Микроконтроллерный ацп на основе переходного процесса в rc-цепи



Микроконтроллерный ацп на основе переходного процесса в rc-цепи
Микроконтроллерный ацп на основе переходного процесса в rc-цепи
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 2779293:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аналого-цифровым преобразователям, и может быть использовано в цифровых системах для измерения аналоговых величин. Техническим результатом изобретения является повышение точности аналого-цифрового преобразования. Микроконтроллерный АЦП на основе переходного процесса в RC-цепи содержит микроконтроллер 1, источник опорного напряжения (ИОН) 2, первый резистор 3, конденсатор 4 и второй резистор 5. Резистор 3 и конденсатор 4 первыми выводами подключены к первому входу аналогового компаратора, встроенного в микроконтроллер 1. Выход ИОН подключен ко второму выводу резистора 3. Второй вывод конденсатора 4 подключен к первому выводу резистора 5 и к цифровому выводу микроконтроллера 1. Второй вывод резистора 5 подключен к общей шине питания. Второй вход аналогового компаратора микроконтроллера 1 подключен к второму выводу источника аналогового сигнала, первый вывод которого подключен к общей шине питания. 1 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

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

Уровень техники

Известен АЦП, содержащий: микроконтроллер, конденсатор, первый, второй и третий резисторы, первые выводы которых подключены к первому входу, встроенному в микроконтроллер аналоговому компаратору. 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 аналогового компаратора подключен к источнику входного напряжения (см. пат. РФ № 2298872, кл. H03M 1/38).

Недостаток известного решения - низкая точность преобразования.

Известен 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 аналоговому компаратору, второй вывод первого резистора подключен к первому дискретному выходу микроконтроллера, введен четвертый резистор, причем первые выводы второго и третьего резисторов подключены ко второму входу 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 (см. пат. РФ № 2523208, кл. H03M 1/38).

Недостаток известного решения - низкая точность преобразования, обусловленная отсутствием источника опорного напряжения (ИОН). Известно, что точность АЦП зависит от точности ИОН (Под ред. Уолта Кестера. Аналого-цифровое преобразование. Москва: Техносфера, 2007. - 1006 с. ISBN 978 -5-94836-146-8).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятый авторами за прототип является микроконтроллерный АЦП с использованием переходного процесса в RC-цепи, содержащий: микроконтроллер, конденсатор, резистор, первые выводы конденсатора и резистора подключены к первому входу встроенного в микроконтроллер аналогового компаратора, первый выход источника аналогового сигнала подключен к общей шине питания, источник ИОН, причем второй вывод резистора подключен к выходу ИОН, второй вход аналогового компаратора микроконтроллера подключен к второму выходу источника аналогового сигнала (см. пат. РФ № 2726292, кл. H03M 1/82).

Недостаток известного решения - низкая точность преобразования, обусловленная отсутствием возможности выбора рабочего диапазона в соответствии с диапазоном изменения входного напряжения от минимального до максимального. В прототипе диапазон изменения входного напряжения отсчитывается от потенциала общей шины, что не позволяет эффективно сопрягать источник аналогового сигнала с предлагаемым АЦП, а, следовательно, получить повышенную точность аналого-цифрового преобразования.

Раскрытие изобретения

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к повышению точности аналого-цифрового преобразования.

Технический результат достигается тем, что в микроконтроллерный АЦП на основе переходного процесса в RC-цепи, содержащий: микроконтроллер, конденсатор, резистор, источник опорного напряжения (ИОН), первые выводы конденсатора и резистора подключены к первому входу встроенного в микроконтроллер аналогового компаратора, второй вывод резистора подключен к выходу ИОН, первый вывод источника аналогового сигнала подключен к общей шине питания, второй вывод источника аналогового сигнала подключен к второму входу аналогового компаратора микроконтроллера, дополнительно введен второй резистор, причем первый вывод второго резистора подключен к второму выводу конденсатора и к цифровому выводу микроконтроллера, второй вывод второго резистора подключен к общей шине питания.

Краткое описание чертежей

На чертеже представлена структурная схема микроконтроллерного АЦП на основе переходного процесса в RC-цепи.

Осуществление изобретения

Микроконтроллерного АЦП на основе переходного процесса в RC-цепи содержит (фиг.) микроконтроллер 1, ИОН 2, первый резистор 3 (R1), конденсатор 4, второй резистор 5 (R2). Резистор 3 и конденсатор 4 первыми выводами подключены к первому входу аналогового компаратора, встроенного в микроконтроллер 1, (на фиг. аналоговый компаратор не показан), выход ИОН подключен к второму выводу резистора 3, первый вывод резистора 5 подключен к второму выводу конденсатора 4 и к цифровому выводу микроконтроллера 1, второй вывод резистора 5 подключен к общей шине питания, первый вывод источника аналогового сигнала подключен к второму входу аналогового компаратора, второй вывод источника аналогового сигнала подключен к общей шине питания.

Микроконтроллерный АЦП на основе переходного процесса в RC-цепи работает в двух режимах.

Первый режим. Микроконтроллер 1 выводит логический 0 (лог.0) через цифровой вывод на второй вывод конденсатора 4, в этом случае второй вывод конденсатора 4 будет иметь низкий потенциал, близкий к потенциалу общей шины питания (внутренняя общая шина микроконтроллера 1 на фиг. не показана). В начале цикла микроконтроллер 1 настраивает вывод, к которому подключен первый вход аналогового компаратора на выход и выводит лог.0. Конденсатор 4 начинает разряжаться на внутреннюю общую шину микроконтроллера 1. Микроконтроллер 1 удерживает лог.0 на данном выводе некоторое время, необходимое для полного разряда конденсатора 4. Затем микроконтроллер 1, переводит этот вывод в высокоомное состояние и запускает внутренний счетчик тактовых импульсов. Конденсатор 4 начинает заряжаться от ИОН 2 через резистор 3. Как только напряжение Uc на конденсаторе 4 превысит напряжение Uвх источника входного сигнала, действующего на втором входе аналогового компаратора, последний изменит на своем выходе логический уровень. По этому событию микроконтроллер 1 считывает двоичный код счетчика тактовых импульсов. Двоичный код пропорционален времени заряда t конденсатора 4. Микроконтроллер 1 определяет Uc, а, следовательно и Uвх, используя выражение: Uвх=Uc=Uref⋅(1-е–t/τ), где Uref - напряжение ИОН (известно); τ=R1⋅C - постоянная времени (известна).

Второй режим. Перед началом цикла преобразования микроконтроллер 1 разряжает конденсатор 4 по алгоритму первого режима, затем переводит цифровой вывод и вывод, к которому подключен первый вход аналогового компаратора в высокоомное состояние. Конденсатор 4 начинает заряжаться от ИОН через резисторы 3 и 5. Как только напряжение Uc на конденсаторе 4 превысит напряжение Uвх источника входного сигнала, действующего на втором входе аналогового компаратора, последний изменит на своем выходе логический уровень. По этому событию микроконтроллер 1 считывает двоичный код счетчика тактовых импульсов. Двоичный код пропорционален времени t заряда конденсатора 4. Микроконтроллер 1 определяет напряжение на конденсаторе 4, используя выражение: Uc=UR2+(Uref-UR2)⋅(1-е–t/τ), где UR2 - напряжение на втором резисторе 5 (R2) в начале переходного процесса (известно); τ = (R1+R2)⋅C - постоянная времени (известна).

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом имеет преимущество - повышена точность преобразования за счет повышения количества шагов квантования и уменьшения их значения, благодаря увеличению постоянной времени и уменьшению диапазона изменения напряжения на конденсаторе в пределах одной постоянной времени RC-цепи.

Микроконтроллерный АЦП на основе переходного процесса в RC-цепи, содержащий: микроконтроллер, конденсатор, резистор, источник опорного напряжения (ИОН), первые выводы конденсатора и резистора подключены к первому входу встроенного в микроконтроллер аналогового компаратора, второй вывод резистора подключен к выходу ИОН, первый вывод источника аналогового сигнала подключен к общей шине питания, второй вывод источника аналогового сигнала подключен к второму входу аналогового компаратора микроконтроллера, отличающийся тем, что в него дополнительно введен второй резистор, причем первый вывод второго резистора подключен к второму выводу конденсатора и к цифровому выводу микроконтроллера, второй вывод второго резистора подключен к общей шине питания.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике. Технический результат заключается в повышении информационной надежности псевдослучайной кодовой шкалы за счет формирования с нее корректирующего кода с возможностью исправления тройных и обнаружения четырехкратных ошибок.

Изобретение относится к радиоэлектронике, предназначено для аналого-цифрового преобразования аналоговых сигналов, и может быть использовано в системах радиолокации и связи. Технический результат заключается в повышении быстродействия преобразования аналогового сигнала.

Изобретение относится к системам точного измерения сдвига фаз между сигналами, а именно к выделению квадратурных составляющих для одного из сравниваемых сигналов, и может использоваться для высокоточного фазового детектирования, в том числе в аналоговых системах при использовании компаратора для дополнительного преобразования аналогового сигнала в цифровой сигнал.

Изобретение относится к аналого-цифровой измерительной электронике, в частности к аналого-цифровым преобразователям для преобразования аналоговых сигналов в цифровой код, и может использоваться для преобразования аналоговых сигналов с датчиков физических величин в цифровой формат для дальнейшей обработки.

Предлагаемое изобретение относится к автоматизированным системам специального назначения для генерации тока и может быть использовано для разработки прецизионных источников тока для смещения сверхпроводящих многокубитных квантовых структур, электрохимии, питания первичных измерительных преобразователей в автоматизированных системах управления, измерения и контроля.

Изобретение относится к области цифровой техники, в частности к устройствам преобразования аналогового напряжения в цифровой код. Технический результат - осуществление работы цифровых коротковолновых радиопередатчиков при передаче помехозащищенного многочастотного сигнала.

Изобретение относится к измерительной технике. Технический результат заключается в повышении информационной надежности псевдослучайной кодовой шкалы.

Изобретение относится к аналого-цифровой измерительной электронике, в частности к аналого-цифровым преобразователям с промежуточным преобразованием напряжения в длительности импульсов. Технический результат - повышение точности преобразования аналогового сигнала.

Изобретение относится к области измерения параметров радиосигналов и может быть использовано в системах радиоконтроля за использованием радиочастотного спектра. Спектральный способ измерения девиации частоты основан на преобразовании частотно-модулированного сигнала в спектр мощности.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах управления сложным технологическим оборудованием, а также при мониторинге пространственно распределенных объектов промышленной, транспортной и социальной инфраструктуры. Заявленное мультисенсорное волоконно-оптическое устройство сбора информации содержит источник излучения, волоконно-оптический разветвитель, набор оптических переключателей, набор оптических аттенюаторов, волоконно-оптический сумматор, фотоприемник, фотоусилитель, причем выход источника излучения оптически связан с входом волоконно-оптического разветвителя, выходы которого через оптические переключатели подключены ко входам соответствующих оптических аттенюаторов, выходы которых оптически связаны со входами волоконно-оптического сумматора, выход которого через фотоприемник подключен ко входу фотоусилителя.

Предлагаемый способ относится к области физики, а именно определению диэлектрических характеристик лакокрасочных покрытий и установлению взаимосвязи изменения этих характеристик с физико-механическими свойствами покрытия в процессе его старения. Существующие способы определения диэлектрических характеристик, как правило, неприменимы для работы с лакокрасочными покрытиями.
Наверх