Микросхема АЦП К572ПВ1 является универсальным

Тип микро­схемы	Назначение	Разряд­ность, бит	Время пре­образова­ния, МКС	Потребляе­мая мощ­ность, Вт	Тип корпуса	Дифференци­альная нели­нейность, %	Примечание
К572ПВ1А	АЦП	12	150 170	0,09	4134.48 — 2	+0,05	U1BHx=2,4 В,
К572ПВ1Б	АЦП	12	150 170	0,09	4134.48 — 2	+0,1
К572ПВ1В	АЦП	12	150... 170	0,09	4134.48 — 2	±0,2	У«вых=0,3 В
К594ПА1	ЦАП	12	3,5	0,5	405.24 — 2	±0,024	__
КРП00СК2	УВХ	—	tв = 5, txР = 50	0,06	201.14 — 1	0,1	Схр=1000 пф, 4=100 не
К1107ПВ1	АЦП	6	0,1	1,0	2207.48 — 1	+ (0,5-0.8)	U1вых=2,4 В,
К1107ПВ2	АЦП	8	0,1	2,5	2136.64 — 1	±(0,2-0,4)	U°вых=0,4 В
К1107ПВЗА	АЦП	6	0,01	1,0	201.16 — 13	±(0,5+0,8)	U1вых=—(1,1.-0,7) В,
КП07ПВЗБ	АЦП	6	0,02	1,0	201.16 — 13	±(0,5+0,8)	U0вых= — (2...1.5) В
КП08ПВ1	АЦП	10	1,0	0,8	210Б.25 — 1	±(0,1+0,4)	U1Bых=2,4 В, U0вых=0,4 В
КП08ПА1А	ЦАП	12	0,4	0,8	2105.24 — 1	±0,024	U1Bx>2,0 В,
КП08ПА1Б	ЦАП	12	0,7	0,8	2105.24 — 1	±0,024	U°вх<0,8 В
КШЗПВ1А	АЦП	10	30	0,35	238.18 — 1	+0,1	U°вых=0,4 В,
КШЗПВ1Б	АЦП	1П	30	0,35	238.18 — 1	±0,2	У1вых=2,4 В
КШЗПВ1В	АЦП	10	30	0,35	238.18 — 1	±0,4

Микросхема АЦП К572ПВ1 является универсальным узлом преобразования и ввода информации для МПУ с низким быстродействием и ограниченными энергетическими ресурсами. Микро­схема К572ПВ1 выполнена по КМОП-технологии. Преобразова­тель может работать с высокопороговыми КМОП-микросхемами и с ТТЛ-схемами.
Микросхема К111ЗПВ1 представляет собой функционально полный узел АЦП, предназначенный для использования в блоках аналогового ввода. Для включения микросхемы необходимы два источника питания и несколько резисторов. Наличие выходных бу­ферных регистров с тремя состояниями позволяет непосредствен­но подключить микросхему к шине данных МП.
Структуры, типо­вые схемы включения и особенности эксплуатации приведенных в табл. 1.6 преобразователей рассмотрены в [22]. Исключение сос­ тавляет АЦП К1107ПВЗ. Рассмотрим его подробнее [24]. Быст­родействующие шестиразрядяые преобразователи К1107ПВЗА,Б позволяют осуществлять преобразование напряжения в диапазоне ±2,5 В с максимальной частотой 100 и 50 МГц (для преобразова­телей с индексами А и Б соответственно).
Преобразователь построен по параллельной схеме, следова­тельно, при выборке аналоговый сигнал поступает одновременно на 64 компаратора. Особенностью построения преобразователя является отсутствие выходного регистра. Это приводит к тому, что часть периода «тактирования» цифровой код на выходе не определен. Длительность этого периода равна длительности режи­ма выборки, но по времени сдвинута относительно его начала.
Типовая схема включения АЦП приведена на рис. 1.8. .Выходы микросхемы через резисторы R6 — R12 сопротивлением 100 Ом подключены к источнику напряжения — 2 В. Два источника опорного напряжения ( + 2,5 В и — 2,5 В) через калибровочные резисторы Rl, R2 подключены к выводам 2 и 4. Для повышения стабильнос­ти работы микросхемы на высокой частоте предусмотрена подача на вывод 5 регулируемого напряжения, предназначенного для уп­равления гистерезисом компараторов. Напряжение регулируется от О до 2 В. В основном микросхема применяется без внешнего нап­ряжения гистерезиса. Нестабильность опорных и питающих напря­жений вызывает появление дополнительных погрешностей. Для ослабления влияния колебаний напряжений источников к ним под­ключаются блокировочные конденсаторы С1 — С5 емкостью 0,1 мкФ. АЦП КП07ПВЗ содержат разряд переполнения (вывод 15). Наличие такого разряда позволяет увеличить разрядность преоб­разователя путем пар ал дельного объединения микросхем (рис... 1.8,6). Для высокочастотных сигналов печатные проводники пред­ставляют собой микрополоековые линии. Для исключения отраже­ний сигналов в этих линиях и обеспечения максимального быстро­действия АЦП его выводы необходимо согласовать с трактом.


Для этой цели в микросхеме предусмотрены отдельные выводы 16; «Цифровая земля» и 1 «Аналоговая земля», которые подключают­ся к соответствующим шинам, причем соединение шин осуществ­ляется только в одной точке — на клемме источника питания.

Рис. 1.8. Типовая схема включения микросхемы АЦП К1107ПВЗ (а) и способ объединения двух микросхем (б)
Ограниченные размеры кристалла и невысокая точность изго­товления элементов полупроводниковых микросхем обуславливают использование, наряду с полупроводниковыми, АЦП и ЦАП, вы­полненных по тонкопленочной технологии. В [53] описан АЦП повышенного быстродействия, выполненный по тонкопленочной технологии с использованием бескорпусных микросхем. Преобра­зователь построен по последовательно-параллельной конвейерной схеме и имеет следующие характеристики: разрядность выходно­го кода 10, период дискретизации 350 не, амплитуда входного сиг­нала + 2,5 В, апертурное время 0,2 не, дифференциальная нелиней­ность 0,2%, потребляемая мощность 20 Вт.
Микросхема УВХ КРП00СК2 реализована на кристалле с раз­мерами 1,7X2,1 мм. Значительное время выборки (5 мке) ограни­чивает область применения этого устройства узкополосными сиг­налами. Более быстродействующие УВХ выполняются обычно ли­бо в виде ГИС, либо в виде функционального узла с дискретными элементами. Примеры таких УВХ рассмотрены в [23].
Способы обмена информацией между АЦП и МП. Обмен ин­формацией между периферийными устройствами (включая АЦП) и МП называют вводом-выводом, а устройства, выполняющие эту процедуру, — устройствами ввода-вывода.
Операция ввода информации включает три шага: МП выстав­ляет адрес АЦП на шину адреса; МП ждет, когда УВВ выставит Данные на шину данных; МП считывает данные и помещает их в °дин из регистров.
Операция вывода информации также включает три шага: МП выставляет адрес ЦАП; после получения сигнала о том, что ЦАП готов к приему данных, МП выставляет данные на шину данных; МП ждет завершения передачи данных.


Для согласования работы МП и АЦП используются различные способы обмена информацией. Выбор конкретного способа опре­деляется типом МП, скоростью обмена, сложностью и структурой массива данных и т. п. Специализированные МПУ, используемые в РЭА, производят обмен информацией с УВВ, которые в зависи­мости от конкретного применения имеют (различные характеристи­ки. Например, для системы передачи телеметрической информации характерно большое число информационных каналов и невысокая скорость их опроса. Для МПУ обработки сигналов — ограничен­ное число каналов и высокая скорость обмена информацией. Ис­ходя из этих особенностей, коротко рассмотрим следующие спо­собы обмена информацией МП с УВВ: программно-управляемую передачу данных; обращение к УВВ как к ячейке памяти; преры­вание и прямой доступ к памяти. Подробнее описание этих спо­собов приведено в [10, 13, 19].
При использования программно-управляемой передачи данных система команд МП должна содержать специальные команды ввода-вывода. Обман данными между МП и УВВ осуществляет­ся в следующей последовательности:
1. МП выдает на адресную магистраль адрес УВВ.
2. МП осуществляет проверку состояния готовности УВВ к об­мену информацией. Эта процедура может выполняться, например, с помощью триггера — флага. Если этот триггер находится в сос­тоянии 1, то происходит переход к п. 3. Если триггер — в состоя­нии 0, то МП повторяет команду опроса состояния УВВ либо осу­ществляет переход к другому устройству.
3. МП осуществляет ввод или вывод данных. Такая последова­тельность программно-управляемой передачи данных характерна для АЦП, работающих независимо от МП. Если АЦП запуска­ется одновременно с приемом от МП своего адреса, то вмес­то опроса состояния триггера можно ввести программную задерж­ку, равную циклу работы АЦП. По истечении времени задержки МП осуществляет ввод или вывод данных. Структурная схема программно-управляемой передачи данных от АЦП в МП приве­дена на рис. 1.9 [25].


Микропроцессор выдает в шину адреса ад­ рес ПУ А1. Этот адрес поступает на дешифратор ДШ, который в соответствии с принятым кодом адреса формирует управляющий сигнал У1, поступающий на вентиль D1. На второй вход вентиля с шины управления поступает сигнал «Вывод». При совпадении сигналов «Вывод» и VI на выходе D1 формируется сигнал запус­ка АЦП. Затем МП переходит в режим ожидания, длительность которого определяется временем преобразования АЦП. По окон­чании программной задержки МП выдает в адресную шину адрес А2, а в шину управления — «Ввод». Микросхема D2 формирует сигнал, по которому цифровые данные с выхода АЦП через маги­стральный усилитель D3 поступают на ШД и вводятся в МП.

Рис. 1.9. Структурная схема подключения АЦП к микропроцессору с исполь­зованием программно-управляемой передачи данных
Итак, реализация программно-управляемого ввода-вывода не требует затрат адресов памяти и относительно проста. Основным недостатком этого способа обмена информацией является затра­ты времени на ожидание готовности ЦАП или АЦП к выдаче или приему данных. Близким к рассмотренному выше способу обмена информацией является обращение к УВВ как к ячейке памяти. В этом способе УВВ рассматривается как ячейка памяти. Микро­процессор использует одни и те же команды для обмена как с па­мятью, так и с УВВ. Конкретное УВВ определяется только своим адресом. Отличиями обращения к УВВ как к ячейке памяти яв­ляются: отсутствие особых команд ввода-вывода, УВВ требуют выделения им некоторого числа адресов.
Основным недостатком рассмотренных выше способов обмена информацией является потеря процессорного времени на ожидание готовности УВВ к обмену. Для устранения этого недостатка ис­пользуется способ обмена информацией с прерыванием програм­мы, выполняемой МП. Прерывание программы может происхо­дить по инициативе УВВ. Для этого оно посылает в МП сигнал «Запрос прерывания», который поступает на специальный вход. Число входов запросов на прерывание колеблется от S1 до 8 для различных МП.


На каждый вход могут поступать сигналы запро­сов на прерывание более чем от одного источника (такие сигналы могут объединяться по ИЛИ).
После приема сигнала «Запрос на прерывание» МП приоста­навливает вычисления по основной программе и переходит к вы­полнению подпрограммы обмена информацией с УВВ. Эта под­программа содержит ряд процедур, подробное описание которых рассмотрено в [10, 13]. После выполнения подпрограммы обмена информацией МП продолжает выполнение основной программы.
Примеры построения (различных схем прерывания с использо­ванием микросхем векторного приоритетного прерывания Ат2914, расширителя приоритетного прерывания Ат2913, а также других БИС серии Ат2900 приведены в [5].
В рассмотренных выше способах обмен информацией осуществ­ляется между УВВ и МП. Для ввода-вывода данных в ОЗУ, ми­нуя МП, используется способ обмена информацией с помощью прямого доступа к памяти (ПДП). Организация обмена данными в режиме ПДП осуществляется обычно контроллером ПДП. Мик­ропроцессор передает управление шинами контроллеру ПДП, ко­торый производит обмен данными непосредственно между памятью и УВВ; ПДП может быть реализован таким образом, чтобы вы­полнять пересылки данных между различными блоками памяти или разными УВВ, использующими общую с МП шину. При этом значительно повышается скорость обмена данными, которая опре­деляется временем доступа к памяти.

Рис. 1.10. Структурная схема алгоритма операции ввода по методу прямого доступа к памяти
Устройства ввода-вывода и МП для связи с памятью пользу­ются одной шиной и, следовательно, не могут обращаться к памя­ти в одном цикле. Существуют несколько -вариантов реализации ПДП, в том числе: с блокировкой МП, с квантованием цикла па­мяти и захватом цикла [13]. В первом варианте — на время пе­ресылки данных контроллер ПДП останавливает МП .и отключает его от шины. Недостатками ПДП с блокировкой МП являются за­траты времени на отключение МП от шины и последующее его подключение, а также потеря процессорного времени во время пе­ресылки.


При ПДП с квантованием цикла памяти используется быстродействующая память, цикл которой делится на два времен­ных интервала, причем один из них отводится для МП, а дру­гой — для ПДП. Этот метод позволяет достичь максимальной ско­рости обмена данными при параллельном выполнении операций » МП. Недостатком метода является необходимость применения быстродействующей памяти, которая потребляет большую мощ­ность и имеет большую стоимость.
Компромиссным вариантом между быстродействием и стои­мостью ПДП является метод захвата цикла. При этом методе контроллер ПДП отнимает у МП цикл памяти для пересылки дан­ных. В процессе выполнения обмена данными с УВВ МП не бло­кируются. Если цикл памяти нужен одновременно МП и контрол­леру ПДП, то приоритет отдается ПДП. Таким образом, произ­водительность МП снижается только в тех ситуациях, когда цикл работы МП близок к циклу памяти. Использование микропрог­раммного управления при построении МПУ приводит к тому, что цикл выполнения команды значительно больше цикла памяти. Это позволяет МП и контроллеру ПДП обращаться к памяти практически без взаимных помех. При работе нескольких МП с общей памятью увеличивается число обращений к последней и по­этому производительность ПДП снижается.
При организации пересылки данных между УВВ и памятью, контроллер ПДП должен выполнять ряд функций. На рис. 1.10 приведена схема алгоритма операции ввода при ПДП. Микропро­цессор инициирует работу контроллера ПДП подачей на него ко­манды ввода, начального адреса памяти, отведенной для массива данных, числа слов вводимого массива и другой информации, необходимой для выполнения операции. Затем контроллер получает от УВВ слово данных и запрашивает разрешение на использова­ние шины МПУ для пересылки с ПДП. После предоставления ши­ны контроллер запрашивает разрешение на пересылку данных в память. Получив от памяти сигнал подтверждения о том, что те­кущий цикл обмена с памятью завершен, контроллер ПДП анали­зирует содержимое счетчика слов, которое равно числу слов пере­сылаемого массива данных.


Если содержимое счетчика слов не Равно нулю, то оно уменьшается на единицу, а содержимое счет­чика адреса памяти увеличивается на единицу. После этого осуществляется прием (следующего слова данных. Загрузка массива в память продолжается до тех пор, пока значение счетчика слов не становится нулевым. При этом контроллер ПДП прекращает пересылку данных и информирует МП о том, что пересылка завер­шена.
Обычно контроллеры ПДП представляют собой достаточно сложные устройства и содержат несколько десятков микросхем средней степени интеграции. Уменьшения числа микросхем можно достичь путем использования специальных БИС МПК, реализую­щих функции контроллера ПДП, например контроллер ПДП се­рии К588, БИС генератора адреса ПДП Ат2940 и др.
Использование когаюретого способа сопряжения ПУ и МП яв­ляется одним из важнейших вопросов проектирования МПУ, при­меняемых в РЭА. Он должен решаться с учетом вычислительных возможностей МП, структуры построения МПУ, разрядности и размерности массива данных, требуемой скорости обмена, обеспе­чивающей РМВ обработки сигналов, и других требований.

Рис. 1.11. Схема подключения АЦП к микропроцессору
В качестве примера рассмотрим устройство сопряжения АЦП с МП, приведенным иа рис. 1.4 [26].
Пример 1.4. Иа рис. 1.11 приведена схема устройства сопряжения АЦП с МП, интерфейс которого совместим с интерфейсом микро-ЭВМ «Электрони-ка-60». Устройство сопряжения включает: четыре магистральных приемопере­датчика (Dl — D4), реализованных на микросхемах К589АП26; дешифратор адреса на микросхемах К155ЛН1 (D5.1, D5.2) и К155ЛА2 (D6); адресный регистр К155ТМ8 (D7, D8); два одновибратора К.155АП (Dll, D12); схему управления режимами работы магистральных приемопередатчиков D10, D9, D14, реализованную на микросхемах К155ЛАЗ, К155ЛЕ1, К155ЛА8 соответ­ственно. Для установки адресного регистра в исходное состояние использу­ются микросхемы D10.1, D9, D13.
Для ввода информации с АЦП МП формирует адрес УВВ и выставляет его на шину данных — адреса (ДА).


Кроме адреса МП выдает также сигна­лы обращения к внешнему устройству (ВУ) и синхронизации активного уст­ройства (СИА). Эти сигналы вместе с иодом адреса (АО — А15) поступают на дешифратор адреса (D5, D6), который вырабатывает сигнал стробирования для запоминания младших разрядов адреса в адресном регистре D7, D8. С вы­хода регистра D7, D8 код адреса поступает на мультиплексор, который выби­рает соответствующий адресу датчик информации и подключает его ко вхо­ду АЦП. Одновременно с выдачей адреса на мультиплексор запускаются одновибраторы Dll, D12, которые используются для формирования задержки запуска АЦП на время срабатывания мультиплексора и для выработки сиг­нала «Пуск». Микропроцессор вырабатывает сигнал «Ввод», означающий его готовность к приему данных от АЦП. По приему этого сигнала и наличию сиг­нала «Пуск» на выходе микросхемы D10.2 формируется сигнал переключения магистральных приемопередатчиков на передачу. После приема сигнала «Ввод» устройство сопряжения вырабатывает сигнал «СИП» и выставляет данные на шину ДА. Задержка формирования сигнала «СИП» не должна превышать для данной схемы 10 мкс. Если в течение этого времени сигнал «СИП» не выра­ботан устройством, то МП выходит на прерывание. С учетом этих требований ввод информации в МП в течение одного цикла возможен в том случае, если АЦП имеет время преобразования не более 5 мкс, мультиплексор — время пе­реключения не более 3 мкс. При выполнении этих требований организация операции ввода информации сводится к выполнению одной команды пере­сылки.
Данное устройство реализовано в виде функциональной ячейки микро-ЭВМ (габаритные размеры печатной платы 143X252x12 мм). АЦП типа Ф7077/1,. мультиплексор реализован на микросхемах серии К591.

Содержание раздела

---

---