NMS
Převodníky AD a DA
Převodníky AD a DA 1
K.D. - přednášky NMS
NMS
Převodníky AD a DA
Základní charakteristika • Převodník AD v MCU – – – – –
Většinou převodník s postupnou aproximací. Pro více vstupů (4 – 16) analogový multiplexor na vstupu. Převod způsobem „sample – hold“. Rozlišení obvykle 8 nebo 10 (12) bitů. Doba převodu cca 10 μs.
• Převodník DA – Méně obvyklé. – Rozlišení obvykle 8 bitů. – Náhrada pomocí PWM. K.D. - přednášky NMS
2
NMS
Převodníky AD a DA
Převodník s postupnou aproximací AVcc
CLK
Vref
Výstupní data
...
Ain0
Ainn
Multiplexor
D/A
Aproximační registr
Řízení Kom parátor Vzorkování Převod
AVss
3
K.D. - přednášky NMS
NMS
Převodníky AD a DA
Fáze vzorkování („Sample“) AVcc
CLK
Vref
Výstupní data
...
Ain0
Ainn
Multiplexor
D/A
Aproximační registr
Řízení Komparátor Vzorkování Převod
AVss
Fáze "Sample" K.D. - přednášky NMS
4
NMS
Převodníky AD a DA
Fáze převodu („Hold“) AVcc
CLK
Vref
Výstupní data
...
Ain0
Ainn
Multiplexor
D/A
Aproximační registr
Řízení Komparátor Vzorkování Převod
AVss
Fáze "Hold" (převod)
5
K.D. - přednášky NMS
NMS
Převodníky AD a DA
Činnost aproximačního převodníku VREF VIN
VDA
Komparátor Aproximační registr
K.D. - přednášky NMS
10000
11000 10000
10 1 00
1011 0 1010 0
10101
6
NMS
Převodníky AD a DA
Příklad – AD převodník v ADuC814 • ADuC má 6 vnějších analogových vstupů. • Kromě toho 5 vnitřních měřených hodnot (viz obr.). • Převodník = 12 bitů.
7
K.D. - přednášky NMS
NMS
Převodníky AD a DA
Specializované MCU na AD měření • Analog Devices ADuC812, ADuC814 – jádro 8052. • •
ADuC814 má 6 vnějších analogových vstupů – 12 bitů, 247 kSPS (4 μs). 2 DA převodníky 12 bitů, 15 μs.
K.D. - přednášky NMS
8
NMS
Převodníky AD a DA
Časování převodu AD • • •
Převod lze spustit programově. Dokonalejší MCU – spuštění převodu přímo časovačem. Uložení dat programově nebo pomocí DMA.
Časování jednoduchého AD převodu u MCU Renesas H8S. 9
K.D. - přednášky NMS
NMS
Převodníky AD a DA
Funkce „Scan“ • •
Umožňuje maximální rychlostí měřit na několika kanálech. Data se ukládají do vyrovnávací paměti.
Časování AD převodu „Scan“ 3 kanálů u MCU Renesas H8S.
K.D. - přednášky NMS
10
NMS
Převodníky AD a DA
DA převodníky • Většinou spínaná odporová síť.
DA převodník MCU ADuC814 (Analog Devices).
11
K.D. - přednášky NMS
NMS
Převodníky AD a DA
Vstup AD převodníku • •
Vstup AD převodníku zatěžuje měřený obvod. Paměťový kondenzátor a odpory spínače atd. tvoří RC článek.
τ = 10 kΩ × 51.2 pF = 0.512 μs
Náhradní schéma vstupu AD (Microchip PIC). K.D. - přednášky NMS
12
NMS
Převodníky AD a DA
Ochrana vstupů • Napětí na analogových vstupech musí být v rozmezí AVss < Vin < AVcc.
13
K.D. - přednášky NMS
NMS
Převodníky AD a DA
Napájení analogové části (1) • Analogová část MCU má většinou oddělené napájení (+ Vref). • Propojení GND a AGND (AVss) těsně u MCU. • Napájení se musí pečlivě filtrovat. AVcc
Vcc
Vref Avcc
Vref
Vcc MCU AVss
GND
Propojení těsně u MCU K.D. - přednášky NMS
14
NMS
Převodníky AD a DA
Napájení analogové části (2) • Společný zdroj pro analogovou a digitální část
15
K.D. - přednášky NMS
NMS
Převodníky AD a DA
Rušení mezi digitální a analogovou částí • Odpor a indukčnost propojených zemnicích vodičů způsobuje posun potenciálů DGND a AVSS.
K.D. - přednášky NMS
16
NMS
Převodníky AD a DA
Rozdělení desky na analogovou a digitální část (1) • Nejlepší případ: Společné vodiče obou částí jsou propojeny těsně u MCU (a nikde jinde). MCU
Analogová část Avss
Digitální část GND AVss
GND
Propojeno těsně u MCU 17
K.D. - přednášky NMS
NMS
Převodníky AD a DA
Rozdělení desky na analogovou a digitální část (2) • Méně vhodný případ: Společné vodiče obou částí jsou propojeny mimo MCU (např. u zdroje). AVss i GND MCU se připojí na AVss desky. MCU
Digitální část GND Analogová AVss část Avss
K.D. - přednášky NMS
GND
Analogová a digitální část propojeny u zdroje
18
NMS
Převodníky AD a DA
Rozdělení desky na analogovou a digitální část (3) • Nejhorší případ: AVss a GND na desce není odděleno. Analogové a digitální součástky jsou umístěny odděleně. Společná Avss a GND MCU
Analogová část
Digitální část AVss
GND
19
K.D. - přednášky NMS
NMS
Převodníky AD a DA
Přesnost převodu AD • Některé MCU (ADuC, C167) mají při výrobě určené kalibrační konstanty pro kompenzaci offsetu a chyby maxima. Plný rozsah
...
...
Nelinearita
010
010
001
001
000
000
0
K.D. - přednášky NMS
Vmax
Offse t
Vmax 20
NMS
Převodníky AD a DA
Jednodušší vybavení MCU - komparátor •
Výstup komparátoru je interně připojen na jeden bit některého portu nebo do zvl. registru.
Komparátor P1.2 P1.1
+ -
P1.0
Komparátor v Atmel AVR ATtiny. K.D. - přednášky NMS
21
