АЦП с использованием переходного процесса в RC-цепи Российский патент 2020 года по МПК H03M1/82 

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 и RC-цепь, вход которой подключен к цифровому выходу микроконтроллера, а выход подключен к неинвертирующему входу аналогового компаратора (АК), встроенного в микроконтроллер, к инвертирующему входу АК подключен источник входного напряжения. (Простой аналогово-цифровой преобразователь http://wvvw.rtcs.ru/comp/html/txt/app/Atmel/micros/avr/AVR400.htm AVR400.

Недостаток известного решения - низкая точность.

Известен АЦП, 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. НО3М 1/38).

Недостаток известного решения - низкая точность преобразования.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятое авторами за прототип является 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 АК, второй вывод первого резистора подключен к первому дискретному выходу микроконтроллера, введен четвертый резистор, причем первые выводы второго и третьего резисторов подключены ко второму входу АК, 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. Н03М 1/38).

Недостаток известного решения - низкая точность преобразования, обусловленная отсутствием в прототипе 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).

Раскрытие изобретения.

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

Технический результат достигается тем, что в АЦП с использованием переходного процесса в RC-цепи, содержащего микроконтроллер, конденсатор, резистор, первые выводы конденсатора и резистора подключены к первому входу встроенного в микроконтроллер АК, первый выход источника аналогового сигнала подключен к общей шине питания, введен ИОН, причем второй вывод резистора подключен к выходу ИОН, второй вход АК подключен к второму выходу источника аналогового сигнала.

Краткое описание чертежей.

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

Осуществление изобретения.

АЦП с использованием переходного процесса в RC-цепи содержит (фиг.) микроконтроллер 1, ИОН 2, резистор 3, конденсатор 4. Резистор 3 и конденсатор 4 первыми выводами подключены к первому входу АК, встроенного в микроконтроллер 1, (на фиг. АК не показан), выход ИОН подключен к второму выводу резистора 3, второй вывод конденсатора 4 подключен к общей шине питания, второй вывод АК подключен к первому выходу источника аналогового сигнала, второй выход которого подключен к общей шине питания.

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

Преобразования микроконтроллер 1 осуществляет циклами. В начале каждого цикла микроконтроллер 1 настраивает вывод, к которому подключен первый вход АК на выход и выводит логический ноль (лог.0). Конденсатор 4 начинает разряжаться на внутреннюю общую шину микроконтроллера 1 (внутренняя общая шина микроконтроллера 1 на фиг. не показана). 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 двоичный счетчик тактовых импульсов. Конденсатор 4 начинает заряжаться. Как только напряжение Uc на конденсаторе 4 превысит напряжение Uвх источника входного сигнала, действующего на втором входе АК, 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. Микроконтроллер 1 определяет Uc, используя известное выражение:

где τ=RC - постоянная времени RC-цепи (известна);

Uref - значение напряжения ИОН (известно).

На этом цикл преобразования закончен.

Таким образом, в каждом цикле преобразования микроконтроллер 1 определяет значение входного напряжения Uвх, которое в форме двоичного кода может сохранять в памяти или передавать, используя стандартные интерфейсы, в измерительные цифровые системы более высокого уровня.

Затем микроконтроллер 1 повторяет цикл преобразования.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными решениями имеет преимущество - повышена точность преобразования за счет введения ИОН.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аналого-цифровым преобразователям и может быть использовано в цифровых системах для измерения аналоговых величин. Технический результат - повышение точности. АЦП с использованием переходного процесса в RC-цепи содержит (фиг.) микроконтроллер 1, источник опорного напряжения (ИОН) 2, резистор 3, конденсатор 4. Резистор 3 и конденсатор 4 первыми выводами подключены к первому входу аналогового компаратора (АК), встроенного в микроконтроллер 1, (на фиг. АК не показан), выход ИОН подключен к второму выводу резистора 3, второй вывод конденсатора 4 подключен к общей шине питания, второй вывод АК микроконтроллера 1 подключен к первому выходу источника аналогового сигнала, второй выход которого подключен к общей шине питания. 1 ил.

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, отличающийся тем, что него введен источник опорного напряжения (ИОН), причем второй вывод резистора подключен к выходу ИОН, второй вход аналогового компаратора микроконтроллера подключен к второму выходу источника аналогового сигнала.