Уго ацп: АЦП. Энциклопедия электроники L7805CV

Как работают аналого-цифровые преобразователи и что можно узнать из спецификации на АЦП?

Вольфганг Райс (Wolfgang Reis, WBC GmbH)
Журнал «Компоненты и технологии», № 3’2005

 

В статье рассказывается об устройстве и принципах действия аналогово-цифровых преобразователей различных типов, а также об их основных характеристиках, указываемых производителями в документации.

 

Параллельные АЦП АЦП последовательного приближения Сигма-дельта АЦП Интегрирующие АЦП Спецификация АЦП Статическая погрешность Идеальная передаточная характеристика АЦП Аддитивная погрешность Мультипликативная погрешность Дифференциальная нелинейность Интегральная нелинейность Погрешность квантования Динамические характеристики Отношение «сигнал/шум» Общие гармонические искажения Отношение «сигнал/шум и искажения» Динамический диапазон, свободный от гармоник Микроконтроллер C8051F064

 

Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) — один из самых важных электронных компонентов в измерительном и тестовом оборудовании. АЦП преобразует напряжение (аналоговый сигнал) в код, над которым микропроцессор и программное обеспечение выполняют определенные действия. Даже если Вы работаете только с цифровыми сигналами, скорее всего Вы используете АЦП в составе осциллографа, чтобы узнать их аналоговые характеристики.

Существует несколько основных типов архитектуры АЦП, хотя в пределах каждого типа существует также множество вариаций. Различные типы измерительного оборудования используют различные типы АЦП. Например, в цифровом осциллографе используется высокая частота дискретизации, но не требуется высокое разрешение. В цифровых мультиметрах нужно большее разрешение, но можно пожертвовать скоростью измерения. Системы сбора данных общего назначения по скорости дискретизации и разрешающей способности обычно занимают место между осциллографами и цифровыми мультиметрами. В оборудовании такого типа используются АЦП последовательного приближения либо сигма-дельта АЦП. Существуют также параллельные АЦП для приложений, требующих скоростной обработки аналоговых сигналов, и интегрирующие АЦП с высокими разрешением и помехоподавлением.

На рис.1. показаны возможности основных архитектур АЦП в зависимости от разрешения и частоты дискретизации.

Параллельные АЦП

Большинство высокоскоростных осциллографов и некоторые высокочастотные измерительные приборы используют параллельные АЦП из-за их высокой скорости преобразования, которая может достигать 5Г (5*10⁹) отсчетов/сек для стандартных устройств и 20Г отсчетов/сек для оригинальных разработок. Обычно параллельные АЦП имеют разрешение до 8 разрядов, но встречаются также 10-ти разрядные версии.

Рис. 2 показывает упрощенную блок-схему 3-х разрядного параллельного АЦП (для преобразователей с большим разрешением принцип работы сохраняется). Здесь используется массив компараторов, каждый из которых сравнивает входное напряжение с индивидуальным опорным напряжением. Такое опорное напряжение для каждого компаратора формируется на встроенном прецизионном резистивном делителе. Значения опорных напряжений начинаются со значения, равного половине младшего значащего разряда (LSB), и увеличиваются при переходе к каждому следующему компаратору с шагом, равным V_REF /2³. В результате для 3-х разрядного АЦП требуется 2³-1 или семь компараторов. А, например, для 8-разрядного параллельного АЦП потребуется уже 255 (или (2⁸-1)) компараторов.

С увеличением входного напряжения компараторы последовательно устанавливают свои выходы в логическую единицу вместо логического нуля, начиная с компаратора, отвечающего за младший значащий разряд. Можно представить преобразователь как ртутный термометр: с ростом температуры столбик ртути поднимается. На рис. 2 входное напряжение попадает в интервал между V3 и V4, таким образом 4 нижних компаратора имеют на выходе «1», а верхние три компаратора — «0». Дешифратор преобразует (2³-1) — разрядное цифровое слово с выходов компараторов в двоичный 3-х разрядный код.

Параллельные АЦП — достаточно быстрые устройства, но они имеют свои недостатки. Из-за необходимости использовать большое количество компараторов параллельные АЦП потребляют значительную мощность, и их нецелесообразно использовать в приложениях с батарейным питанием.

 

АЦП последовательного приближения

Когда необходимо разрешение 12, 14 или 16 разрядов и не требуется высокая скорость преобразования, а определяющими факторами являются невысокая цена и низкое энергопотребление, то обычно применяют АЦП последовательного приближения. Этот тип АЦП чаще всего используется в разнообразных измерительных приборах и в системах сбора данных. В настоящий момент АЦП последовательного приближения позволяют измерять напряжение с точностью до 16 разрядов с частотой дискретизации от 100К (1х10³) до 1М (1х10⁶) отсчетов/сек.

Рис. 3 показывает упрощенную блок-схему АЦП последовательного приближения. В основе АЦП данного типа лежит специальный регистр последовательного приближения. В начале цикла преобразования все выходы этого регистра устанавливаются в логический 0, за исключением первого (старшего) разряда. Это формирует на выходе внутреннего цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) сигнал, значение которого равно половине входного диапазона АЦП. А выход компаратора переключается в состояние, определяющее разницу между сигналом на выходе ЦАП и измеряемым входным напряжением.

Например, для 8-разрядного АЦП последовательного приближения (рис. 4) выходы регистра при этом устанавливаются в «10000000». Если входное напряжение меньше половины входного диапазона АЦП, тогда выход компаратора примет значение логического 0. Это дает регистру последовательного приближения команду переключить свои выходы в состояние «01000000», что соответственно приведет к изменению выходного напряжения с ЦАП, подаваемого на компаратор. Если при этом выход компаратора по-прежнему оставался бы в «0», то выходы регистра переключились бы в состояние «00100000». Но на этом такте преобразования выходное напряжение ЦАП меньше, чем входное напряжение (рис. 4), и компаратор переключается в состояние логической 1. Это предписывает регистру последовательного приближения сохранить «1» во втором разряде и подать «1» на третий разряд. Описанный алгоритм работы затем вновь повторяется до последнего разряда. Таким образом, АЦП последовательного приближения требуется один внутренний такт преобразования для каждого разряда, или N тактов для N-разрядного преобразования.

Тем не менее, работа АЦП последовательного приближения имеет особенность, связанную с переходными процессами во внутреннем ЦАП. Теоретически, напряжение на выходе ЦАП для каждого из N внутренних тактов преобразования должно устанавливаться за одинаковый промежуток времени. Но на самом деле этот промежуток в первых тактах значительно больше, чем в последних. Поэтому время преобразования 16-разрядного АЦП последовательного приближения более, чем в два раза превышает время преобразования 8-разрядного АЦП данного типа.

 

Сигма-дельта АЦП

Для проведения большинства измерений часто не требуется АЦП со скоростью преобразования, которую даёт АЦП последовательного приближения, зато необходима большая разрешающая способность. Сигма-дельта АЦП могут обеспечивать разрешающую способность до 24 разрядов, но при этом уступают в скорости преобразования. Так, в сигма-дельта АЦП при 16 разрядах можно получить частоту дискретизации до 100К отсчетов/сек, а при 24 разрядах эта частота падает до 1К отсчетов/сек и менее, в зависимости от устройства.

Обычно сигма-дельта АЦП применяются в разнообразных системах сбора данных и в измерительном оборудовании (измерение давления, температуры, веса и т.п.), когда не требуется высокая частота дискретизации и необходимо разрешение более 16 разрядов.

Принцип работы сигма-дельта АЦП сложнее для понимания. Эта архитектура относится к классу интегрирующих АЦП. Но основная особенность сигма-дельта АЦП состоит в том, что частота следования выборок, при которых собственно и происходит анализ уровня напряжения измеряемого сигнала, существенно превышает частоту появления отсчетов на выходе АЦП (частоту дискретизации). Эта частота следования выборок называется частотой передискретизации. Так, сигма-дельта АЦП со скоростью преобразования 100К отсчетов/сек, в котором используется частота передискретизации в 128 раз больше, будет производить выборку значений входного аналогового сигнала с частотой 12. 8М отсчетов/сек.

Блок-схема сигма-дельта АЦП первого порядка приведена на рис. 5. Аналоговый сигнал подается на интегратор, выходы которого подсоединены к компаратору, который в свою очередь присоединен к 1-разрядному ЦАП в петле обратной связи. Путем серии последовательных итераций интегратор, компаратор, ЦАП и сумматор дают поток последовательных битов, в котором содержится информация о величине входного напряжения.

Результирующая цифровая последовательность затем подается на фильтр нижних частот для подавления компонентов с частотами выше частоты Котельникова (она составляет половину частоты дискретизации АЦП). После удаления высокочастотных составляющих следующий узел — дециматор — прореживает данные. В рассматриваемом нами АЦП дециматор будет оставлять 1 бит из каждых полученных 128 в выходной цифровой последовательности.

Так как внутренний цифровой ФНЧ в сигма-дельта АЦП представляет собой неотъемлемую часть для осуществления процесса преобразования, время установления ФНЧ становится фактором, который необходимо учитывать при скачкообразном изменении входного сигнала. Например, при переключении входного мультиплексора или при переключении предела измерения прибора необходимо подождать, пока пройдут несколько отсчетов АЦП, и лишь потом считывать корректные выходные данные.

Дополнительным и очень важным достоинством сигма-дельта АЦП является то, что все его внутренние узлы могут быть выполнены интегральным способом на площади одного кремниевого кристалла. Это заметно снижает стоимость конечных устройств и повышает стабильность характеристик АЦП.

 

Интегрирующие АЦП

И последний тип АЦП, о котором пойдет здесь речь — АЦП двухтактного интегрирования. В цифровых мультиметрах, как правило, используются именно такие АЦП, т.к. в этих измерительных приборах необходимо сочетание высокого разрешения и высокого помехоподавления. Идея преобразования в таком интегрирующем АЦП гораздо менее сложна, чем в сигма-дельта АЦП.

На рисунке 6 показан принцип работы АЦП двухтактного интегрирования. Входной сигнал заряжает конденсатор в течение фиксированного периода времени, который обычно составляет один период частоты питающей сети (50 или 60Гц) или кратен ему. При интегрировании входного сигнала в течение промежутка времени такой длительности высокочастотные помехи подавляются. Одновременно исключается влияние нестабильности напряжения сетевого источника питания на точность преобразования. Это происходит потому, что значение интеграла от синусоидального сигнала равно нулю, если интегрирование осуществляется во временном интервале, кратном периоду изменения синусоиды.

По окончании времени заряда АЦП разряжает конденсатор с фиксированной скоростью, в то время как внутренний счетчик подсчитывает количество тактовых импульсов за время разряда конденсатора. Большее время разряда, таким образом, соответствует большему значению показаний счетчика и большему измеряемому напряжению (рис.6).

АЦП двухтактного интегрирования имеют высокую точность и высокую разрешающую способность, а также имеют сравнительно простую структуру. Это дает возможность выполнять их в виде интегральных микросхем. Основной недостаток таких АЦП — большое время преобразования, обусловленное привязкой периода интегрирования к длительности периода питающей сети. Например, для 50 Гц — оборудования частота дискретизации АЦП двухтактного интегрирования не превышает 25 отсчетов/сек. Конечно, такие АЦП могут работать и с большей частотой дискретизации, но при увеличении последней помехозащищенность падает.

 

Спецификация АЦП

Существуют общие определения, которые принято использовать в отношении аналого-цифровых преобразователей. Тем не менее, характеристики, приводимые в технической документации производителей АЦП, могут показаться довольно путаными. Правильный же выбор оптимального по сочетанию своих характеристик АЦП для конкретного приложения требует точной интерпретации данных, приводимых в технической документации.

Наиболее часто путаемыми параметрами являются разрешающая способность и точность, хотя эти две характеристики реального АЦП крайне слабо связаны между собой. Разрешение не идентично точности, 12-разрядный АЦП может иметь меньшую точность, чем 8-разрядный. Для АЦП разрешение представляет собой меру того, на какое количество сегментов может быть поделен входной диапазон измеряемого аналогового сигнала (например, для 8-разрядного АЦП это 2⁸=256 сегментов). Точность же характеризует суммарное отклонение результата преобразования от своего идеального значения для данного входного напряжения. То есть, разрешающая способность характеризует потенциальные возможности АЦП, а совокупность точностных параметров определяет реализуемость такой потенциальной возможности.

АЦП преобразует входной аналоговый сигнал в выходной цифровой код. Для реальных преобразователей, изготавливаемых в виде интегральных микросхем, процесс преобразования не является идеальным: на него оказывают влияние как технологический разброс параметров при производстве, так и различные внешние помехи. Поэтому цифровой код на выходе АЦП определяется с погрешностью. В спецификации на АЦП указываются погрешности, которые дает сам преобразователь. Их обычно делят на статические и динамические. При этом именно конечное приложение определяет, какие характеристики АЦП будут считаться определяющими, самыми важными в каждом конкретном случае.

 

Статическая погрешность

В большинстве применений АЦП используют для измерения медленно изменяющегося, низкочастотного сигнала (например, от датчика температуры, давления, от тензодатчика и т. п.), когда входное напряжение пропорционально относительно постоянной физической величине. Здесь основную роль играет статическая погрешность измерения. В спецификации АЦП этот тип погрешности определяют аддитивная погрешность (Offset), мультипликативная погрешность (Full-Scale), дифференциальная нелинейность (DNL), интегральная нелинейность (INL) и погрешность квантования. Эти пять характеристик позволяют полностью описать статическую погрешность АЦП.

 

Идеальная передаточная характеристика АЦП

Передаточная характеристика АЦП — это функция зависимости кода на выходе АЦП от напряжения на его входе. Такой график представляет собой кусочно-линейную функцию из 2^N «ступеней», где N — разрядность АЦП. Каждый горизонтальный отрезок этой функции соответствует одному из значений выходного кода АЦП (см. рис. 7). Если соединить линиями начала этих горизонтальных отрезков (на границах перехода от одного значения кода к другому), то идеальная передаточная характеристика будет представлять собой прямую линию, проходящую через начало координат.

Рис. 7 иллюстрирует идеальную передаточную характеристику для 3-х разрядного АЦП с контрольными точками на границах перехода кода. Выходной код принимает наименьшее значение (000b) при значении входного сигнала от 0 до 1/8 полной шкалы (максимального значения кода этого АЦП). Также следует отметить, что АЦП достигнет значения кода полной шкалы (111b) при 7/8 полной шкалы, а не при значении полной шкалы. Т.о. переход в максимальное значение на выходе происходит не при напряжении полной шкалы, а при значении, меньшем на наименьший значащий разряд (LSB), чем входное напряжение полной шкалы. Передаточная характеристика может быть реализована со смещением -1/2 LSB. Это достигается смещением передаточной характеристики влево, что смещает погрешность квантования из диапазона -1… 0 LSB в диапазон -1/2 … +1/2 LSB.

Из-за технологического разброса параметров при изготовлении интегральных микросхем реальные АЦП не имеют идеальной передаточной характеристики. Отклонения от идеальной передаточной характеристики определяют статическую погрешность АЦП и приводятся в технической документации.

 

Аддитивная погрешность

Идеальная передаточная характеристика АЦП пересекает начало координат, а первый переход кода происходит при достижении значения 1 LSB. Аддитивная погрешность (погрешность смещения) может быть определена как смещение всей передаточной характеристики влево или вправо относительно оси входного напряжения, как показано на рис.9. Таким образом, в определение аддитивной погрешности АЦП намеренно включено смещение 1/2 LSB.

 

Мультипликативная погрешность

Мультипликативная погрешность (погрешность полной шкалы) представляет собой разность между идеальной и реальной передаточными характеристиками в точке максимального выходного значения при условии нулевой аддитивной погрешности (смещение отсутствует). Это проявляется как изменение наклона передаточной функции, что иллюстрирует рис. 10.

Дифференциальная нелинейность

У идеальной передаточной характеристики АЦП ширина каждой «ступеньки» должна быть одинакова. Разница в длине горизонтальных отрезков этой кусочно-линейной функции из 2^N «ступеней» представляет собой дифференциальную нелинейность (DNL).

Величина наименьшего значащего разряда у АЦП составляет V_ref/2^N, где V_ref — опорное напряжение, N — разрешение АЦП. Разность напряжений между каждым кодовым переходом должна быть равна величине LSB. Отклонение этой разности от LSB определяются как дифференциальная нелинейность. На рисунке это показано как неравные промежутки между «шагами» кода или как «размытость» границ переходов на передаточной характеристике АЦП.

 

Интегральная нелинейность

Интегральная нелинейность (INL) — это погрешность, которая вызывается отклонением линейной функции передаточной характеристики АЦП от прямой линии, как показано на рис. 12. Обычно передаточная функция с интегральной нелинейностью аппроксимируется прямой линией по методу наименьших квадратов. Часто аппроксимирующей прямой просто соединяют наименьшее и наибольшее значения. Интегральную нелинейность определяют путем сравнения напряжений, при которых происходят кодовые переходы. Для идеального АЦП эти переходы будут происходить при значениях входного напряжения, точно кратных LSB. А для реального преобразователя такое условие может выполняться с погрешностью. Разность между «идеальными» уровнями напряжения, при которых происходит кодовый переход, и их реальными значениями выражается в единицах LSB и называется интегральной нелинейностью.

 

Погрешность квантования

Одна из наиболее существенных составляющих ошибки при измерениях с помощью АЦП — погрешность квантования -является результатом самого процесса преобразования. Погрешность квантования — это погрешность, вызванная значением шага квантования и определяемая как ½ величины наименьшего значащего разряда (LSB). Она не может быть исключена в аналого-цифровых преобразованиях, так как является неотъемлемой частью процесса преобразования, определяется разрешающей способностью АЦП и не меняется от АЦП к АЦП с равным разрешением.

 

Динамические характеристики

Динамические характеристики АЦП обычно определяют с помощью спектрального анализа, по результатам выполнения быстрого преобразования Фурье (БПФ) над массивом выходных значений АЦП, соответствующих некоторому тестовому входному сигналу.

На рис. 13 представлен пример частотного спектра измеряемого сигнала. Нулевая гармоника соответствует основной частоте входного сигнала. Все остальное представляет собой шум, который содержит гармонические искажения, тепловой шум, шум 1/f и шум квантования. Некоторые составляющие шума генерируются самим АЦП, некоторые могут поступать на вход АЦП из внешних цепей. Гармонические искажения, например, могут содержаться в измеряемом сигнале и одновременно генерироваться АЦП в процессе преобразования.

Отношение «сигнал/шум»

Отношение «сигнал/шум» (SNR) — это отношение среднеквадратического значения величины входного сигнала к среднеквадратическому значению величины шума (за исключением гармонических искажений), выраженное в децибелах:

SNR(dB) = 20 log [ V_signal(rms)/ V_noise(rms) ]

Это значение позволяет определить долю шума в измеряемом сигнале по отношению к полезному сигналу.

Шум, измеряемый при расчете SNR, не включает гармонические искажения, но включает шум квантования. Для АЦП с определенным разрешением именно шум квантования ограничивает возможности преобразователя теоретически лучшим значением отношения сигнал/шум, которое определяется как:

SNR(db) = 6.02 N + 1.76, 
где N — разрешение АЦП.

Спектр шума квантования АЦП стандартных архитектур имеет равномерное распределение по частоте. Поэтому величина этого шума не может быть уменьшена путем увеличения времени преобразования и последующего усреднения результатов. Шум квантования может быть снижен только путем проведения измерений с помощью АЦП большей разрядности.

Особенность сигма-дельта АЦП состоит в том, что спектр шума квантования у него распределен по частоте неравномерно — он смещен в сторону высоких частот. Поэтому, увеличивая время измерения (и, соответственно, количество выборок измеряемого сигнала), накапливая и затем усредняя полученную выборку (фильтр нижних частот), можно получить результат измерений с более высокой точностью. Естественно, при этом общее время преобразования будет возрастать.

Другие источника шума АЦП включают тепловой шум, шум составляющей 1/f и джиттер опорной частоты.

 

Общие гармонические искажения

Нелинейность в результатах преобразования данных приводит к появлению гармонических искажений. Такие искажения наблюдаются как «выбросы» в спектре частот на четных и нечетных гармониках измеряемого сигнала (рис. 15).

Эти искажения определяют как общие гармонические искажения (THD). Они определяются как:

Величина гармонических искажений уменьшается на высоких частотах до точки, в которой амплитуда гармоник становится меньше, чем уровень шума. Таким образом, если мы анализируем вклад гармонических искажений в результаты преобразования, это можно делать либо во всем спектре частот, ограничивая при этом амплитуду гармоник уровнем шума, либо ограничивая полосу частот для анализа. Например, если в нашей системе стоит ФНЧ, то высокие частоты нам просто неинтересны и высокочастотные гармоники не подлежат учету.

 

Отношение «сигнал/шум и искажения»

Отношение «сигнал/шум и искажения» (SiNAD) более полно описывает шумовые характеристики АЦП. SiNAD учитывает величину как шума, так и гармонических искажений по отношению к полезному сигналу. SiNAD рассчитывается по следующей формуле:

 

Динамический диапазон, свободный от гармоник

Динамический диапазон, свободный от гармоник, представляет собой разницу между величиной измеряемого сигнала и наибольшим пиком искажений (см. рис.16). Этот динамический диапазон обозначается как SFDR. Он ограничен снизу амплитудой максимальной гармоники паразитных выбросов на выходе АЦП в диапазоне его рабочих частот.

Спецификация АЦП, приводимая в технической документации на микросхемы, помогает обоснованно выбрать преобразователь для конкретного применения. В качестве примера рассмотрим спецификацию АЦП, интегрированного в новый микроконтроллер C8051F064 производства фирмы Silicon Laboratories.

 

Микроконтроллер C8051F064

Кристалл C8051F064 представляет собой скоростной 8-разрядный микроконтроллер для совместной обработки аналоговых и цифровых сигналов с двумя интегрированными 16-разрядными АЦП последовательных приближений.

Встроенные АЦП могут работать в однопроводном и дифференциальном режимах при максимальной производительности до 1М отсчетов/сек. На рис. 17 приведены основные характеристики АЦП микроконтроллера C8051F064. Для самостоятельной оценки возможностей C8051F064 по цифровой и аналоговой обработке данных можно воспользоваться недорогим оценочным комплектом C8051F064EK (рис. 18). Комплект содержит оценочную плату на базе C8051F064, USB-кабель, документацию, а также программное обеспечение для тестирования аналоговых динамических и статических характеристик интегрированного высокоточного 16-разрядного АЦП.

VDD= 3.0 V, AV+ = 3.0 V, AVDD = 3.0 V, VREF = 2.50 V (REFBE=0), -40 to +85°, если не указано иначе

Параметры	Условия	Мин.	Типичное	Макс.	Единицы измерения
Характеристики на постоянном токе
Разрядность			16		бит
Интегральная нелинейность	Однопроводный		±0. 75	±2	LSB
	Однопроводный		±0.5	±1	LSB
Дифференциальная нелинейность	Гарантированная монотонность		±+0.5		LSB
Аддитивная погрешность (смещение)			0.1		мВ
Мультипликативная погрешность			0.008		% F.S.
Температурный коэффициент усиления			0.5		ppm/°C
Динамические характеристики (Частота дискретизации 1 Msps, AVDD, AV+ = 3.3 В)
Сигнал/шум и искажения	Fin = 10 кГц, однопроводный		86		дБ
	Fin = 100 кГц, однопроводный		84		дБ
	Fin = 10 кГц, дифференциальный		89		дБ
	Fin = 100 кГц, дифференциальный		88		дБ
Общие гармонические искажения	Fin = 10 кГц, однопроводный		96		дБ
	Fin = 100 кГц, однопроводный		84		дБ
	Fin = 10 кГц, дифференциальный		103		дБ
	Fin = 100 кГц, дифференциальный		93		дБ
Динамический диапазон, свободный от гармоник	Fin = 10 кГц, однопроводный		97		дБ
	Fin = 100 кГц, однопроводный		88		дБ
	Fin = 10 кГц, дифференциальный		104		дБ
	Fin = 100 кГц, дифференциальный		99		дБ

Cписок литературы.

1. http://www.wbc-europe.com/en/services/pim_application_guide.html
2. www.silabs.com

Расчёт цифровой части. Условное графическое обозначение типового АЦП. Организация модулей памяти для микроконтроллера

Физика \ Средства отображения информации

Страницы работы

6 страниц (Word-файл)

Посмотреть все страницы

Скачать файл

Фрагмент текста работы

Расчёт цифровой части.

В данной курсовой работе в качестве основного узла управления применен микроконтроллер КМ1816ВЕ31. Данный микроконтроллер выполнен на основе высокоуровневой n-МОП технологии и выпускается в 40 выводном корпусе БИС. Через четыре программируемых порта ввода/вывода МК31 взаимодействует со средней в стандарте ТТЛ-схем с тремя состояниями выхода.

УГО МК31 приведена на рисунке 13. 

 

Рис. 13. принципиальная схема подключения КМ1816ВЕ31.

Микроконтроллер КМ1816ВЕ31 имеет четыре порта предназначенные для ввода и вывода информации побайтно. Порты Р0, Р2 используются для обращения с внешней памятью, при этом через порт Р0 в режиме временного мультиплексирования сначала выводится младший байт адреса ВП, а затем выдаётся или принимается байт данных. Через порт Р2 выводится старший байт адреса, если разрядность адреса равна 16 бит.

Порт Р0 является двунаправленным, а порты Р1, Р2 и Р3 квазидвунаправленными. Каждая линия портов  может быть использована независимо для ввода или вывода.

Организация модулей памяти для микроконтроллера.

Микроконтроллер КМ1816ВЕ31 имеет внутреннюю память данных объёмом 128 байт. Кроме того, к адресному пространству резидентной памяти данных примыкают адреса регистров специальных функций. Так как по условию задания нам необходимо обеспечить хранение последнего измерения в течении одного часа, а мы делаем одно измерение в минуту, то нам необходимо для хранения информации память объёмом 120 Байт, максимальная измеряемая температура равна 600 °С, а это 10 0101 1000 в битах и будет занимать 2 Байта. Получается что резидентной памяти данных нам не хватает, поэтому придётся использовать внешнюю память данных (ВПД).

Так же данный микроконтроллер не имеет резидентной памяти команд, поэтому используется внешняя память команд (ВПК), при подключении микроконтроллера необходима вывод EA/VPP присоединить к земле.

В качестве ВПД будем использовать микросхему ОЗУ КР537РУ10, которая имеет объём памяти равный 2 КБайт, и восьми разрядный выход данных, что удобно для подключению к микроконтроллеру. Роль внешней памяти данных будет выполнять микросхема РПЗУ К573РФ2, объёмом 2 КБайта. На рисунке 14 приведена схема подключения.   

 

Рис.14. подключение ВПД и ВПК к микроконтроллеру.

При работе с внешней памятью команд микроконтроллер использует сигнал PSEN, который вырабатывается только во время обращения к ВПК. Так как для вывода младшего байта адреса и ввода данных мы используем двунаправленный порт Р0, то для запоминания адреса используется внешний регистр КР1533ИР33, который записывает адрес из порта Р0 по сигналу ALE. Старший байт адреса фиксируется (сохраняется неизменным в течении одного цикла записи или чтения) в регистре-защёлке порта Р2. На рисунке 15 приведена диаграмма обращения к ВПК.

 

Рис. 15. временная диаграмма выработки команд из ВПК

 

Рис. 16. Временная диаграмма работы с ВПД.

При обращении к ВПД процесс фиксации адреса остаётся неизменным, только при подключении ВПД мы не используем старшие ячейки памяти, потому что нам достаточно и 256 Байт ВПД. При чтении или  записи данных в ВПД мы используем альтернативные функции порта Р3. А именно при обращении к ВПД на линиях порта Р3.7 и Р3.6 устанавливаются сигналы идентичные сигналам WR и RD. На рисунке 16 приведены диаграммы записи и чтения в ВПД.

Подключение АЦП к микроконтроллеру.

В данной курсовой работе в качестве АЦП выбрана микросхема восьмиканального АЦП AD7778, который имеет встроенный внутренний регистр для хранения результата преобразования, поэтому отпадает необходимость в установке внешнего регистра  для хранения преобразованного кода. Подключим АЦП к микроконтроллеру по схеме представленной на рисунке 17.

Так как у нас АЦП не только выдаёт код измерянного напряжения а ещё и управляется через управляющее слово, т. е. мы не только считываем данные из АЦП, но и записываем в него управляющее слово, поэтому для удобства работы установим между АЦП микросхему приёмо — передатчика К555АП68, которая управляется сигналами WR и RD, выбирается направление передачи, и сигналом выбора АЦП с селектора устройств.

Как видно из рисунка при таком подключении АЦП не имеет своего адреса, и в принципе к нему можно обращаться по любому адресу, только сначала его необходимо выбрать на селекторе устройств, после чего все другие устройства отключаться. При программировании микроконтроллера необходима обратить внимание, что нельзя обращаться к АЦП покуда он не завершил преобразование иначе АЦП выдаст либо неправильный код, если поступил сигнал на чтение преобразованного кода не вовремя, либо прекратит это преобразование и перейдёт к следующему преобразованию без выдачи преобразованного кода, если в момент преобразования произошла попытка записи управляющего слова.

     

Рис. 17. Подключение АЦП к микроконтроллеру.

Селектор устройств построен на дешифраторе, линиями порта Р1.3 и Р1.4 выбирается какое из трёх устройств память, контроллер клавиатуры и дисплея или внешняя память данных будут подключены к микроконтроллеру.

Р1.4	Р1.3	Устройство
0	0	АЦП
0	1	ВПД
1	0	ККД
1	1	отключены

Организация вывода информации на семисегментные индикаторы.

Для ввода информации с клавиатуры и вывода информации на дисплей будем использовать контроллер клавиатуры и дисплея (ККД) КР580ВД79, представляющее собой универсальное программируемое устройство сопряжения с клавиатурой и дисплеем на основе семисегментных светодиодных индикаторах. Использование ККД позволяет разгрузить микроконтроллер от операций

Похожие материалы

Информация о работе

Скачать файл

Data Capsule-Evo (DAQ) Оборудование для сбора данных



Животное

Другое

Код продукта:17308

Категория: Датчики и регистраторы

Обеспечивает точную регистрацию изометрического или изотонического сокращения/расслабления тканей. Для изучения действия лекарств или электрических раздражителей на изолированные гладкие мышцы (включая матку, трахею, желудочно-кишечный тракт, полоски сосудов, ушную раковину и т. д.) в оптимальных условиях.

Классический фармакологический инструмент для исследований и обучения. Поддерживает целостность живой мышечной ткани в течение нескольких часов в контролируемой среде и обеспечивает точную регистрацию изометрического или изотонического сокращения/расслабления ткани.

Подробное описание + —

Универсальная многофункциональная система сбора физиологических данных

• DataCapsule-Evo от iWorx — это универсальная многофункциональная система сбора физиологических данных с лучшим в своем классе программным обеспечением для анализа данных.
• Высокое разрешение (16-разрядный АЦП) и высокая чувствительность по сравнению с обычными регистраторами. Более 4+4 каналов, плюс 4 канала iWire.
• Усовершенствованная и многофункциональная система с восемью цифровыми входами и выходами, стимулятором низкого и высокого напряжения, встроенным датчиком барометрического давления и четырьмя входами iWire.
• Каждый канал независимый, каждый имеет свой 16-битный аналого-цифровой преобразователь.
• Настройка проста в использовании. USB-подключение к ПК или компьютерам Apple.
• Универсальное программное обеспечение LabScribe, поставляемое с системой для сбора и анализа данных.
• Каждый канал оснащен двойными, низковольтными, независимо программируемыми 16-битными +/- 15В стимуляторами. Параметры стимуляторов, такие как ширина импульса, частота и амплитуда, могут быть изменены на лету. Стандартные протоколы включают Pulse, Train, Step, Triangle, Ramp и Custom.
• Максимальная скорость выборки составляет 100 000 выборок в секунду, что делает его подходящим для широкого спектра физиологических записей.
• Триггер ввода для начала записи
• Высокое разрешение и чувствительность
• Соединения для широкого спектра датчиков, преобразователей и других устройств от Ugo Basile.

Особенности и преимущества + —

Характеристики	Преимущества
USB-соединение с ПК и MAC	Программное обеспечение LabScribe4 в комплекте
Входы DIN и выходы BNC	Разъемы для большинства датчиков
Триггер ввода для начала записи	Высокое разрешение и чувствительность
4 канала: каждый канал независимый	Каждый канал оснащен программируемым стимулятором

 

Технические характеристики + —

Вход
Аналоговые входы	8 независимых каналов с усилением
Разрешение ввода	24-битный дифференциальный
Скорость выборки	1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1 тыс. , 2 тыс., 5 тыс. выборок в секунду
Диапазон ввода	±10 В
Напряжение возбуждения	±5 В постоянного тока при 100 мА на канал
Входное сопротивление	667 Гб tup./182 Гб Мин.
Режим запуска	Внешний триггер /TTL или замыкание контакта), пороговый триггер из данных, пользовательский триггер
Системный шум	32 микровольта
Аналоговый выход
Аналоговый выход	8
Выходное разрешение	16 бит
Диапазон вывода	±10 В пост. тока
Режимы стимулятора	Импульсный, Последовательный, Постоянный, Шаговый, Линейный, Треугольный
Шаг по времени	0,04 мс, 0,4 мс, 4 мс
Длительность импульса (макс. )	1,2 с, 12 с, 120 с
Частота	12,5 кГц, 1,25 кГц, 125 кГц

Информация для заказа + —

DataCapsule, 8-канальный цифровой регистратор, стандартный пакет, включая программное обеспечение LabScribe4.
DataCapsule-Evo можно подключать к различным датчикам. Среди предложенных Уго Базиле:
7003-G Изометрический датчик силы, тип DY1
7004-G Изометрический датчик силы, тип DY2
7005-G Изометрический датчик силы, тип DY3
Изометрический датчик силы 7010-G, тип DY0
7006-G Изотонический преобразователь
17844-G Датчик давления

 

Ресурсы и загрузки + —

Брошюра с инструкцией по быстрой настройке

Вернуться к: Датчики и регистраторы

• Следующий продукт
• Предыдущий продукт

Роль диффузионно-взвешенной визуализации в диагностике гнойного внутрипазухового содержимого: ретроспективное исследование

Сохранить цитату в файл

Формат: Резюме (текст) PubMedPMIDAbstract (текст) CSV

Добавить в коллекции

• Создать новую коллекцию
• Добавить в существующую коллекцию

Назовите свою коллекцию:

Имя должно содержать менее 100 символов

Выберите коллекцию:

Невозможно загрузить вашу коллекцию из-за ошибки
Повторите попытку

Добавить в мою библиографию

• Моя библиография

Не удалось загрузить делегатов из-за ошибки
Повторите попытку

Ваш сохраненный поиск

Название сохраненного поиска:

Условия поиска:

Тестовые условия поиска

Эл. адрес: (изменить)

Который день? Первое воскресеньеПервый понедельникПервый вторникПервая средаПервый четвергПервая пятницаПервая субботаПервый деньПервый рабочий день

Который день? воскресеньепонедельниквторниксредачетвергпятницасуббота

Формат отчета: РезюмеРезюме (текст)АбстрактАбстракт (текст)PubMed

Отправить максимум: 1 шт. 5 шт. 10 шт. 20 шт. 50 шт. 100 шт. 200 шт.

Отправить, даже если нет новых результатов

Необязательный текст в электронном письме:

Создайте файл для внешнего программного обеспечения для управления цитированием

Полнотекстовые ссылки

Уайли

Полнотекстовые ссылки

. 2019 сен; 44 (5): 762-769.

doi: 10.1111/coa.13388. Epub 2019 23 июля.

Томас Радулеско ^{1 2} , Уго Шемама ³ , Жюльен Манчини ^{4 5} , Гай Мулен ³ , Патрик Десси ¹ , Джастин Мишель ^{1 2} , Артур Вароко ^{3 6}

Принадлежности

• ¹ Отделение ЛОР-хирургии, Университет Экс-Марсель, APHM, Университетская клиника Ла-Консешн, Марсель, Франция.
• ² CNRS, IUSTI, Экс-Марсельский университет, Марсель, Франция.
• ³ Отделение медицинской визуализации, Университетская клиника Концепшн, Экс-Марсельский университет, Марсель, Франция.
• ⁴ Департамент общественного здравоохранения (BIOSTIC), APHM, Университетская больница Ла Тимона, Марсель, Франция.
• ⁵ IRD, Экс-Марсельский университет, Inserm, UMR912 SESSTIM, Марсель, Франция.
• ⁶ Биофизика и ядерная медицина, Европейский центр исследований в области медицинской визуализации, Университетская клиника Ла Тимон, Экс-Марсельский университет, Марсель, Франция.

• PMID: 31169984
• DOI: 10. 1111/коа.13388

Томас Радулеско и др. Клин Отоларингол. 2019 Сентябрь

. 2019 сен; 44 (5): 762-769.

doi: 10.1111/coa.13388. Epub 2019 23 июля.

Авторы

Томас Радулеско ^{1 2} , Уго Шемама ³ , Жюльен Манчини ^{4 5} , Гай Мулен ³ , Патрик Десси ¹ , Джастин Мишель ^{1 2} , Артур Вароко ^{3 6}

Принадлежности

• ¹ Отделение ЛОР-хирургии, Университет Экс-Марсель, APHM, Университетская клиника Ла-Консепшн, Марсель, Франция.
• ² CNRS, IUSTI, Экс-Марсельский университет, Марсель, Франция.
• ³ Отделение медицинской визуализации, Университетская клиника Концепшн, Экс-Марсельский университет, Марсель, Франция.
• ⁴ Департамент общественного здравоохранения (BIOSTIC), APHM, Университетская больница Ла Тимона, Марсель, Франция.
• ⁵ IRD, Экс-Марсельский университет, Inserm, UMR912 SESSTIM, Марсель, Франция.
• ⁶ Биофизика и ядерная медицина, Европейский центр исследований в области медицинской визуализации, Университетская клиника Ла Тимон, Экс-Марсельский университет, Марсель, Франция.

• PMID: 31169984
• DOI: 10. 1111/коа.13388

Абстрактный

Цели: Целью данного исследования был анализ МРТ с морфологическими (T1, T2) и диффузионными последовательностями (DWI, b1000) у пациентов с неагрессивными паттернами помутнения пазухи, оперированных методом функциональной эндоскопической хирургии пазух (FESS).

Дизайн: Ретроспективное исследование.

Параметр: Диффузионная визуализация при патологии околоносовых пазух остается малоизученной. На сегодняшний день ни одна система визуализации не способна определить гнойное содержимое нерасширенной пломбы пазухи.

Участники: Мы включили последовательных пациентов, перенесших FESS, которым была выполнена МРТ придаточных пазух носа. Субъекты были распределены в группы «Случай» (гной) или «Контроль» (без гноя) в зависимости от содержимого пазухи, обнаруженного во время операции. ФЭСС выполняли при остром бактериальном риносинусите, обострении хронического риносинусита, негнойном синусите, назосинусальном полипозе, антрохоанальном полипе, изолированном полипе, ангиоматозном полипе и эозинофильном грибковом синусите. Опухоли, мукоцеле и грибковые образования были исключены.

Основные показатели результата: Мы проанализировали последовательности T1, T2, b1000 и МРТ, а также карту ADC.

Полученные результаты: При однофакторном анализе промежуточный сигнал в T2 и высокий сигнал в b1000 были связаны с случаями (P <0,001), как и низкие значения ADC (P <0,001). Разница в средних значениях ADC между случаями и контролем была статистически значимой (соответственно, 0,518 против 2,041 × 10 ^-3 мм ² /сек, P < 0,01). При многофакторном анализе МРТ с ADC < 0,725 × 10 ^-3 мм ² /сек и b1000_SI > головного мозга была значимо связана с группой случаев. МРТ с b1000_SI < головного мозга и ADC > 1,450 × 10 ^-3 мм ² /сек была достоверно связана с контрольной группой.

Выводы: Диффузионная МРТ дает чрезвычайно многообещающие результаты в отношении характеристики содержания инфекционных заболеваний носовых пазух.

Ключевые слова: АЦП; МРТ; диффузия; характеристика жидкости; функциональная эндоскопическая хирургия околоносовых пазух; синусит.

© 2019 John Wiley & Sons Ltd.

Похожие статьи

• Антрохоанальный полип: клиническая картина и ретроспективное сравнение эндоскопической хирургии околоносовых пазух и эндоскопической хирургии околоносовых пазух плюс хирургические процедуры мини-Колдуэлла.

  Келлес М., Топлу Ю., Йылдырым И., Окур Э. Келлес М. и соавт. J Craniofac Surg. 2014 сен; 25 (5): 1779-81. doi: 10.1097/SCS.0000000000000901. J Craniofac Surg. 2014. PMID: 25098571

• Первичные и вторичные микозы придаточных пазух носа: клиника и результаты лечения.

  Хан Д.Х., Ан С.Ю., Ким С.В., Ким Д.Ю., Ри К.С., Ли Ч., Мин Ю.Г. Хан Д.Х. и др. Acta Otolaryngol Suppl. 2007 Октябрь; (558): 78-82. дои: 10.1080/03655230701624913. Acta Otolaryngol Suppl. 2007. PMID: 17882575

• Диффузионно-взвешенная магнитно-резонансная томография околоносовых пазух: систематический обзор.

  Муньоз Л., Абдала Джуниор Р., Абдала Р., Арита Э.С. Муньоз Л. и соавт. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol. 2018 декабрь; 126 (6): 521-536. doi: 10.1016/j.oooo.2018.07.004. Epub 2018 21 июля. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol. 2018. PMID: 30143461

• Визуализация придаточных пазух носа после эндоскопической хирургии пазух.

  Гинат ДТ. Гинат ДТ. Нейровизуализация Clin N Am. 2015 ноябрь;25(4):653-65. doi: 10.1016/j.nic.2015.07.008. Epub 2015 22 августа. Нейровизуализация Clin N Am. 2015. PMID: 26476384 Обзор.

• Хирургия пазухи у лошадей.

  Пиготт Дж. Пиготт Дж. Vet Clin North Am Equine Pract. 2020 дек;36(3):613-639. doi: 10.1016/j.cveq.2020.08.003. Epub 2020 14 октября. Vet Clin North Am Equine Pract. 2020. PMID: 33067095 Обзор.

Посмотреть все похожие статьи

использованная литература

ССЫЛКИ

1. 1. Фельдт Б. , Дион Г.Р., Вейцель Э.К., МакМейнс К.С. Острый синусит. South Med J. 2013;106(10):577-581.
2. 1. Мишель Дж., Радулеско Т., Грациани Дж., Пенико М., Десси П. Транспальпебральный подход при заболеваниях лобных пазух: замаскированная техника. Клин Отоларингол. 2018;43(4):1189-1191.
3. 1. Хуанг Б.И., старший бакалавр искусств, Кастильо М. Современные тенденции в синоназальной визуализации. Нейровизуализация Clin N Am. 2015;25:507-525.
4. 1. Lo Casto A, Lorusso F, Lombardo F, Speciale R. Вторичное септальное мукоцеле, диагностированное с помощью МРТ и КЛКТ и леченное хирургическим путем. Б-ЛОР. 2014;10:221-225.
5. 1. Тони Х.