Микропроцессорный ацп поразрядного уравновешивания с весовой избыточностью калиброванного часть 2

МП представляют собой цифровые БИС, предназначенные для выполнения простых операций, иначе названных командами, считываются и осуществляются последовательно с большой скоростью. К числу внутренних схем МП относятся многоразрядные регистры, параллельные тракты данных буфера для подключения внешних устройств, многофункциональные схемы, логические схемы синхронизации и управления. Многофункциональные схемы предназначены для реализации простых арифметических и логических действий над двоичными числами, находящихся в регистрах процессора, и пересылок данных как внутри процессора, так и между ним и внешними устройствами. Схемы синхронизации и управления задают порядок действий процессора, для выполнения функций синхронизации им необходимы тактовые импульсы, постоянно поступают. Микропроцессорные средства используются в виде микропроцессорных комплектов интегральных микросхем, имеющих единое конструктивно-технологическое исполнение и предназначенных для совместного применения. Микропроцессорный комплект помимо самого МП содержит микросхемы, поддерживающие функционирование МП и расширяют его логические возможности. МК представляет собой логический автомат с высокой степенью детерминированности, который допускает немного вариантов в его системном включении. В устройствах управления объектами МК рассматриваются в виде совокупности аппаратно-программных средств. При проектировании схем на базе МК нужна реализация оптимального распределения функций между аппаратными средствами и программным обеспечением. Решение такой задачи осложняется тем, что взаимосвязь и взаимодействие между аппаратными и программными средствами динамично изменяются. В настоящее время распространена такая методология, при которой весь цикл разработки схем с использованием МК разделяют на три фазы: 1) анализ задачи и выбор аппаратных средств; 2) разработка прикладного программного обеспечения; 3) комплексирования аппаратных средств и программного обеспечения; Данная работа посвящена разработке микропроцессорного АЦП поразрядного уравновешивания с весовой избыточностью калиброванного. 1. Анализ технического задания Для выяснения требований к техническому заданию, целесообразно привести структуру АЦП поразрядного уравновешивания с весовой избыточностью калиброванного которая изображена на рисунке 1.1. Структура должна содержать: аналоговый коммутатор (АК) — для переключения между источниками аналоговых сигналов; для процедуры уравновешивания входного аналогового сигнала используется схема сравнения (СП), регистр последовательных приближений (РПП) и цифро-аналоговый преобразователь (-ЦАП), который работает в избыточном позиционной системе счисления (ИПСИ) (назовем ее рабочей системой счисления); цифровой вычислительное устройство (ЦОП) в котором, в зависимости от способа калибровки должны выполняться операции сложения, вычитания, умножения, деления и операции с памятью; для хранения цифровых эквивалентов действительных весов разрядов и промежуточных результатов вычислений — блок памяти (БП); блок вспомогательных сигналов (БДС) для создания нулевого входного аналогового сигнала, при определении погрешности смещения нуля и для измерительных АЦП, близкий к эталонному источник напряжения или тока, используемый при определении масштабного коэффициента; в некоторых случаях для фиксации уровня входного аналогового сигнала используется устройство выборки и хранения (УВХ); для согласования работы вышеупомянутых блоков используется блок управления (БУ). Как видим, введение весовой избыточности отражается только на — ЦАП, остальные блоков остается стандартным, поэтому все вычисления происходят в обще принятой двоичной системе счисления. Основное преимущество избыточных позиционных систем счисления (ИПСИ), реализована при аналого-цифровом преобразовании состоит в отсутствии «разрывов» в преобразовательной характеристике, вызванных отклонениями реальных весов разрядов от их расчетных значений. Для «двоичных» АЦП эти отклонения не должны превышать половины младшего разряда. Рисунок 1.1 — Структурная схема АЦП поразрядного уравновешивания с весовой избыточностью Для АЦП на основе «золотой пропорции» относительная погрешность весов разряда за счет технологических, температурных, временных факторов может достигать до 23,6%, что не приведет к пропускам кодов. Таким образом, есть возможность, зная точные значения реальных весов разрядов, участвующих в преобразовании, получить точное значение входного аналогового сигнала. Задача сводится к определению реальных весов разрядов в специальном режиме работы АЦП, названном калибровкой. Использование ИПСИ при заданные весов разрядов ЦАП, позволяет, за счет наличия зон перекрытия между соседними разрядами получить неразрывное передаточную характеристику даже при наличии значительных отклонений весов разрядов. Главным недостатком ЦАП, построенных с использованием ИПСИ, считается увеличение количества разрядов по сравнению с двоичным ЦАП, что теоретически должно приводить к увеличению времени уравновешивания. Но, как было доказано в трудах профессора О. Д.Азарова, быстродействие таких преобразователей может быть на порядок больше двоичные без потери точности за счет компенсации динамических погрешностей первого и второго рода. Основой системы счисления называется соотношение весов соседних разрядов . Для двоичной системы, а для избыточных систем. В ИПСИ с дробными весами разрядов частности относятся так называемые системы счисления золотой — пропорции. В системах счисления золотой — пропорции, любое натуральное число N * можно представить в виде 1.1 где — вес го разряда или — а степень золотой — пропорции. Соответственно при = 0 ИПСИ вырождается в двоичную систему счисления, = 1 — золотая пропорция, — единичный код. Значение для золотой пропорции равно 1,618. Применение указанной системы счисления в поразрядных АЦП позволяет выполнять самокалибрования исключительно в цифровой форме. Это в свою очередь позволяет отказаться от введения дополнительных аналоговых узлов и блоков для реализации процедуры калибровки весов разрядов. Использование таких дополнительных узлов в устройстве значительно усложняет аналоговую часть АЦП. Вместе с тем, калибровки весов разрядов в цифровой форме в АЦП на основе ИПСИ позволяет максимально использовать возможности цифровых вычислительных устройств, заменить аналоговые узлы цифровыми и тем самым упростить аналоговую часть преобразователей, а также снизить его стоимость.