Ein einfacher ADC - Präfix für einen PC. Schema, Beschreibung

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Ein einfacher ADC – eine Set-Top-Box für einen PC. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Computer

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Derzeit werden Analog-Digital-Wandler (ADCs) zunehmend in Amateurfunkdesigns eingesetzt. Dies ist auf das Aufkommen erschwinglicher ADC-Chips und die Vorteile zurückzuführen, die die digitale Verarbeitung analoger Signale bietet. Mit einem ADC können Sie einen Personal Computer (PC) ganz einfach in ein beliebiges virtuelles Messgerät verwandeln. Darüber hinaus kann der elektronische Teil eines solchen Geräts sehr einfach sein und die gesamte Signalverarbeitung erfolgt in Software.

Das im Artikel beschriebene Gerät dient zur Umwandlung eines analogen Signals in einen digitalen Sechs-Bit-Code und kann als Anschluss an einen PC dienen. Seine Einsatzgebiete sind sehr vielfältig – von virtuellen Messgeräten bis hin zu verschiedenen Tonaufzeichnungssystemen.

Auf ADCs basierende Designs wurden wiederholt auf den Seiten des Radio-Magazins veröffentlicht. Sie verwendeten jedoch hauptsächlich Chips mit einem binären dezimalen Ausgabecode oder einem Code für Sieben-Elemente-Indikatoren [1]. Dieser Ansatz ist für die Eingabe von Informationen in einen PC nicht geeignet.

Das unseren Lesern vorgestellte Gerät verwendet die Mikroschaltung KR1107PV1, einen parallelen Hochgeschwindigkeits-2-Bit-ADC [2]. Es dient zur Umwandlung von Spannungen im Bereich von -0...20 V in einen der möglichen parallelen Lesecodes: Binärcode (direkt und umgekehrt) und Zweierkomplementcode (direkt und umgekehrt). Diese Mikroschaltung wurde ausgewählt, weil sie erstens einem breiten Spektrum von Funkamateuren zur Verfügung steht und relativ kostengünstig ist und zweitens eine hohe Leistung aufweist (maximale Konvertierungsfrequenz - 100 MHz, Zeit einer Konvertierung - nicht mehr als XNUMX ns).

Das schematische Diagramm des Geräts ist in Abb. 1 dargestellt. eines.

Einfacher ADC - Präfix für einen PC

Als Basis dient die empfohlene Anschlussschaltung KR1107PV1A [2], die deutlich vereinfacht wird, ohne dass sich die Konvertierungsgenauigkeit spürbar verschlechtert. Das umgewandelte analoge Signal wird über Buchse 1 von Buchse XS1 und Widerstand R4 dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers DA1 zugeführt. Diese Verbindung wurde verwendet, da es häufiger erforderlich ist, eine Spannung mit positiver Polarität zu digitalisieren, und der ADC-Chip die Spannung im Bereich von 0 bis -2 V umwandelt. Die Null-Offset-Spannung wird vom Trimmerwiderstand R1 entfernt. Die Widerstände R5 und R4 bestimmen die erforderliche Verstärkung des Operationsverstärkers. Das verstärkte Analogsignal wird über die Widerstände R7-R9 den Pins 10, 13, 15 des ADC zugeführt.

Der Betrieb des DA2-ADC wird durch Taktimpulse gesteuert, die vom PC (über Pin 8 der XS2-Buchse) an Pin 4 gesendet werden. Die Codierung wird durchgeführt, nachdem die Unterbrechung des Taktimpulses verstrichen ist, und das während des Konvertierungsprozesses erhaltene Ergebnis ist gleichzeitig mit der Flanke des nächsten Taktimpulses an das Ausgangsregister übertragen. Dadurch können die Flanken des Taktimpulses den nächsten Abtastwert erzeugen, d. h. in dem Moment, in dem das Ergebnis des n-ten Abtastwerts am Ausgang von DA2 anliegt, wird der (n+2)-te Abtastwert am Eingang entnommen. Der digitale Code wird von den Ausgängen D1 – D6 übernommen und an der Buchse XS2 ausgegeben.

Es ist zu beachten, dass die Bezeichnung der Ausgänge der Mikroschaltung ihrem Gewicht entgegengesetzt ist: Ausgang D1 entspricht der höchstwertigen Ziffer und D6 der niedrigstwertigen Ziffer. Die Art des Codes (direkt, invers, zusätzlich) an den Ausgängen der Mikroschaltung wird durch die Signalpegel an den Eingängen C1 und C2 der Mikroschaltung bestimmt. Ihre Verbindung zum +5-V-Bus entspricht einer Versorgung mit hohem Pegel und mit der gemeinsamen Leitung einem niedrigen Pegel. Der erforderliche Codetyp am Ausgang der Mikroschaltung wird durch eine Kombination der Signalpegel an den Eingängen C1 und C2 gemäß Tabelle eingestellt. 1.

Einfacher ADC - Präfix für einen PC

Der ADC KR1107PV1A benötigt eine bipolare Stromversorgung mit Spannungen von +5 und -6 V. Zusätzlich sind zwei Referenzspannungen erforderlich. Sie bestimmen den Spannungsbereich, der digitalisiert werden soll. In diesem Fall wird eine dieser Spannungen (Uobp1) gleich Null angenommen (Pin 16 der Mikroschaltung ist mit dem gemeinsamen Draht verbunden) und die zweite (Uobp2) beträgt -2 V, was gemäß [2 ], bestimmt den ADC-Eingangsspannungsbereich 0... -2 V. Eine Referenzspannung von -2 V wird vom Schieber des Trimmwiderstands R6 abgenommen, der an den Versorgungsspannungskreis negativer Polarität angeschlossen ist. Die Kondensatoren C1 – C5 dienen der Störbeseitigung.

Beim Zusammenbau des Gerätes werden MLT-, OMLT-Widerstände, Oxid- und Keramikkondensatoren jeglicher Art verwendet. Trimmerwiderstand R1 – ebenfalls beliebiger Art, R6 – vorzugsweise ein mehrgängiger Drahtwiderstand, zum Beispiel SP5-1V, SP5-14, SP5-15, SP5-2 usw. Operationsverstärker DA1 – fast jeder, betriebsfähig bei niedrigen Versorgungsspannungen, zum Beispiel KR140UD7. Um den Frequenzbereich zu erweitern, können Sie den Operationsverstärker K574UDZ verwenden, dessen Einheitsverstärkungsfrequenz 10 MHz beträgt.

Das Gerät wird von einer bipolar stabilisierten Quelle gespeist und liefert Ausgangsspannungen von +5 V bei einem Strom von 35...40 mA und -6 V bei einem Strom von 200 mA

Vor dem ersten Einschalten des ADC wird der Schieberegler des Widerstands R6 auf die mittlere Position gestellt. Messen Sie nach dem Einschalten die Referenzspannung an Pin 9 der DA2-Mikroschaltung und stellen Sie sie möglichst genau auf -2 V ein. Der erforderliche Nullpunktoffset wird mit dem Trimmwiderstand R1 erreicht. Sie können die Nullposition über den digitalen Ausgangscode oder eine konstante Spannung an den analogen Eingängen des ADC (Pins 10, 13, 15 DA2) steuern. An diesem Punkt kann die Einrichtung als abgeschlossen betrachtet werden.

Die Verbindung des ADC mit dem PC erfolgt über eine Schnittstelle (Abb. 2), die in einem freien ISA-Anschluss auf der Systemplatine installiert ist.

Einfacher ADC - Präfix für einen PC

Die Schnittstellenkarte enthält vier Ein-/Ausgabeanschlüsse mit den Adressen ZE0N-ZEZN. Die Elemente DD1.1-DD1.3 und DD2 bilden einen Adressdecoder. Ihre Eingänge empfangen Signale vom PC-Adressbus, und wenn darauf die Kombination ZE0N-ZEZN erscheint, wird am DD2-Ausgang eine Low-Pegel-Freigabespannung erzeugt. Die Signale, die die Portnummer im Portadressraum bestimmen, entsprechen den beiden niedrigstwertigen Bits des Adressbusses und werden dem DD4-Decoder zugeführt. Es empfängt außerdem Freigabesignale über den AEN-Bus (das bedeutet, dass in diesem Zyklus kein direkter Speicherzugriff stattfindet) und IOW-, IOR-Signale, was dem Schreiben auf und Lesen von einem externen Gerät entspricht. Das Signal von Pin 15 des Decoders wird dem Eingang E des Bustreibers DD7 zugeführt und ermöglicht die Datenübertragung vom ADC zum Datenbus.

Das an Pin 14 des DD4-Decoders erscheinende Signal wird zum Takten des DA2-ADC, an Pin 13 zum Zurücksetzen des DD6.1-Triggers und an Pin 12 zur Bereitstellung von Informationen von dort an den Datenbus verwendet. Der Trigger dient dazu, den ADC mit einem externen Gerät zu synchronisieren, das einen Taktimpuls oder ein Bereitschaftssignal erzeugen kann. Das Taktsignal vom externen Gerät wird über Pin 1 der XS2-Buchse dem Takteingang des Triggers zugeführt. Der Zustand des letzteren wird vom Programm gelesen. Wird an Pin 5 von DD6.1 ein High-Pegel erkannt, bedeutet dies, dass ein Synchronisationsimpuls von einem externen Gerät empfangen wurde. Sobald der Flip-Flop-Zustand gelesen wurde, muss er zurückgesetzt werden, um den Empfang des nächsten Taktimpulses vorzubereiten.

Ein paar Worte zum Zweck von Häfen. Der Port mit der Adresse ZE0H dient zum Lesen von Daten vom ADC (Bits D0-D5 enthalten den Wert des digitalisierten Signals), mit der Adresse ZE1H – zum Liefern eines Taktimpulses an den ADC (beim Schreiben eines beliebigen Bytes in diesen Port, die Umwandlung des analogen Signals in ein digitales beginnt). Der ZE2H-Port wird verwendet, um den DD6.1-Synchronisationstrigger nach dem Lesen seines Status zurückzusetzen. Ein Reset erfolgt, wenn ein beliebiges Byte auf diesen Port geschrieben wird. Schließlich dient der WEZN-Port zum Lesen des Flip-Flop-Status, der durch Bit 5 des von diesem Port gelesenen Bytes widergespiegelt wird. Um kurzzeitige Synchronisationsimpulse zu erfassen, ist ein Trigger erforderlich. Wenn beim Lesen vom ZEZN-Port ein hoher logischer Pegel am direkten Ausgang des Triggers erkannt wird (Bit D5 = 1), dann bringt das Programm ihn in seinen ursprünglichen Zustand zurück, indem es ein beliebiges Byte auf den ZE2H-Port schreibt.

Das Programm zum Lesen von Daten aus dem ADC, geschrieben in Pascal, ist in Tabelle gezeigt. 2.

(zum Vergrößern klicken)

Als Grundlage für den Entwurf bietet es sich an, eine defekte Erweiterungskarte für den ISA-Steckplatz zu verwenden. Alle „hohen“ Elemente (Kondensatoren, Anschlüsse) werden daraus entfernt und die Leiterbahnen, die zu den Kontaktpads des in den Steckplatz eingesetzten Teils führen, werden abgeschnitten (Stecker XP1 in Abb. 2). Die Teile sind auf einer kleinen Leiterplatte montiert, die mithilfe von Zahnstangen auf der Erweiterungsplatine befestigt wird. Die Anschlüsse des Gerätes werden mit kurzen Montagedrahtstücken mit den Kontakten des XP1-Steckers verbunden. Die Pinbelegung des ISA-Steckplatzes finden Sie in [3].

Zusammenfassend stellen wir fest, dass in den meisten Fällen sechs Bits ausreichen, um ein analoges Signal darzustellen. Wenn ein ADC mit einem Eingangsspannungsbereich von 0...2 V zur Messung einer Spannung von 2 V verwendet wird, wird der Fehler 0,03 V (oder 1,5 %) nicht überschreiten. Bei der Messung einer Spannung von 0,2 V erhöht sich der Fehler auf 15 %. Um die Genauigkeit der Messungen zu erhöhen, können Sie einen ADC mit höherer Kapazität verwenden oder die gemessene Spannung auf einen Wert nahe der Obergrenze des Intervalls erhöhen (z. B. das Verhältnis der Widerstände der Widerstände R5 und R4 ändern). Mit den im Diagramm (siehe Abb. 1) angegebenen Werten digitalisiert das Gerät Eingangsspannungen im Bereich 0...0.5 V und ist für den Betrieb mit einem Haushaltsmikrofon geeignet.

Wenn aus Gründen der Genauigkeit bei der „Digitalisierung“ schwacher Signale eine höhere Bittiefe erforderlich ist, kann die Mikroschaltung KR1107PV1A durch einen 1107-Bit-Wandler K2PVXNUMX ersetzt werden (natürlich unter Berücksichtigung der Unterschiede in Pinbelegung und Stromverbrauch).

Literatur

Biryukov S. Thermometer "Haus - Straße". - Radio, 2000, Nr. 3, p. 32, 33.
Novachenko I.V., Petukhov V.M., Bludov I.P., Yurovsky A.V. Mikroschaltungen für Haushaltsfunkgeräte. Verzeichnis. - M.: KUBK, 1995.
Danilin N. S., Ulitenko V. P., Kripak A. A. Leitfaden zur Fehlerbehebung und Reparatur von IBM PC-Computern. - M.: Standards Publishing House, 1992.

Autoren: Yu.Kirillov, D.Sitanov, Ivanovo

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