Системы сбора данных и микроконверторы

Постепенное усложнение АЦП, появление многоканальных АЦП, АЦП со встроенным устройством выборки-хранения, АЦП со сложной цифровой частью вызвало то, что сейчас существуют завершены однокристальная системы сбора данных, которые обеспечивают преобразование в цифровой код сигналов, поступающих от многих датчиков и передачу их на микроЭВМ. Блок-схема развитой системы сбора данных приведена на рис. 18.

Рис.19 Блок-схема системы сбора данных

Основу системы составляет АЦП, преимущественно АЦП последовательного приближения. Чтобы уменьшить количество корпусов ИМС, необходимых для создания системы сбора данных, в схему встроенные ПОЗ и источник опорного напряжения. Для подключения к нескольким источникам входных аналоговых сигналов используется аналоговый мультиплексор. Чтобы сократить частоту прерываний главного процессора некоторые системы сбора данных обеспечиваются оперативным запоминающим устройством обратного магазинного типа FIFO - first input - first output (первым пришел - первым вышел). Измерительный усилитель ППК, входящий в систему, меняет свой коэффициент усиления по команде от схемы управления. Это позволяет выровнять диапазоны аналоговых сигналов с разных входов.

Схема управления может включать оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), в который загружается от главного процессора блок рабочих команд. Эти команды содержат сведения о том, какие операционные режимы использовать, какие из входящих каналов должны быть однопроводная, а какие - объединяться с образованием дифференциальные пар, насколько часто и в каком порядке следует делать выборку для каждого канала. Встроенный в систему сбора данных цифровой таймер определяет темп преобразования АЦП.

Характерным примером системы сбора данных является AD7581 (отечественный аналог - 572ПВ4), содержащий 8-входов аналоговый мультиплексор, 8-разрядный АЦП последовательного приближения, и запоминающее устройство FIFO с организацией 8х8 бит. Другой пример - AD1В60, включающая 8-входов аналоговый мультиплексор, измерительный усилитель с программируемым коэффициентом усиления от 1 до 128, 16-разрядный АЦП на основе интегрирующего ПНЧ, ДОН, микропроцессор, ОЗУ режима и ПЗУ конфигурации. Одной из наиболее развитых является система сбора данных LM12458, содержащей 8-входовый аналоговый мультиплексор, ПВХ, 13-разрядный АЦП последовательного приближения, память типа FIFO с организацией 32х16 бит, ОЗУ команд и 16-битный цифровой таймер

Для повышения быстродействия установления коэффициента передачи и выборка данных может осуществляться по каждому каналу индивидуально. Так, например, 4-х канальная система сбора данных AD7865 содержит четыре круга масштабирования входного сигнала и четыре устройства наблюдения / хранения, подключенных к мультиплексора.

Особый класс устройств с аналого-цифровыми преобразователями представляют собой микроконверторы. Некоторое время назад были попытки создания аналоговых программируемых матриц, то есть устройств, включающих операционные усилители и другие аналоговые ячейки, связи между которыми можно было установить программным путем. Эти попытки коммерческого успеха не имели. Недавно некото рые фирмы, например, Analog Devices, начали выпуск программируемых устройств для преобразования аналоговых сигналов, включающие многоканальный АЦП, микроконтроллер и одно-или двухканальный ЦАП. Такой микроконвертор принимает аналоговый сигнал, преобразует их в цифровые коды, по программе, которая записана в ПЗУ микроконтроллера, обрабатывает эти коды и с помощью ЦАП вновь преобразует результаты в аналоговые сигналы. Уступая чисто аналоговой только в быстродействии, такая схема отличается большой функциональной гибкостью и точностью. В частности, микроконвертор ADu812 содержит 8-канальный мультиплексор, ПВХ, 12-разрядный АЦП последовательного приближения с производительностью 200 СПП, два 12-разрядных ЦАП и микроконтроллер с системой команд семейства MCS-51.