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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Un simple ADC - préfixe à un PC. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / ordinateurs Actuellement, les convertisseurs analogique-numérique (ADC) sont de plus en plus utilisés dans les conceptions de radio amateur. Cela est dû à l'avènement de puces ADC abordables et aux avantages offerts par le traitement numérique des signaux analogiques. Grâce à l'ADC, vous pouvez facilement transformer un ordinateur personnel (PC) en n'importe quel appareil de mesure virtuel. De plus, la partie électronique d'un tel dispositif peut être très simple, et tout le traitement du signal se fera par programmation. Le dispositif décrit dans l'article est conçu pour convertir un signal analogique en un code numérique à six bits et peut servir de préfixe à un PC. Les domaines d'application sont très divers - des instruments de mesure virtuels aux divers systèmes d'enregistrement sonore. Des conceptions basées sur ADC ont été publiées à plusieurs reprises sur les pages du magazine "Radio". Cependant, ils utilisaient principalement des microcircuits avec un code de sortie BCD ou un code pour indicateurs à sept éléments [1]. Cette approche n'est pas pratique pour entrer des informations dans un PC. Le dispositif proposé à l'attention des lecteurs utilise le microcircuit KR1107PV1, qui est un CAN parallèle à six bits à grande vitesse [2]. Il est conçu pour convertir une tension dans la plage -2...0 V en l'un des codes de lecture parallèle potentiels : code binaire (direct et inverse) et code en complément à deux (direct et inverse). Ce microcircuit a été choisi car, d'une part, il est disponible pour un large éventail de radioamateurs et est relativement peu coûteux, et d'autre part, il a une vitesse élevée (la fréquence de conversion maximale est de 20 MHz, un temps de conversion ne dépasse pas 100 ns). Le schéma de principe de l'appareil est illustré à la fig. une.
Le circuit de commutation recommandé KR1107PV1A [2] est pris comme base, ce qui est considérablement simplifié sans détérioration notable de la précision de conversion. Le signal analogique converti via la prise 1 de la prise XS1 et la résistance R4 est envoyé à l'entrée inverseuse de l'ampli-op DA1. Une telle inclusion a été utilisée car il est plus souvent nécessaire de numériser la tension de polarité positive, et la puce ADC convertit la tension dans la plage de 0 à -2 V. La tension de polarisation nulle est supprimée du moteur de résistance d'accord R1. Les résistances R5 et R4 déterminent le gain requis de l'ampli-op. Le signal analogique amplifié est envoyé à travers les résistances R7-R9 aux broches 10, 13, 15 de l'ADC. Le fonctionnement de l'ADC DA2 est contrôlé par des impulsions d'horloge provenant du PC (via la broche 8 de la prise XS2) vers la broche 4. L'encodage est effectué après le passage de l'impulsion d'horloge et le résultat obtenu lors du processus de conversion est transféré au registre de sortie simultanément avec le front de l'impulsion d'horloge suivante. Cela permet aux fronts de l'impulsion d'horloge de produire l'échantillon suivant, c'est-à-dire qu'au moment où le résultat du n-ième échantillon est présent en sortie de DA2, le (n + 2)-ième échantillon est réalisé en entrée. Le code numérique est extrait des sorties D1 - D6 et émis vers la prise XS2. Il est à noter que la désignation des sorties du microcircuit est opposée à leur poids : la sortie D1 correspond au poids fort, et D6 au poids faible. Le type de code (direct, inverse, additionnel) aux sorties du microcircuit est déterminé par les niveaux des signaux aux entrées C1 et C2 du microcircuit. Leur raccordement au bus +5 V correspond à un niveau haut, et à un fil commun - bas. Le type de code requis à la sortie du microcircuit est défini par une combinaison de niveaux de signal aux entrées C1 et C2 conformément au tableau. 1.
ADC KR1107PV1A nécessite une tension d'alimentation bipolaire de +5 et -6 V. De plus, deux tensions de référence sont nécessaires. Ils définissent la gamme des tensions numérisées. Dans ce cas, l'une de ces tensions (Uobr1) est prise égale à zéro (la broche 16 du microcircuit est reliée à un fil commun), et la seconde (Uobr2) est égale à -2 V, ce qui, conformément à [2 ], détermine la plage de tension d'entrée ADC 0... -2 V. Un exemple de tension de -2 V est retiré de la résistance ajustable R6, incluse dans le circuit de tension d'alimentation à polarité négative. Les condensateurs C1 - C5 sont utilisés pour éliminer les interférences. Lors de l'assemblage de l'appareil, des résistances MLT, OMLT, des condensateurs à oxyde et céramique de tout type sont utilisés. Résistance ajustable R1 - également de tout type, R6 - de préférence un fil multi-tours, par exemple, SP5-1V, SP5-14, SP5-15, SP5-2, etc. Amplificateur opérationnel DA1 - presque tous ceux qui peuvent fonctionner à basses tensions d'alimentation, par exemple, KR140UD7. Pour étendre la gamme de fréquences, vous pouvez utiliser l'amplificateur opérationnel K574UDZ, dans lequel la fréquence de gain unitaire est de 10 MHz. L'appareil est alimenté par une source stabilisée bipolaire qui fournit des tensions de sortie de +5 V à un courant de 35 ... 40 mA et -6 V à un courant de 200 mA Avant d'allumer l'ADC pour la première fois, le curseur de la résistance R6 est réglé sur la position médiane. Lors de la mise sous tension, mesurez la tension de référence sur la broche 9 du microcircuit DA2 et réglez-la aussi précisément que possible sur -2 V. Le décalage d'origine requis est obtenu avec une résistance d'accord R1. Vous pouvez contrôler la position zéro par le code numérique de sortie ou la tension constante aux entrées analogiques de l'ADC (broches 10, 13, 15 DA2). Sur ce paramètre peut être considéré comme complet. L'ADC est connecté au PC via une interface (Fig. 2) installée dans un connecteur ISA libre sur la carte mère.
La carte d'interface contient quatre ports d'entrée/sortie avec les adresses ZE0N-ZEZN. Les éléments DD1.1-DD1.3 et DD2 forment un décodeur d'adresse. Les signaux du bus d'adresse PC sont reçus à leurs entrées, et si la combinaison ZE0N-ZEZN y apparaît, une tension d'activation de bas niveau est formée à la sortie DD2. Les signaux qui définissent le numéro de port dans l'espace d'adressage des ports correspondent aux deux bits les moins significatifs du bus d'adresse et sont transmis au décodeur DD4. Il reçoit également des signaux de validation via le bus AEN (cela signifie qu'il n'y a pas d'accès direct à la mémoire dans ce cycle) et des signaux IOW, IOR, ce qui correspond à l'écriture et à la lecture d'un périphérique externe. Le signal de la broche 15 du décodeur est transmis à l'entrée E du formateur de bus DD7 et permet le transfert de données du CAN vers le bus de données. Le signal apparaissant à la broche 14 du décodeur DD4 sert à synchroniser l'ADC DA2, à la broche 13 - pour réinitialiser le déclencheur DD6.1, et à la broche 12 - pour permettre aux informations d'être transmises au bus de données. Le déclencheur est conçu pour synchroniser l'ADC avec un appareil externe qui peut générer des impulsions d'horloge ou un signal prêt. Le signal d'horloge d'un appareil externe est envoyé via la broche 1 de la prise XS2 à l'entrée d'horloge du déclencheur. L'état de ce dernier est lu par le programme. Si un niveau haut est détecté à la broche 5 de DD6.1, cela signifie qu'une impulsion de synchronisation a été reçue d'un appareil externe. Une fois que l'état de la bascule a été lu, il doit être réinitialisé pour se préparer à recevoir la prochaine impulsion d'horloge. Quelques mots sur la vocation des ports. Le port avec l'adresse ZE0H est conçu pour lire les données de l'ADC (les bits D0-D5 contiennent la valeur du signal numérisé), avec l'adresse ZE1H - pour fournir une impulsion d'horloge à l'ADC (lors de l'écriture d'un octet sur ce port, le signal analogique est converti en numérique). Le port ZE2H permet de réinitialiser le déclencheur de synchronisation DD6.1 après lecture de son état. Une réinitialisation se produit lorsqu'un octet est écrit sur ce port. Enfin, le port 5ZN est dédié à la lecture de l'état du trigger, qui se traduit par le bit 5 de l'octet lu sur ce port. Le déclencheur est nécessaire pour fixer les impulsions de synchronisation de courte durée. Si, lors d'une lecture sur le port ZEZN, un niveau logique haut est détecté sur la sortie directe du trigger (bit D1=2), alors le programme le remet dans son état d'origine en écrivant un octet quelconque sur le port ZEXNUMXN. Le programme de lecture des données de l'ADC, écrit en Pascal, est présenté dans le tableau. 2.
Il est pratique d'utiliser une carte d'extension défectueuse pour l'emplacement ISA comme base de conception. Tous les éléments "hauts" (condensateurs, connecteurs) en sont retirés et les conducteurs imprimés allant vers les plots de contact de la pièce insérée dans l'encoche (fiche XP1 sur la Fig. 2) sont coupés. Les pièces sont montées sur une petite carte de circuit imprimé, qui est fixée avec des racks sur la carte d'extension. Les bornes de l'appareil sont connectées aux contacts de la fiche XP1 avec de courts morceaux de fil de montage. L'affectation des broches de l'emplacement ISA se trouve dans [3]. En conclusion, notons que dans la plupart des cas six bits suffisent pour représenter un signal analogique. Si un CAN avec une plage de tension d'entrée de 0 à 2 V est utilisé pour mesurer 2 V, l'erreur ne dépassera pas 0,03 V (ou 1,5 %). Lors de la mesure d'une tension de 0,2 V, l'erreur augmentera jusqu'à 15 %. Pour améliorer la précision des mesures, vous pouvez utiliser un CAN de plus grande capacité ou amplifier la tension mesurée à une valeur proche de la limite supérieure de l'intervalle (par exemple, modifiez le rapport des résistances des résistances R5 et R4). Avec les valeurs nominales indiquées sur le schéma (voir Fig. 1), l'appareil numérise les tensions d'entrée dans la plage de 0 ... 0.5 V et est capable de fonctionner avec un microphone domestique. Si, pour des raisons de précision dans la "numérisation" des signaux faibles, une profondeur de bits plus élevée est requise, le microcircuit KR1107PV1A peut être remplacé par un convertisseur huit bits K1107PV2 (naturellement, en tenant compte des différences de "brochage" et de consommation électrique). littérature
Auteurs : Yu.Kirillov, D.Sitanov, Ivanovo
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Commentaires sur l'article : Alexander Merci, bon article.
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