МИКРОКОНТРОЛЛЕРНЫЙ АЦП С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА В RC-ЦЕПИ Российский патент 2014 года по МПК H03M1/38 

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.

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.

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.