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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Un ADC simple: prefijo para una PC. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Компьютеры Actualmente, los convertidores de analógico a digital (ADC) se utilizan cada vez más en los diseños de radioaficionados. Esto se debe a la llegada de chips ADC asequibles y las ventajas que proporciona el procesamiento digital de señales analógicas. Con el ADC, puede convertir fácilmente una computadora personal (PC) en cualquier dispositivo de medición virtual. Además, la parte electrónica de un dispositivo de este tipo puede ser muy simple y todo el procesamiento de la señal se realizará mediante programación. El dispositivo descrito en el artículo está diseñado para convertir una señal analógica en un código digital de seis bits y puede servir como prefijo para una PC. Las áreas de su aplicación son muy diversas, desde instrumentos de medición virtuales hasta varios sistemas de grabación de sonido. Los diseños basados en ADC se han publicado repetidamente en las páginas de la revista "Radio". Sin embargo, utilizaron principalmente microcircuitos con un código de salida BCD o un código para indicadores de siete elementos [1]. Este enfoque no es conveniente para ingresar información en una PC. El dispositivo que se ofrece a los lectores utiliza el microcircuito KR1107PV1, que es un ADC paralelo de seis bits de alta velocidad [2]. Está diseñado para convertir voltaje en el rango -2...0 V en uno de los posibles códigos de lectura en paralelo: código binario (directo e inverso) y código complemento a dos (directo e inverso). Se eligió este microcircuito porque, en primer lugar, está disponible para una amplia gama de radioaficionados y es relativamente económico y, en segundo lugar, tiene alta velocidad (la frecuencia de conversión máxima es de 20 MHz, un tiempo de conversión no supera los 100 ns). El diagrama esquemático del dispositivo se muestra en la fig. una.
Se toma como base el circuito de conmutación recomendado KR1107PV1A [2], que se simplifica significativamente sin un deterioro notable en la precisión de conversión. La señal analógica convertida a través del zócalo 1 del zócalo XS1 y la resistencia R4 se alimenta a la entrada inversora del amplificador operacional DA1. Se usó tal inclusión porque con mayor frecuencia es necesario digitalizar el voltaje de polaridad positiva, y el chip ADC convierte el voltaje en el rango de 0 a -2 V. El voltaje de polarización cero se elimina del motor de resistencia de sintonización R1. Las resistencias R5 y R4 determinan la ganancia requerida del amplificador operacional. La señal analógica amplificada se alimenta a través de las resistencias R7-R9 a los pines 10, 13, 15 del ADC. El funcionamiento del ADC DA2 está controlado por pulsos de reloj que llegan desde la PC (a través del pin 8 del zócalo XS2) al pin 4. La codificación se realiza después de que haya pasado el pulso de reloj, y el resultado obtenido durante el proceso de conversión se transfiere al registro de salida simultáneamente con el borde del siguiente pulso de reloj. Esto permite que los bordes del pulso de reloj produzcan la siguiente muestra, es decir, en el momento en que el resultado de la n-ésima muestra está presente en la salida de DA2, la (n + 2)-ésima muestra se realiza en la entrada. El código digital se toma de las salidas D1 - D6 y se envía al zócalo XS2. Cabe señalar que la designación de las salidas del microcircuito es opuesta a su peso: la salida D1 corresponde al orden superior y D6 al orden inferior. El tipo de código (directo, inverso, adicional) en las salidas del microcircuito está determinado por los niveles de señal en las entradas C1 y C2 del microcircuito. Su conexión al bus de +5 V corresponde a un nivel alto y a un cable común, bajo. El tipo de código requerido en la salida del microcircuito se establece mediante una combinación de niveles de señal en las entradas C1 y C2 de acuerdo con la Tabla. 1.
ADC KR1107PV1A requiere un voltaje de suministro bipolar de +5 y -6 V. Además, se requieren dos voltajes de referencia. Definen el rango de voltajes digitalizados. En este caso, uno de estos voltajes (Uobr1) se toma igual a cero (el pin 16 del microcircuito está conectado a un cable común), y el segundo (Uobr2) es igual a -2 V, que, de acuerdo con [2 ], determina el rango de voltaje de entrada del ADC 0... -2 V. Se elimina un voltaje ejemplar de -2 V de la resistencia de ajuste R6, incluida en el circuito de voltaje de suministro de polaridad negativa. Los condensadores C1 - C5 se utilizan para eliminar la interferencia. Al ensamblar el dispositivo, se utilizan resistencias MLT, OMLT, óxido y condensadores cerámicos de cualquier tipo. Resistencia de corte R1: también de cualquier tipo, R6: preferiblemente un cable de múltiples vueltas, por ejemplo, SP5-1V, SP5-14, SP5-15, SP5-2, etc. Op-amp DA1: casi cualquiera que pueda operar en bajos voltajes de suministro, por ejemplo, KR140UD7. Para expandir el rango de frecuencia, puede usar el amplificador operacional K574UDZ, en el que la frecuencia de ganancia unitaria es de 10 MHz. El dispositivo es alimentado por una fuente bipolar estabilizada que proporciona voltajes de salida de +5 V a una corriente de 35 ... 40 mA y -6 V a una corriente de 200 mA Antes de encender el ADC por primera vez, el control deslizante de la resistencia R6 se coloca en la posición media. Encienda la alimentación, mida el voltaje de referencia en el pin 9 del microcircuito DA2 y ajústelo a -2 V con la mayor precisión posible. El desplazamiento cero requerido se logra con una resistencia de sintonización R1. Puede controlar la posición cero mediante el código digital de salida o voltaje constante en las entradas analógicas del ADC (pines 10, 13, 15 DA2). En esta configuración se puede considerar completa. El ADC se conecta a la PC a través de una interfaz (Fig. 2) instalada en un conector ISA libre en la placa base.
La placa de interfaz contiene cuatro puertos de entrada/salida con direcciones ZE0N-ZEZN. Los elementos DD1.1-DD1.3 y DD2 forman un decodificador de direcciones. Las señales del bus de direcciones de la PC se reciben en sus entradas, y si aparece la combinación ZE0N-ZEZN, se forma un voltaje de habilitación de bajo nivel en la salida DD2. Las señales que definen el número de puerto en el espacio de direcciones de los puertos corresponden a los dos bits menos significativos del bus de direcciones y se envían al decodificador DD4. También recibe señales de habilitación a través del bus AEN (esto significa que no hay acceso directo a la memoria en este ciclo) y señales IOW, IOR, que corresponde a escribir y leer desde un dispositivo externo. La señal del pin 15 del decodificador se alimenta a la entrada E del modelador de bus DD7 y permite la transferencia de datos desde el ADC al bus de datos. La señal que aparece en el pin 14 del decodificador DD4 sirve para sincronizar el ADC DA2, en el pin 13, para restablecer el disparador DD6.1, y en el pin 12, para permitir que la información se transmita al bus de datos. El disparador está diseñado para sincronizar el ADC con un dispositivo externo que puede generar pulsos de reloj o una señal de listo. La señal de reloj de un dispositivo externo se alimenta a través del pin 1 del zócalo XS2 a la entrada de reloj del disparador. El estado de este último es leído por el programa. Si se detecta un nivel alto en el pin 5 de DD6.1, significa que se ha recibido un pulso de sincronización de un dispositivo externo. Una vez que se ha leído el estado del flip-flop, debe reiniciarse para prepararse para recibir el siguiente pulso de reloj. Algunas palabras sobre el propósito de los puertos. El puerto con la dirección ZE0H está diseñado para leer datos del ADC (los bits D0-D5 contienen el valor de la señal digitalizada), con la dirección ZE1H, para suministrar un pulso de reloj al ADC (al escribir cualquier byte en este puerto, la señal analógica se convierte en digital). El puerto ZE2H se utiliza para restablecer el disparador de sincronización DD6.1 después de leer su estado. Se produce un reinicio cuando se escribe cualquier byte en este puerto. Finalmente, el puerto 5ZN se dedica a leer el estado del disparador, que se refleja en el bit 5 del byte leído desde este puerto. El disparador es necesario para fijar los pulsos de sincronización de corta duración. Si, al leer desde el puerto ZEZN, se detecta un nivel lógico alto en la salida directa del disparador (bit D1=2), entonces el programa lo devuelve a su estado original escribiendo cualquier byte en el puerto ZEXNUMXN. El programa para leer datos del ADC, escrito en Pascal, se muestra en la Tabla. 2.
Es conveniente utilizar una placa de expansión defectuosa para la ranura ISA como base para el diseño. Se eliminan todos los elementos "altos" (condensadores, conectores) y se cortan los conductores impresos que van a las almohadillas de contacto de la parte insertada en la ranura (enchufe XP1 en la Fig. 2). Las piezas se montan en una pequeña placa de circuito impreso, que se fija con bastidores en la placa de expansión. Los terminales del dispositivo están conectados a los contactos del enchufe XP1 con piezas cortas del cable de montaje. La asignación de pines de la ranura ISA se puede encontrar en [3]. En conclusión, observamos que en la mayoría de los casos seis bits son suficientes para representar una señal analógica. Si se utiliza un ADC con un rango de tensión de entrada de 0...2 V para medir 2 V, el error no superará los 0,03 V (o el 1,5 %). Al medir un voltaje de 0,2 V, el error aumentará al 15%. Para mejorar la precisión de las mediciones, puede usar un ADC con mayor capacidad o amplificar el voltaje medido a un valor cercano al límite superior del intervalo (por ejemplo, cambiar la relación de las resistencias de las resistencias R5 y R4). Con las clasificaciones indicadas en el diagrama (ver Fig. 1), el dispositivo digitaliza voltajes de entrada en el rango de 0 ... 0.5 V y puede funcionar con un micrófono doméstico. Si, por razones de precisión en la "digitalización" de señales débiles, se requiere una mayor profundidad de bits, el microcircuito KR1107PV1A puede reemplazarse por un convertidor de ocho bits K1107PV2 (naturalmente, teniendo en cuenta las diferencias en el "pinout" y el consumo de energía). Literatura
Autores: Yu.Kirillov, D.Sitanov, Ivanovo
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Comentarios sobre el artículo: Alejandro Gracias, buen artículo.
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