K.D. - přednášky NMS 1
NMS Převodníky AD a DA
PPřřevodnevodnííkyky
AD a DAAD a DA
K.D. - přednášky NMS 2
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 3
NMS Převodníky AD a DA
Převodník s postupnou aproximací
Ain0
Ainn
Vref
AVcc
AVss
Multiplexor
Komparátor
D/A Aproximační
registr
CLK
Řízení
...
Výstupní
data
Převod
Vzorkování
K.D. - přednášky NMS 4
NMS Převodníky AD a DA
Fáze vzorkování („Sample“)
Ain0
Ainn
Vref
AVcc
AVss
Multiplexor
Komparátor
D/A Aproximační
registr
CLK
Řízení
...
Výstupní
data
Převod
Vzorkování
Fáze "Sample"
K.D. - přednášky NMS 5
NMS Převodníky AD a DA
Fáze převodu („Hold“)
Ain0
Ainn
Vref
AVcc
AVss
Multiplexor
Komparátor
D/A Aproximační
registr
CLK
Řízení
... Výstupní
data
Převod
Vzorkování
Fáze "Hold" (převod)
K.D. - přednášky NMS 6
NMS Převodníky AD a DA
Činnost aproximačního převodníku
10000
11000
10 001
101 01
1010110000 101 00
VIN
VREF
Komparátor
VDA
Aproximační
registr
K.D. - přednášky NMS 7
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.
K.D. - přednášky NMS 8
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 9
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.
K.D. - přednášky NMS 10
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 11
NMS Převodníky AD a DA
DA převodníky
• Většinou spínaná odporová síť.
DA převodník
MCU ADuC814
(Analog Devices).
K.D. - přednášky NMS 12
NMS Převodníky AD a DA
Vstup AD převodníku
• Vstup AD převodníku zatěžuje měřený obvod.
• Paměťový kondenzátor a odpory spínače atd. tvoří RC článek.
Náhradní schéma vstupu AD (Microchip PIC).
τ = 10 kΩ × 51.2 pF = 0.512 μs
K.D. - přednášky NMS 13
NMS Převodníky AD a DA
Ochrana vstupů
• Napětí na analogových vstupech musí být v rozmezí
AVss < Vin < AVcc.
K.D. - přednášky NMS 14
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.
Vref
AVcc
AVss
MCU
Vcc
GND
Avcc Vcc
Vref
Propojení těsně u MCU
K.D. - přednášky NMS 15
NMS Převodníky AD a DA
Napájení analogové části (2)
• Společný zdroj pro analogovou a digitální část
K.D. - přednášky NMS 16
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 17
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).
AVss
MCU
GND
Analogová část
Avss
Digitální část
GND
Propojeno těsně u MCU
K.D. - přednášky NMS 18
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.
AVss GND
MCU
Analogová
část
Avss
Digitální část
GND
Analogová a digitální část
propojeny u zdroje
K.D. - přednášky NMS 19
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.
AVss GND
Analogová část Digitální část
Společná Avss a GND
MCU
K.D. - přednášky NMS 20
NMS Převodníky AD a DA
Přesnost převodu AD
• Některé MCU (ADuC, C167) mají při výrobě určené kalibrační
konstanty pro kompenzaci offsetu a chyby maxima.
000
001
010
...
Vmax
Nelinearita
Offset
Plný rozsah
000
001
010
...
Vmax0
K.D. - přednášky NMS 21
NMS Převodníky AD a DA
Jednodušší vybavení MCU - komparátor
• Výstup komparátoru je interně připojen na jeden bit některého portu nebo do
zvl. registru.
+
-
Komparátor
P1.0
P1.1
P1.2
Komparátor v Atmel AVR ATtiny.