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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Um ADC simples - um decodificador para PC. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / informática Atualmente, conversores analógico-digitais (ADCs) são cada vez mais utilizados em projetos de rádio amador. Isso se deve ao advento de chips ADC acessíveis e às vantagens que o processamento digital de sinais analógicos oferece. Usando um ADC, você pode facilmente transformar um computador pessoal (PC) em qualquer instrumento de medição virtual. Além disso, a parte eletrônica de tal dispositivo pode ser muito simples e todo o processamento do sinal será feito em software. O dispositivo descrito no artigo foi projetado para converter um sinal analógico em um código digital de seis bits e pode servir como anexo a um PC. Suas áreas de aplicação são muito diversas - desde instrumentos de medição virtuais até diversos sistemas de gravação de som. Projetos baseados em ADCs foram publicados repetidamente nas páginas da revista Radio. No entanto, eles usaram principalmente chips com código de saída decimal binário ou código para indicadores de sete elementos [1]. Esta abordagem não é conveniente para inserir informações em um PC. O dispositivo apresentado aos nossos leitores utiliza o microcircuito KR1107PV1, que é um ADC paralelo de alta velocidade de seis bits [2]. Ele é projetado para converter tensões na faixa de -2...0 V em um dos códigos de leitura paralela de potencial: código binário (direto e reverso) e código complemento de dois (direto e reverso). Este microcircuito foi escolhido porque, em primeiro lugar, está disponível para uma ampla gama de rádios amadores e é relativamente barato e, em segundo lugar, possui alto desempenho (frequência máxima de conversão - 20 MHz, tempo de uma conversão - não mais que 100 ns). O diagrama esquemático do dispositivo é mostrado na fig. 1.
O circuito de conexão recomendado KR1107PV1A [2] é tomado como base, o que é significativamente simplificado sem deterioração perceptível na precisão da conversão. O sinal analógico convertido através do soquete 1 do soquete XS1 e do resistor R4 é fornecido à entrada inversora do amplificador operacional DA1. Esta conexão foi utilizada porque é mais frequentemente necessário digitalizar uma tensão de polaridade positiva, e o chip ADC converte a tensão na faixa de 0 a -2 V. A tensão de deslocamento zero é removida do resistor trimmer R1. Os resistores R5 e R4 determinam o ganho necessário do amplificador operacional. O sinal analógico amplificado é fornecido através dos resistores R7-R9 aos pinos 10, 13, 15 do ADC. A operação do DA2 ADC é controlada por pulsos de clock vindos do PC (via pino 8 do soquete XS2) para o pino 4. A codificação é realizada após o corte do pulso de clock ter passado, e o resultado obtido durante o processo de conversão é transmitido para o registro de saída simultaneamente com a borda do próximo pulso de clock. Isso permite que as bordas do pulso de clock produzam a próxima amostra, ou seja, no momento em que o resultado da enésima amostra está presente na saída do DA2, a (n+2)ésima amostra é obtida na entrada. O código digital é obtido das saídas D1 - D6 e enviado para o soquete XS2. É necessário observar que a designação das saídas do microcircuito é oposta ao seu peso: a saída D1 corresponde ao dígito mais significativo e D6 ao menos significativo. O tipo de código (direto, inverso, adicional) nas saídas do microcircuito é determinado pelos níveis de sinal nas entradas C1 e C2 do microcircuito. Sua conexão ao barramento de +5 V corresponde a uma alimentação de alto nível e ao fio comum - um nível baixo. O tipo de código necessário na saída do microcircuito é definido por uma combinação de níveis de sinal nas entradas C1 e C2 conforme Tabela. 1.
O ADC KR1107PV1A requer alimentação bipolar com tensões de +5 e -6 V. Além disso, são necessárias duas tensões de referência. Eles determinam a faixa de tensões a serem digitalizadas. Neste caso, uma dessas tensões (Uobp1) é considerada igual a zero (o pino 16 do microcircuito está conectado ao fio comum), e a segunda (Uobp2) é igual a -2 V, que, conforme [2 ], determina a faixa de tensão de entrada ADC 0... -2 V. Uma tensão de referência de -2 V é removida do controle deslizante do resistor de corte R6, que está conectado ao circuito de tensão de alimentação de polaridade negativa. Os capacitores C1 - C5 são usados para eliminar interferências. Na montagem do dispositivo são utilizados resistores MLT, OMLT, capacitores de óxido e cerâmicos de qualquer tipo. Resistor trimmer R1 - também de qualquer tipo, R6 - de preferência um fio enrolado multivoltas, por exemplo, SP5-1V, SP5-14, SP5-15, SP5-2, etc. Amplificador operacional DA1 - quase qualquer, capaz de operar em baixas tensões de alimentação, por exemplo, KR140UD7. Para expandir a faixa de frequência, você pode usar o amplificador operacional K574UDZ, cuja frequência de ganho unitário é de 10 MHz. O dispositivo é alimentado por uma fonte bipolar estabilizada, fornecendo tensões de saída de +5 V a uma corrente de 35...40 mA e -6 V a uma corrente de 200 mA Antes de ligar o ADC pela primeira vez, o controle deslizante do resistor R6 é colocado na posição intermediária. Depois de ligar a alimentação, meça a tensão de referência no pino 9 do microcircuito DA2 e, com a maior precisão possível, defina-a igual a -2 V. O deslocamento de zero necessário é alcançado com o resistor de corte R1. Você pode controlar a posição zero usando o código digital de saída ou tensão constante nas entradas analógicas do ADC (pinos 10, 13, 15 DA2). Neste ponto, a configuração pode ser considerada concluída. O ADC é conectado ao PC através de uma interface (Fig. 2) instalada em um conector ISA livre na placa do sistema.
A placa de interface contém quatro portas de entrada/saída com endereços ZE0N-ZEZN. Os elementos DD1.1-DD1.3 e DD2 formam um decodificador de endereço. Suas entradas recebem sinais do barramento de endereço do PC e, se a combinação ZE0N-ZEZN aparecer nele, uma tensão de habilitação de baixo nível é gerada na saída DD2. Os sinais que determinam o número da porta no espaço de endereço da porta correspondem aos dois bits menos significativos do barramento de endereços e são fornecidos ao decodificador DD4. Também recebe sinais de habilitação através do barramento AEN (isto significa que não há acesso direto à memória neste ciclo) e sinais IOW, IOR, que correspondem à escrita e leitura de um dispositivo externo. O sinal do pino 15 do decodificador é fornecido à entrada E do driver do barramento DD7 e permite a transferência de dados do ADC para o barramento de dados. O sinal que aparece no pino 14 do decodificador DD4 é usado para sincronizar o ADC DA2, no pino 13 para redefinir o gatilho DD6.1 e no pino 12 para permitir que informações sejam fornecidas dele para o barramento de dados. O gatilho foi projetado para sincronizar o ADC com um dispositivo externo que pode gerar um pulso de clock ou um sinal de prontidão. O sinal de clock do dispositivo externo é fornecido através do pino 1 do soquete XS2 para a entrada de clock do gatilho. O estado deste último é lido pelo programa. Se um nível alto for detectado no pino 5 do DD6.1, isso significa que um pulso de sincronização foi recebido de um dispositivo externo. Uma vez lido o estado do flip-flop, ele deve ser redefinido para se preparar para receber o próximo pulso de clock. Algumas palavras sobre a finalidade dos portos. A porta com endereço ZE0H é projetada para ler dados do ADC (os bits D0-D5 contêm o valor do sinal digitalizado), com endereço ZE1H - para fornecer um pulso de clock ao ADC (ao escrever qualquer byte nesta porta, a conversão do sinal analógico para digital começa). A porta ZE2H é usada para redefinir o gatilho de sincronização DD6.1 após a leitura de seu estado. Uma redefinição ocorre quando qualquer byte é gravado nesta porta. Finalmente, a porta WEZN serve para leitura do estado do flip-flop, que é refletido pelo bit 5 do byte lido desta porta. Um gatilho é necessário para capturar pulsos de sincronização de curta duração. Se, ao ler da porta ZEZN, for detectado um nível lógico alto na saída direta do trigger (bit D5 = 1), o programa o retorna ao seu estado original gravando qualquer byte na porta ZE2H. O programa para leitura de dados do ADC, escrito em Pascal, é mostrado na Tabela. 2.
É conveniente usar uma placa de expansão defeituosa para o slot ISA como base para o design. Todos os elementos “altos” (capacitores, conectores) são removidos dele e os condutores impressos que vão para as almofadas de contato da peça inserida no slot são cortados (plugue XP1 na Fig. 2). As peças são montadas em uma pequena placa de circuito impresso, que é fixada por meio de racks na placa de expansão. Os terminais do dispositivo são conectados aos contatos do plugue XP1 com pequenos pedaços de fio de montagem. As atribuições dos pinos do slot ISA podem ser encontradas em [3]. Concluindo, notamos que na maioria dos casos seis bits são suficientes para representar um sinal analógico. Se um ADC com faixa de tensão de entrada de 0...2 V for usado para medir uma tensão de 2 V, o erro não excederá 0,03 V (ou 1,5%). Ao medir uma tensão de 0,2 V, o erro aumentará para 15%. Para aumentar a precisão das medições, você pode usar um ADC de maior capacidade ou aumentar a tensão medida para um valor próximo ao limite superior do intervalo (por exemplo, alterar a relação das resistências dos resistores R5 e R4). Com as classificações indicadas no diagrama (ver Fig. 1), o dispositivo digitaliza tensões de entrada na faixa de 0...0.5 V e é capaz de funcionar com um microfone doméstico. Se, por razões de precisão na “digitalização” de sinais fracos, for necessária uma maior profundidade de bits, o microcircuito KR1107PV1A pode ser substituído por um conversor K1107PV2 de oito bits (naturalmente, levando em consideração diferenças na pinagem e no consumo de energia). Literatura
Autores: Yu.Kirilov, D.Sitanov, Ivanovo
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Comentários sobre o artigo: Alexander Obrigado, bom artigo.
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