Лабораторна робота № 3

Програмування ОМК для сумісної роботи з цифро-аналоговими перетворювачами (ЦАП).

3.1. Мета роботи

Розробка програм роботи ОМК з восьми розрядними ЦАП (AD7801) для формування аналогових сигналів.

3.2. Теоретичні відомості

Цифро – аналогові перетворювачі (digital-to-analog converter) призначені для перетворення цифрової інформації в аналогову форму у вигляді напруг (інколи струму). Їх використовують разом з ОМК в автоматичних системах управління технологічними процесами, в дисплеях, робототехніці тощо. Цифрова інформація складається з дискретних вхідних цифрових величин і створює аналоговий сигнал, амплітуда якого відповідає у кожний момент відповідному цифровому значенню.

Цифро – аналогове перетворення полягає в тому, що для вхідного паралельного n – розрядного кода:

де a – цифри “0” або “1”; 2^n-1, 2^n-2, …2ⁱ ,…2¹,2⁰- вага повного розряду, спочатку отримують струм I_N, величина якого є пропорційною значенню числа N₍₂₎, а потім перетворюють його на вихідну напругу. Величина струму I_N визначається як сума еталонних струмів для кожного розряду числа I_n-1, I_n-2, …I_i, …I₁, I₀ :

причому сумуються струми тільки тих розрядів, для яких а=1. значення еталонних струмів пропорційні вазі позиції війкового числа і зростають удвічі при переході від поточного “і” розряду до сусіднього старшого з номером “і+1”.

Схеми ЦАП містять резистивні матриці для формування еталонних струмів, напівпровідникові ключі для комутації еталонних струмів вхідного коду до загальної точки підсумовування, операційні підсилювачі (СПП) для перетворення струму I_N у вихідну напругу U_вих та джерела стабілізованої напруги U_ОП.

Резистині матриці будують із набору двійково - зважених за номіналами резисторів, або у вигляді ступінчастого (багатоланкового) ланцюжка резисторів двох номіналів “R-2R”. Принципова схема Цапа із двійково – зваженими опорами наведена на рис. 1.

Рис.1. Принципова схема ЦАП з двійково-зваженими опорами: – еталонні резистори; RG – паралельний регістр; К₀,..., К_n-1 – транзисторні ключі; U_оп – стабілізована опорна напруга; R_ЗЗ – резистор зворотного зв’язку; ОПП – операційний підсилювач; U_ВИХ – вихідна аналогова напруга.

Кожний розряд визначається станом транзисторних ключів К₀, К₁, К₂,...К_n-1, які під`єднають до входу операційного підсилювача. Резистори, що з`єднані з джерелом опорної напруи U_0n. Якщо опір резистора молодшого нульового розряду має значення R₀, то опори наступних старших розрядів визначаються зі співвідношення: . Таким чином: при і т. д.

На вході операційного підсилювача ОПП завжди має місце практично нульовий потенціал і тому його вхідний струм визначається співвідношенням:

де К_n-1, К_n-2, К_1, К₀ – відповідні стани резистор них ключів (“1”- відкритий, “0”- закритий).

При цьому вихідна напруга ЦАПа визначається за формулою:

,

де - опір резистора зворотного зв`язку ОПП; - масштабний коефіцієнт; N₍₁₀₎- десяткове значення війкового коду, введеного в регістр.

Розглянута схема ЦАП вимагає точних і стабільних номіналів резисторів, тому що при їх відхиленні змінюється значення вагових коефіцієнтів і зростає похибка перетворення δ_А. Великий діапазон номіналів резисторів її матриці ускладнює забезпечення точності перетворень. Для зменшення їх кількості використовують схему ЦАП, а побудовану на сходинковій матриці “R-2R”, в якій використовують резистори тільки двох номіналів.

Основними параметрами ЦАП є розрядність вхідного двійкового коду „n”, роздільна здатність (масштабний коефіцієнт М), абсолютна похибка перетворення δ_а, діапазон зміни вихідної напруги, а також динамічний параметр – швидкодія перетворення.

Розрядність „n” для різних типів ЦАП складає від 8 до 16. вона визначає кількість кодових комбінацій на вході в ЦАП, що дорівнює 2^п.

Роздільна здатність h (масштабний коефіцієнт М) – це мінімальний квант вихідної напруги визначається із співвідношення:

Абсолютна похибка перетворення δ – це відношення вихідної напруги від розрахункового значення у кінцевій точці перетворення ( молодшого розряду).

Швидкодія ЦАП визначається часом встановлення вихідної напруги (від моменту подачі на вхід ЦАП цифрового коду до моменту досягнення вихідною напругою усталеного значення із заданою похибкою δ_а). Для різних типів ЦАП

Рис.2. Електрична схема підключення ЦАП AD7801 на стенді EV 8031.

До складу стенда входить 8-розрядний ЦАП AD 7801 з паралельним інтерфейсом. Його максимальна вихідна напруга дорівнює опорній напрузі . Для вимірювання вихідної напруги U_вих до виходу мікросхеми ЦАП DD2 за допомогою з’єднувача J2 треба під’єднати осцилограф і замкнути перемичку J4. доступ до ЦАП з ОМК АТ89С51 здійснюється як до комірки зовнішнього ОЗП за адресою F000h.

Розглянемо програмування ОМК для роботи з ЦАП на наступному прикладі. Перетворити на напругу десяткові значення вхідних кодів 76D та 204D з відображенням вхідних кодів на індикаторі HG1.

ORG 0	;директива, що вказує початкову ;адресу пам’яті програми
Begin: mov A, # 011 B Mov DPTR, # OA004H mov X @ DPTR, A	;записати в акумулятор двійкове ;число 011
	;записати в регістр-вказівник ;DPTR адресу гасіння
	;погасити старші розряди HG1
Continue: Cjne A, # 076, lowV mov A, # 0204 D	;якщо вміст А не 76, перейти на ;мітку LOOP V
	;записати в акумулятор ;десяткове число 204
Out: mov DPTR, # 0F000H mov @DPTR,A mov DPTR, # 0A001H	;встановити в DPTR адресу ЦАП
	;встановити на вході ЦАП ;двійковий код із А
	;встановити в DPTR адресу ;молодших регістрів HG1.0, HG1.1
Movx @DPTR, A	;вивести на HG1 код із А
Call DEL	;виклик підпрограми затримки
Jmp continue	;перейти на мітку „continue”
LOOP V: mov A, # 076 D jmp out	;записати в А число 76 D
	; перейти на мітку „out”
END	;кінець програми

Підпрограма часової затримки:

DEL:

mov R3, # OF H

C3: mov R2, # OFF H

C2: mov R1, # OFF H

C1: djnz R1, C1

djnz R2, C2

djnz R3, C3

RET.

Для визначення абсолютної похибки ЦАП знаходимо відповідні розрахункові значення його вихідних напруг. Попередньо знаходимо масштабний коефіцієнт ЦАП:

Тоді а) при N₁₍₁₀₎=76, U_вих1р=

б) при

3.3. Програма роботи

1. Вивчити принципи роботи з ЦАП.

2. Розробити програми для роботи з ЦАП.

3. Завантажити в стенд розроблені програми.

4. Проконтролювати вихідну величину ЦАП за допомогою вимірювального приладу.