RU2298872C1 - Аналого-цифровой преобразователь с управляемой чувствительностью на базе микроконтроллера - Google Patents

Аналого-цифровой преобразователь с управляемой чувствительностью на базе микроконтроллера Download PDF

Info

Publication number
RU2298872C1
RU2298872C1 RU2005134832/09A RU2005134832A RU2298872C1 RU 2298872 C1 RU2298872 C1 RU 2298872C1 RU 2005134832/09 A RU2005134832/09 A RU 2005134832/09A RU 2005134832 A RU2005134832 A RU 2005134832A RU 2298872 C1 RU2298872 C1 RU 2298872C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
microcontroller
input
output
analog
integrating
Prior art date
Application number
RU2005134832/09A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Витальевич Вострухин (RU)
Александр Витальевич Вострухин
Original Assignee
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ставропольский государственный аграрный университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ставропольский государственный аграрный университет filed Critical Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ставропольский государственный аграрный университет
Priority to RU2005134832/09A priority Critical patent/RU2298872C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2298872C1 publication Critical patent/RU2298872C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в цифровых системах для измерения и контроля аналоговых величин. Технический результат заключается в повышении чувствительности. Аналого-цифровой преобразователь с управляемой чувствительностью на базе микроконтроллера (МК) содержит VR (1), со встроенным аналоговым компаратором (АК) (2), элементы интегрирующего RC-звена конденсатор (3) (емкость С) и управляемый резистор (Р) (4) (сопротивление R3), Р (5) и (6) (сопротивления R1 и R2). Первые выводы Р (5) и (6) подключены к выходу интегрирующего RC-звена, второй вывод Р (5) подключен к плюсу источника питания, второй вывод Р (6) подключен к минусу источника питания, выход интегрирующего RC-звена подключен ко второму входу АК (2) МК (1), вход интегрирующего RC-звена подключен к дискретному выходу МК (1), первый вход АК (2) подключен к источнику входного напряжения Uвх. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

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
Для сопряжения аналоговых датчиков с цифровыми системами требуется аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Современные микроконтроллеры содержат аналоговые компараторы (АК), что позволяет строить на их основе АЦП с высокими технико-экономическими показателями.
Известно техническое решение, содержащее микроконтроллер со встроенным АК, биполярный транзистор, конденсатор, четыре резистора, причем эмиттер транзистора подключен к плюсу источника питания, конденсатор подключен одной обкладкой к коллектору транзистора и к неинвертирующему входу АК, первый резистор включен между базой транзистора и дискретным выходом микроконтроллера, второй, третий и четвертый резисторы первыми выводами соединены в общую точку, которая подключена к инвертирующему входу АК, вторые выводы второго и третьего резисторов подключены к дискретным выходам микроконтроллера, второй вывод четвертого резистора подключен к источнику входного напряжения. (http://www.electroclub.fatal.ru/RusAVR/Doc/Examples/AVR401/AVR401.htm AVR401: 8-ми битный прецизионный аналого-цифровой преобразователь).
Недостатки известного решения - низкая чувствительность и отсутствует функция по управлению чувствительностью.
Известно техническое решение, содержащее микроконтроллер, АК, два интегрирующих RC-звена (ИЗ), причем выходы первого и второго ИЗ подключены, соответственно, к неинвертирующему и инвертирующему входам АК, вход первого ИЗ подключен к дискретному выходу микроконтроллера, к входу второго ИЗ подключен источник входного напряжения, выход АК подключен к дискретному входу микроконтроллера (В.Л.Горбунов. Однокристальные микроЭВМ. - Вычислительная техника и ее применение, 1989, №1, с.30-47).
Недостатки известного решения - низкая чувствительность и отсутствует функция по управлению чувствительностью.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является АЦП, содержащий микроконтроллер со встроенным АК и ИЗ, вход которого 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).
Недостатки известного решения - низкая чувствительность и отсутствует функция по управлению чувствительностью, что ограничивает область применения данного решения.
Раскрытие изобретения
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к повышению чувствительности и расширению функциональных возможностей устройства.
Технический результат достигается с помощью АЦП с управляемой чувствительностью на базе микроконтроллера, содержащий ИЗ и микроконтроллер со встроенным АК, причем первый вход АК подключен к источнику входного напряжения, второй вход АК подключен к выходу ИЗ, вход которого подключен к выходу микроконтроллера, при этом в него введены первый и второй резисторы, причем первые выводы этих резисторов подключены к выходу ИЗ, второй вывод первого резистора подключен к плюсу источника питания, второй вывод второго резистора подключен к минусу источника питания, резистор ИЗ выполнен управляемым и его управляющий вход подключен к выходу микроконтроллера, управляемый резистор выполнен подстроечным.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлена структурная схема АЦП с управляемой чувствительностью на базе микроконтроллера.
На фиг.2 представлены временные диаграммы, поясняющие принцип работы АЦП.
На фиг.3 представлены схемы замещения для пояснения методики расчета чувствительности АЦП.
Осуществление изобретения
АЦП с управляемой чувствительностью на базе микроконтроллера содержит (фиг.1) микроконтроллер 1 со встроенным АК 2, элементы ИЗ конденсатор 3 (емкость С) и управляемый резистор 4 (сопротивление R3), резисторы 5 и 6 (сопротивления R1 и R2). Первые выводы резисторов 5 и 6 подключены к выходу ИЗ, второй вывод резистора 5 подключен к плюсу источника питания, второй вывод резистора 6 подключен к минусу источника питания, выход ИЗ подключен ко второму входу АК 2 микроконтроллера 1, вход ИЗ подключен к дискретному выходу микроконтроллера 1, первый вход АК подключен к источнику входного напряжения Uвх.
АЦП работает следующим образом.
На первый вход АК 2 подается возрастающее напряжение Uc, снимаемое с выхода ИЗ. Напряжением Uc управляет микроконтроллер 1 методом широтно-импульсной модуляции. Двоичный код N, пропорциональный Uc, находится в одном из регистров микроконтроллера 1. Как только Uc сравняется с Uвх, на выходе АК 2 формируется сигнал, по которому микроконтроллер 1 останавливает процесс преобразования. В этом случае двоичный код N эквивалентен входному напряжению Uвх.
Метод широтно-импульсной модуляции основан на том, что если на ИЗ подавать прямоугольные импульсы напряжения, то конденсатор ИЗ заряжается до среднего напряжения Uc, так как постоянная времени ИЗ достаточно велика по сравнению с периодом следования импульсов. Значение Uc определяется: Uc=(U1-U0)·k=ΔU·k, где U1 и U0 - высокий и низкий уровни напряжения прямоугольных импульсов (фиг.2,а,б); k - коэффициент заполнения, k=tи/(tи+tп), где tи и tп - длительности импульса и паузы между импульсами.
Период следования прямоугольных импульсов определяется Т=tи+tп. Если изменять tи, а Т оставить постоянным, то Uc будет изменяться пропорционально изменению tи.
Значение tи хранится в форме двоичного кода N в одном из регистров микроконтроллера 1. Микроконтроллер 1 увеличивает значение tи на единицу перед каждым выводом высокого уровня напряжения U1 на вход ИЗ. Двоичный код N изменяется от минимального Nmin=1 до максимального Nmax. Если регистр 8-разрядный, тогда Nmax=28-1=255.
Чувствительность АЦП определяется по формуле
Figure 00000002
Микроконтроллеры, например, семейства AVR, корпорации Atmel 8-разрядные, изготовлены по КМОП технологии, для которых уровень U1≈5 B, a U0≈0 B, при Uп=5 В. Чувствительность АЦП, построенного на базе этих микроконтроллеров, при Uп=5 В, составит S≈5/255≈20 мВ, что явно недостаточно, так как многие аналоговые датчики формируют на выходе напряжение, измеряемое в единицах мВ.
Чувствительностью можно управлять, изменяя напряжение ΔU (1). В предлагаемом техническом решении изменение ΔU достигается введением делителя, состоящего из резисторов 5 и 6 (фиг.1). Рассмотрим частный случай, когда R1=R2.
Допустим, микроконтроллер 1 вывел на вход ИЗ низкий уровень напряжения U0, что равнозначно подключению входа ИЗ к минусовому проводу питания схемы (фиг.3,а). В этом случае: U2=Uп/(R1+R23)·R23=I0·R23; U2=U0, где R23 - общее сопротивление параллельно включенных R2 и R3.
Допустим, микроконтроллер 1 вывел на вход ИЗ высокий уровень напряжения U1, что равнозначно подключению входа ИЗ к плюсовому проводу питания схемы (фиг.3,б). В этом случае: U1=Uп/(R2+R13)·R13=I1·R13; Uп-U1=U1, где R13 - общее сопротивление параллельно включенных R1 и R3.
Так как R1=R2, то IO=Il=I; R23=R13=R
U0=I·R; U1=Uп-I·R=Uп-U0
Расчет сопротивления R3 резистора 4 ИЗ для обеспечения заданной чувствительности, например для S=1 мВ, при Nmax=255, для частного случая, когда R1=R2=100 кОм, производят в следующей последовательности.
Максимальный диапазон изменения Uвх должен быть Uвх≤ΔU, тогда
ΔU=S·N=1·255=255 мВ
U0=Uп/2-ΔU/2=5/2-0,255/2=2,3725 В
I=(Uп-U0)/R1=(5-2,3725)/10-5=2,6275·10-5 А
R=U0/I=2,3725/2,6275·10-5=90,295 кОм
R3=(R·R2)/(R2-R)=(90,295·100)/(100-90,295)=930 кОм.
Следует принимать во внимание, что напряжения на выходе микроконтроллера 1, например для семейства AVR, при напряжении питания Uп=5 В составляют U1≈4,9 В и U0≈0,1 В.
Чувствительность изготовленного опытного образца предлагаемого решения АЦП составила S≈0,85 мВ, при R3=1 Мом, R1=R2=100 кОм, С=0,47 мкФ, Uп=5 В.
В качестве управляемого резистора может быть использована комбинация из двух последовательно включенных резисторов, резистора с цифровым управлением и подстроечного или только одного подстроечного резистора.
Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:
- более высокую чувствительность;
- расширенные функциональные возможности.

Claims (2)

1. Аналого-цифровой преобразователь с управляемой чувствительностью на базе микроконтроллера, содержащий интегрирующее RC-звено, микроконтроллер со встроенным аналоговым компаратором, причем первый вход аналогового компаратора подключен к источнику входного напряжения, второй вход аналогового компаратора подключен к выходу интегрирующего RC-звена, вход которого подключен к выходу микроконтроллера, отличающийся тем, что в него введены первый и второй резисторы, причем первые выводы этих резисторов подключены к выходу интегрирующего RC-звена, второй вывод первого резистора подключен к плюсу источника питания, второй вывод второго резистора подключен к минусу источника питания, резистор интегрирующего RC-звена выполнен управляемым и его управляющий вход подключен к выходу микроконтроллера.
2. Аналого-цифровой преобразователь по п.1, отличающийся тем, что управляемый резистор выполнен подстроечным.
RU2005134832/09A 2005-11-09 2005-11-09 Аналого-цифровой преобразователь с управляемой чувствительностью на базе микроконтроллера RU2298872C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005134832/09A RU2298872C1 (ru) 2005-11-09 2005-11-09 Аналого-цифровой преобразователь с управляемой чувствительностью на базе микроконтроллера

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005134832/09A RU2298872C1 (ru) 2005-11-09 2005-11-09 Аналого-цифровой преобразователь с управляемой чувствительностью на базе микроконтроллера

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2298872C1 true RU2298872C1 (ru) 2007-05-10

Family

ID=38107977

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005134832/09A RU2298872C1 (ru) 2005-11-09 2005-11-09 Аналого-цифровой преобразователь с управляемой чувствительностью на базе микроконтроллера

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2298872C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2523208C1 (ru) * 2012-12-17 2014-07-20 Александр Витальевич Вострухин Микроконтроллерный ацп с использованием переходного процесса в rc-цепи
RU2726292C1 (ru) * 2020-01-10 2020-07-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" АЦП с использованием переходного процесса в RC-цепи
RU2779293C1 (ru) * 2022-06-01 2022-09-05 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" Микроконтроллерный АЦП на основе переходного процесса в RC-цепи

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
URL http://www.rtcs.ru/comp/html/txt/app/Atmel/micros/avr/AVR400.htm 05.03.2004. URL http://www.electroclub.fatal.ru/RusAVR/Doc/Examples/AVR401/AVR401.htm> 20.10.2000. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2523208C1 (ru) * 2012-12-17 2014-07-20 Александр Витальевич Вострухин Микроконтроллерный ацп с использованием переходного процесса в rc-цепи
RU2726292C1 (ru) * 2020-01-10 2020-07-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" АЦП с использованием переходного процесса в RC-цепи
RU2779293C1 (ru) * 2022-06-01 2022-09-05 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" Микроконтроллерный АЦП на основе переходного процесса в RC-цепи
RU2790093C1 (ru) * 2022-11-14 2023-02-14 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" Цифровой сенсор температуры на основе микроконтроллерного RC-АЦП

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0505496B1 (en) Analog to digital conversion with noise reduction
US8324941B2 (en) Method and apparatus for time-differential comparison of an analog signal
US20150109155A1 (en) Semiconductor device and electronic control device
Czaja An implementation of a compact smart resistive sensor based on a microcontroller with an internal ADC
JP2006502626A (ja) パルス幅変調アナログデジタル変換
RU2298872C1 (ru) Аналого-цифровой преобразователь с управляемой чувствительностью на базе микроконтроллера
CN208272954U (zh) 一种电压到时间的转换电路
RU2502076C1 (ru) Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления в двоичный код с генератором, управляемым напряжением
RU2453854C1 (ru) Энергосберегающий микроконтроллерный измерительный преобразователь для резистивных датчиков
RU2523208C1 (ru) Микроконтроллерный ацп с использованием переходного процесса в rc-цепи
RU2756374C1 (ru) Микроконтроллерное измерительное устройство емкости для встраиваемых вычислительных систем
RU2506599C1 (ru) Микроконтроллерный измерительный преобразователь с уравновешиванием резистивного моста
CN108494407A (zh) 一种电压到时间的转换电路
Hunasekattte A Resistance-to-time convertor to enhance resistive sensitivity of embedded systems
EP3298418B1 (en) Microcontroller with average current measurement circuit using voltage-to-current converters
RU2515309C1 (ru) Микроконтроллерный измерительный преобразователь с уравновешиванием резистивного моста уитстона методом широтно-импульсной модуляции
RU162372U1 (ru) Микроконтроллерный ацп с использованием переходного процесса в rc-цепи
RU160870U1 (ru) Устройство для формирования выборки мгновенного значения напряжения
CN215004000U (zh) 一种温度采集系统
RU155713U1 (ru) Устройство для формирования выборки мгновенного значения напряжения
RU2247401C1 (ru) Устройство для преобразования параметров индуктивных датчиков
RU2563315C1 (ru) Микроконтроллерный измерительный преобразователь с управляемым питанием резистивных измерительных цепей методом широтно-импульсной модуляции
CN118500540B (zh) 激光参数检测电路、方法以及激光器
RU2802294C1 (ru) Способ мониторинга давления на входе газового электромагнитного клапана и устройство для его осуществления
CN116973734A (zh) 一种芯片及其电流测试电路

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20071110