Микроконтроллерный ацп с использованием переходного процесса в rc-цепи

Авторы патента:

H03M1/38 - Кодирование, декодирование или преобразование кода вообще (с использованием гидравлических или пневматических средств F15C 4/00; оптические аналого-цифровые преобразователи G02F 7/00; кодирование, декодирование или преобразование кода, специально предназначенное для особых случаев применения, см. в соответствующих подклассах, например G01D,G01R,G06F,G06T, G09G,G10L,G11B,G11C;H04B, H04L,H04M, H04N; шифрование или дешифрование для тайнописи или других целей, связанных с секретной перепиской, G09C)

Владельцы патента RU 2523208:

Вострухин Александр Витальевич (RU)
Вахтина Елена Артуровна (RU)

Изобретение относится к области аналого-цифровых преобразователей. Техническим результатом является повышение точности и скорости преобразования. Микроконтроллерный АЦП с использованием переходного процесса в RC-цепи содержит первый резистор 1, второй резистор 2, третий резистор 3, четвертый резистор 4, конденсатор 5 и микроконтроллер 6. Сопротивления резисторов 2 и 3 равны. Резистор 1 и конденсатор 5 первыми выводами подключены к первому входу аналогового компаратора (АК) микроконтроллера 6, первые выводы резистора 2 и резистора 3 подключены ко второму входу АК микроконтроллера 6, вторые выводы резисторов 1, 2, 3 и конденсатора 5 подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому дискретным выходам микроконтроллера 6, первый вывод резистора 4 подключен к источнику входного напряжения, второй вывод резистора 4 подключен ко второму выводу резистора 3. 1 ил.

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аналого-цифровым преобразователям, и может быть использовано в цифровых системах для измерения и контроля аналоговых величин.

Уровень техники

Известно техническое решение, содержащее, микроконтроллер, аналоговый компаратор (АК), две RC-цепи, причем выходы первой и второй RC-цепей подключены, соответственно, к неинвертирующему и инвертирующему входам АК, вход первой RC-цепи подключен к дискретному выходу микроконтроллера, к входу второй RC-цепи подключен источник входного напряжения, выход АК подключен к дискретному входу микроконтроллера (В.Л.Горбунов. Однокристальные микро-ЭВМ. - Вычислительная техника и ее применение, 1989, №1, с.30-47.).

Недостаток известного решения - низкая скорость преобразования.

Известен АЦП, содержащий микроконтроллер со встроенным АК и RC-цепь, вход которой подключен к дискретному выходу микроконтроллера, выход подключен к неинвертирующему входу АК, инвертирующий вход АК подключен к источнику входного напряжения. (http://www.rtcs.ru/comp/html/txt/app/Atmel/micros/avr/AVR400.htm. AVR 400 - Простой аналогово-цифровой преобразователь).

Недостаток известного решения - низкая точность.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятым авторами за прототип является аналого-цифровой преобразователь с управляемой чувствительностью на базе микроконтроллера, содержащий: микроконтроллер, конденсатор, первый, второй и третий резисторы, первые выводы которых подключены к первому входу, встроенному в микроконтроллер, АК. Второй вывод второго резистора подключен к плюсу источника питания, вторые выводы третьего резистора и конденсатора подключены к минусу источника питания, первый резистор выполнен управляемым, и его управляющий вход подключен к порту микроконтроллера, второй вход АК подключен к источнику входного напряжения (см. пат. РФ №2298872, кл. Н03М 1/38).

Недостаток известного решения - низкая скорость преобразования.

Раскрытие изобретения

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к повышению точности и скорости преобразования АЦП.

Технический результат достигается тем, что в микроконтроллерный АЦП с использованием переходного процесса в RC-цепи, содержащий: микроконтроллер, конденсатор, первый, второй и третий резисторы, первые выводы конденсатора и первого резистора подключены к первому входу встроенного в микроконтроллер аналогового компаратора, второй вывод первого резистора подключен к первому дискретному выходу микроконтроллера, введен четвертый резистор, причем первые выводы второго и третьего резисторов подключены ко второму входу встроенного в микроконтроллер аналогового компаратора, вторые выводы второго и третьего резисторов подключены, соответственно ко второму и третьему дискретным выходам микроконтроллера, второй вывод конденсатора подключен к четвертому дискретному выходу микроконтроллера, первый вывод четвертого резистора подключен к источнику входного сигнала, второй вывод четвертого резистора подключен ко второму выводу третьего резистора.

Краткое описание чертежей

На чертеже представлена структурная схема микроконтроллерного АЦП с использованием переходного процесса в RC-цепи.

Осуществление изобретения

Микроконтроллерный АЦП с использованием переходного процесса в RC-цепи содержит (см. чертеж) первый резистор 1, второй резистор 2, третий резистор 3, четвертый резистор 4, конденсатор 5 (перечисленные элементы, кроме резистора 4, являются образцовыми, и значения их известны) и микроконтроллер 6. Сопротивления резисторов 2 и 3 равны. Резистор 1 и конденсатор 5 первыми выводами подключены к первому входу АК (не показан) микроконтроллера 6, первые выводы резистора 2 и резистора 3 подключены ко второму входу АК микроконтроллера 6, вторые выводы резисторов 1, 2, 3 и конденсатора 5 подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому дискретным выходам микроконтроллера 6, первый вывод резистора 4 подключен к источнику входного напряжения, второй вывод резистора 4 подключен ко второму выводу резистора 3.

Микроконтроллерный АЦП с использованием переходного процесса в RC-цепи работает следующим образом.

Микроконтроллер 6 переводит второй и третий дискретные выходы в высокоомное состояние, на первый и четвертый дискретный выходы выводит низкий уровень напряжения. Конденсатор 5 разряжается через резистор 1. Ко второму входу АК микроконтроллера 6, через резисторы 4 и 3 приложено, относительно общего провода, входное напряжение Uвx. Затем микроконтроллер 6 выводит на первый дискретный выход высокий уровень напряжения, значение которого равно U, и запускает предварительно обнуленный внутренний счетчик. Как только напряжение Uc на конденсаторе 5 сравняется с входным напряжением Uвх, на выходе АК микроконтроллера 6 поменяется логический уровень. По этому событию МК 6 останавливает внутренний счетчик, двоичный код которого пропорционален времени t заряда конденсатора 5 до уровня входного напряжения, когда Uc=Uвх. МК 6 определяет Uc, используя известное выражение: Uc=U·(1-е^-е/τ), где τ = RC - постоянная времени RC-цепи, состоящей из резистора 1 и конденсатора 5.

В данном случае Uc=Uвх есть результат преобразования.

Таким образом, преобразование осуществляется в течение одного цикла заряда конденсатора, что меньше времени преобразования при использовании широтно-импульсной модуляции, как это сделано в прототипе, где требуется несколько циклов «заряд/разряд».

Для повышения точности измерения (преобразования) МК 6 периодически использует цикл по уточнению значения постоянной времени RC-цепи. Этот цикл заключается в следующем.

МК 1 выводит высокий уровень напряжения на второй дискретный выход и низкий уровень напряжения на третий дискретный выход. Входное напряжение Uвх падает на резисторе 4. Так как сопротивления резисторов 2 и 3 равны, то напряжение, подаваемое на второй вход АК, определяется выражением Uo=0,5·U. МК определяет, используя описанный выше цикл преобразования, постоянную времени RC-цепи из выражения τ=-t/lne(1-Uo/U).

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными решениями имеет преимущество: повышены точность и скорость преобразования.

Микроконтроллерный АЦП с использованием переходного процесса в RC-цепи, содержащий: микроконтроллер, конденсатор, первый, второй и третий резисторы, первые выводы конденсатора и первого резистора подключены к первому входу встроенного в микроконтроллер аналогового компаратора, второй вывод первого резистора подключен к первому дискретному выходу микроконтроллера, отличающийся тем, что в него введен четвертый резистор, причем первые выводы второго и третьего резисторов подключены ко второму входу встроенного в микроконтроллер аналогового компаратора, вторые выводы второго и третьего резисторов подключены соответственно ко второму и третьему дискретным выходам микроконтроллера, второй вывод конденсатора подключен к четвертому дискретному выходу микроконтроллера, первый вывод четвертого резистора подключен к источнику входного сигнала, второй вывод четвертого резистора подключен ко второму выводу третьего резистора.

Изобретение относится к электронике и может быть использовано в системах обработки аналоговых сигналов и, в частности, в быстродействующих аналого-цифровых преобразователях (АЦП).

Аналого-цифровой преобразователь и способ его калибровки // 2520421

Изобретение относится к электронике и может быть использовано при разработке быстродействующих аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Технический результат - повышение точности калибровки N-разрядного комбинированного АЦП путем уменьшения погрешности преобразования АЦП за счет снижения влияния рассогласования параметров элементов с помощью калибровки.

Аналого-цифровой преобразователь // 2519523

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в качестве входного устройства цифровых вычислительных комплексов для регистрации быстропротекающих электрических процессов.

Сверхбыстродействующий параллельный аналого-цифровой преобразователь с дифференциальным входом // 2518997

Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники, радиотехники и связи. Технический результат: расширение в несколько раз частотного диапазона обрабатываемых сигналов АЦП за счет снижения погрешности передачи входных дифференциальных напряжений от источников входных напряжений ко входам компараторов напряжения.

Цифровой преобразователь угла // 2517055

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, а именно к элементам систем цифрового управления, представляющим в виде двоичного кода точную информацию о текущем угловом положении подвижной части объекта регулирования.

Способ расширения полосы частот оценки спектров сигналов // 2516763

Изобретение относится к радиотехнике. Техническим результатом является расширение полосы анализа сигналов и возможность проведения анализа в режиме реального времени.

Цифровой датчик угла со знаковым разрядом // 2515965

Изобретение относится к области автоматики и робототехники и может быть использовано в следящих приводах с цифровыми датчиками угла (ЦДУ), работающих в диапазоне углов, больших чем ±180°, в которых задается знак направления движения.

Устройство цифрового преобразования и устройство преобразования энергии // 2513913

Группа изобретений относится к аналого-цифровым преобразователям и может быть использована в устройствах преобразования энергии для силовой электроники. Техническим результатом является повышение быстродействия.

Быстродействующий аналого-цифровой преобразователь с дифференциальным входом // 2513716

Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники, радиотехники и связи. Технический результат заключается в расширении в несколько раз предельного частотного диапазона обрабатываемых входных сигналов АЦП за счет снижения погрешности передачи входных дифференциальных напряжений от источников ко входам компараторов напряжения.

Резервированный источник тока // 2512890

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при создании систем автоматического управления (САУ). Технический результат заключается в осуществлении работы в широком диапазоне температур в полях ионизирующего излучения, резервировании, кодовом управлении выходным током и радиационной стойкости с временем работы при изменении в широком диапазоне температур окружающей среды, возникновении катастрофических и параметрических отказов отдельных элементов источника и при изменении нагрузки в условиях действия ионизирующего излучения.

Источник стабильного тока // 2523916

Источник стабильного тока относится к автоматике и вычислительной технике и может использоваться в составе систем автоматического управления, работающих в экстремальных условиях и полях ионизирующего излучения. Достигаемый технический результат - обеспечение долговременной стабильности выходных параметров при работе непосредственно на нагрузку в широком диапазоне температур в полях ионизирующего излучения. Источник стабильного тока содержит последовательно включенные фильтр, трансформатор с включенным в первичную обмотку транзистором-прерывателем и выпрямляющим диодом во вторичной обмотке, после которого установлен фильтр нижних частот с измерительным шунтом в выходной токовой цепи, измерительные выходы которого подключены к преобразователю напряжения в частоту, выходная частота которого поступает через элемент гальванической развязки на вход частотно-импульсного модулятора, управляющего частотой переключения транзистора-прерывателя. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Цифро-аналоговый преобразователь // 2523950

Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники, радиотехники, связи и может использоваться в структуре различных устройств обработки информации, измерительных приборах, системах телекоммуникаций. Техническим результатом является уменьшение времени установления выходного напряжения ЦАП. Цифроаналоговый преобразователь содержит блок коммутации весовых токов (1), токовый выход которого (2) связан с эталонным резистором (3), паразитный конденсатор (4), связанный с токовым выходом (2) блока коммутации весовых токов (1).С целью повышения быстродействия токовый выход (2) блока коммутации весовых токов (1) соединен со входом неинвертирующего усилителя напряжения (5) и токовым выходом (6) неинвертирующего усилителя тока (7), причем между выходом неинвертирующего усилителя напряжения (5) и токовым входом (8) неинвертирующего усилителя тока (7) включен элемент частотной коррекции (9). 2 з.п. ф-лы, 12 ил.

Сверхбыстродействующий параллельный аналого-цифровой преобразователь с дифференциальным входом // 2523960

Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники, радиотехники, связи. Технический результатом является расширение в несколько раз предельного частотного диапазона обрабатываемых сигналов АЦП за счет снижения погрешности передачи входных дифференциальных напряжений ко входам компараторов напряжения. Сверхбыстродействующий параллельный аналого-цифровой преобразователь с дифференциальным входом содержит N идентичных по архитектуре секций. Каждая из секций включает компаратор напряжения (1), первый (2) вход которого соединен с первым (3) источником входного напряжения через первый (4) эталонный резистор, а второй (5) вход компаратора напряжения (1) подключен ко второму (6) источнику входного противофазного напряжения через второй (7) эталонный резистор, причем первый (2) вход компаратора напряжения (1) связан с первым (8) источником опорного тока и первым (9) паразитным конденсатором, второй (5) вход компаратора напряжения (1) связан со вторым (10) источником опорного тока и вторым (11) паразитным конденсатором. Первый (3) источник входного напряжения подключен к базе первого (12) дополнительного транзистора, коллектор которого соединен с шиной первого (13) источника питания, а эмиттер подключен к шине второго (14) источника питания через первый (15) токостабилизирующий двухполюсник и через первый (16) корректирующий конденсатор связан с первым (2) входом компаратора напряжения 1. 1 з.п., ф-лы, 8 ил.

Аналого-цифровой преобразователь // 2527187

Изобретение относится к электронике и может быть использовано в микроэлектронных системах обработки аналоговых сигналов и преобразовании аналоговой информации в цифровую, в частности при разработке аналого-цифровых преобразователей (АЦП) с малым энергопотреблением, многоканальных системах приема и обработки информации с многоэлементных приемников оптического сигнала. Технический результат заявленного изобретения заключается в уменьшении площади кристалла АЦП и уменьшении потребляемой мощности за счет уменьшения суммарной емкости набора конденсаторов. Технический результат достигается за счет введения дополнительных блоков взвешивающих конденсаторов деления с ключами, аналогичных основному блоку взвешивающих конденсаторов деления с ключами, при этом емкость наименьшего конденсатора каждого дополнительного блока не равна удвоенной емкости наибольшего конденсатора основного блока или предыдущего дополнительного блока взвешивающих конденсаторов деления с ключами, а выходы дополнительных блоков взвешивающих конденсаторов деления с ключами объединены с выходом основного блока взвешивающих конденсаторов деления с ключами. 2 ил.

Формирователь временных интервалов // 2528141

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники. Технический результат - упрощение конструкции устройства. Формирователь временных интервалов содержит блок регистров, блок коммутаторов, блок памяти, блок делителей частоты, блок формирователей команд, блок формирователей импульсов, генератор импульсов и делитель частоты, при этом формирователь команд блока содержит семь триггеров, два элемента ИЛИ и два инвертора, формирователь импульсов блока содержит триггер, делитель частоты и инвертор. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Устройство для измерения динамических характеристик навигационных приборов, в состав которых входит вращающийся трансформатор // 2530311

Изобретение относится к области измерения и может быть использовано при метрологических исследованиях навигационных приборов, содержащих вращающийся трансформатор. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения измерения динамических характеристик. Существенным отличием предложенного изобретения является то, что в устройство для измерения навигационных приборов, в состав которых входит вращающийся трансформатор, содержащее коммутатор, дополнительно введены два канала преобразования, каждый из которых содержит генератор, реверсивный счетчик и последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, фазовращатель, усилитель мощности, выход которого является выходом устройства для подключения обмоток вращающегося трансформатора проверяемого навигационного прибора, счетный вход реверсивного счетчика подключен к генератору, выход подключен к цифровому входу цифроаналогового преобразователя, вход опорного напряжения которого подключен к выходу коммутатора, вход которого подключен к источнику питания переменного тока. 1 ил.

Преобразователь угол-код // 2530336

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к аналого-цифровому преобразованию, а именно к преобразователям угла поворота вала в код. Технический результат - повышение информационной надежности преобразователя угол-код. Преобразователь угол-код содержит: псевдослучайную кодовую шкалу с информационной дорожкой, n информационных считывающих элементов, k корректирующих считывающих элементов, n сумматоров по модулю два на два входа, выходы n считывающих элементов соединены с первыми входами n сумматоров по модулю два на два входа, k сумматоров по модулю два, выходы k корректирующих считывающих элементов соединены с первыми входами k сумматоров по модулю два, выходы m считывающих элементов соединены с соответствующими входами i-го сумматора по модулю два, дешифратор, i-й вход которого соединен с выходом i-го сумматора по модулю два, j-й выход которого соединен со вторым входом соответствующего сумматора по модулю два на два входа, выходы которых являются информационными выходами преобразователя, сумматор по модулю два, (n+k+1) входов которого соединены с выходами n считывающих элементов, выходами k корректирующих считывающих элементов и выходом контрольного считывающего элемента, элемент ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с выходом (n+k+1) входового сумматора по модулю два, а второй вход соединен с нулевым выходом дешифратора, j-е выходы которого и выход элемента ИЛИ-НЕ являются служебными выходами преобразователя. 1 ил., 7 табл.

Цифровой преобразователь угла // 2533305

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может найти применение как в цифровых системах наведения и управления огнем, так и в системах определения углового положения. Достигаемый технический результат - повышение точности преобразования углового положения ротора двухфазного индукционного датчика угла в цифровой код при значительном расширении рабочего температурного диапазона. Цифровой преобразователь угла содержит генератор напряжения возбуждения, выход которого соединен с обмоткой возбуждения двухфазного датчика угла типа СКВТ; СКВТ-приемник, преобразователь напряжение-частота, реверсивный счетчик, первый выпрямитель, второй выпрямитель, сумматор, усилитель, аналого-цифровой преобразователь и контроллер, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом реверсивного счетчика и выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход соединен с шиной выходного кода. 1 ил.

Преобразователь угла поворота вала в код // 2534971

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным устройством. Техническим результатом является обеспечение возможности измерения мгновенных значений угла и работы в режиме усреднения временных интервалов. Устройство содержит генератор импульсов, делитель частоты, блок преобразования угла поворота вала в последовательность временных интервалов, дешифратор, формирователи тактовых импульсов, формирователи грубого отсчета, регистры, вычислительный блок, дополнительные регистры, сумматоры, блоки элементов И, счетчики, триггеры и элементы И. 2 ил.

Сверхбыстродействующий параллельный дифференциальный аналого-цифровой преобразователь // 2535458

Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники. Технический результат - расширение частотного диапазона обрабатываемых сигналов АЦП. Сверхбыстродействующий параллельный дифференциальный аналого-цифровой преобразователь, каждая из N секций которого содержит компаратор напряжения, первый вход которого соединен с первым источником входного напряжения через первый эталонный резистор, а второй вход компаратора подключен ко второму источнику входного противофазного напряжения через второй эталонный резистор, причем первый вход компаратора связан с первым источником опорного тока и первым паразитным конденсатором, второй вход компаратора связан со вторым источником опорного тока и вторым паразитным конденсатором, а первый источник опорного тока выполнен в виде первого биполярного транзистора, коллектор которого является выходом первого источника опорного тока, база подключена к источнику вспомогательного напряжения, а эмиттер через первый дополнительный токостабилизирующий двухполюсник связан с шиной источника питания, причем между первым источником входного напряжения и эмиттером первого биполярного транзистора включен первый дополнительный конденсатор. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.