, что ее можно применять, как цифровой осциллограф со стробоскопическим эффектом.
ИВК применяется для сбора информации в аналоговом виде и проведение стандартных измерительных функций с последующей обработкой и хранением информации.
Список информационных источников
1. Измерения и контроль в микроэлектронике: Учебное пособие по специальностям электронной техники/Дубовой Н.Д., Осокин В.И., Очков А.С. и др.; Под ред. А.А.Сазонова. - М.: Высш. Шк., 1984.
2. Руководство пользователя платы ЛА-H10М6PCI.
Подобные документы
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.
дипломная работа [725,6 K], добавлен 16.01.2009Способы оцифровки звука. Процесс дискретизации и квантования. Аналогово-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Классификация и характеристика компьютерных вирусов, механизмы и каналы их распространения. Противодействие обнаружению вирусов.
контрольная работа [178,7 K], добавлен 15.12.2014Понятие об информации. Информатика, краткая история информатики. Информация аналоговая и цифровая. Аналого-цифровое преобразование, устройства аналоговые и цифровые. Понятие о кодировании информации. Хранение цифровой информации. Бит.
реферат [68,9 K], добавлен 23.11.2003Преобразование аналоговой формы первичных сигналов для их обработки с помощью ЭВМ в цифровой n-разрядный код, и обратное преобразование цифровой информации в аналоговую. Практическая реализация схем аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей.
реферат [89,2 K], добавлен 02.08.2009Принцип действия устройства сбора информации на базе микроконтроллера МК51: индикация, "рабочий режим" и передача данных персонального компьютера. Алгоритм начального опроса датчиков. Электрическая принципиальная схема устройства, текст программы.
курсовая работа [102,5 K], добавлен 21.10.2012Устройство и принцип работы. Сканером называется устройство, позволяющее вводить компьютер образы изображений, представленных в виде текста, рисунков, слайдов, фотографий и другой графической информации.
реферат [12,8 K], добавлен 11.05.2003Этапы развития IT-технологий. Принцип работы, подключение дисковода, его характеристика, конструктивные особенности приводов CD-ROM. Цифровые интерфейсы. Устройство CD (compact disc). основные принципы работы CD-ROM и оптический метод хранения информации.
реферат [18,3 K], добавлен 21.02.2010История вычислительной техники; ранние приспособления и устройства для счета: перфокарты, программируемые машины, настольные калькуляторы. Появление аналоговых вычислителей, их характеристика и принцип действия; признаки классификации, применение.
контрольная работа [86,9 K], добавлен 17.02.2011Изучение принципов работы различных компонентов ЭВМ. Общая логическая структура электронной вычислительной машины. Системная шина, арифметико-логическое устройство, запоминающее устройство, считывающее устройство, промежуточные носители информации.
курсовая работа [559,6 K], добавлен 29.04.2014Понятие информации, ее измерение, количество и качество информации. Запоминающие устройства: классификация, принцип работы, основные характеристики. Организация и средства человеко-машинного интерфейса, мультисреды и гиперсред. Электронные таблицы.
отчет по практике [117,0 K], добавлен 09.09.2014
