Биполярный преобразователь напряжения в код
Предлагаемая полезная модель относится к вычислительной технике и может быть использована при преобразовании напряжения в код в цифровых управляющих системах, построенных на основе микроконтроллеров. Биполярный преобразователь напряжения в код содержит микроконтроллер, два резистора и два операционных усилителя, выход первого операционного усилителя подключен ко входу первого канала АЦП микроконтроллера и через первый резистор - к собственному инвертирующему входу и первому выводу второго резистор, при этом выход второго операционного усилителя подключен к его инвертирующему входу. Для увеличения точности преобразования введены два диода Шоттки, третий резистор и устройство выборки и хранения напряжения, аналоговый вход которого является входом устройства, а выход подключен ко второму выводу второго резистора и через третий резистор - к катоду первого диода Шоттки и не инвертирующему входу второго операционного усилителя, выход которого подключен ко входу второго канала АЦП микроконтроллера, анод второго диода Шоттки подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя, выход которого подключен к катоду второго диода Шоттки, при этом анод первого диода Шоттки и не инвертирущий вход первого операционного усилителя подключены к земле, а одна линия выходного порта микроконтроллера подключена к управляющему входу устройства выборки и хранения напряжения.
Предлагаемая полезная модель относится к вычислительной технике и может быть использована при преобразовании напряжения в код в цифровых управляющих системах, построенных на основе микроконтроллеров.
Известны встроенные АЦП микроконтроллера в биполярном режиме (см. Рюмик С.М. 1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 1/С.М. Рюмик - М: Додека-XXI, 2010, стр.83, рис.3.5 з.) содержащие микроконтроллер, два резистора, конденсатор и развязывающий усилитель, вход которого является входом устройства, а выход подключен через первый резистор ко входу первого канала АЦП микроконтроллера, первому выводу конденсатора и первому выводу второго резистора, второй вывод которого подключен к шине напряжения смещения, при этом второй вывод конденсатора подключен к земле.
Недостатком устройства является низкая точность из-за необходимости смещения входного напряжения для приведения биполярного диапазона входного напряжения к однополярному диапазону АЦП микроконтроллера.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является встроенный АЦП микроконтроллера в биполярном режиме (см. Рюмик С.М. 1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 1/С.М. Рюмик - М: Додека-XXI, 2010, стр.82, рис.3.5 г.) содержащий микроконтроллер, три операционных усилителя, пять резисторов и конденсатор, при этом выход первого операционного усилителя подключен ко входу первого канала АЦП микроконтроллера и через первый резистор к собственному инвертирующему входу и первому выводу второго резистора, вывод напряжения опоры микроконтроллера подключен к не инвертирующему входу второго операционного усилителя, выход которого подключен к собственному инвертирующему входу и второму выводу второго резистора, не инвертирующий вход третьего операционного усилителя является входом устройства, а его выход подключен к собственному инвертирующему входу и через третий резистор - к не инвертирующему входу первого операционного усилителя и первому выводу четвертого резистора, второй вывод которого подключен к земле, при этом вход устройства подключен к первым выводам конденсатора и пятого резистора, вторые выводы, которых подключены к земле.
Недостатком устройства является низкая точность из-за необходимости смещения входного напряжения для приведения биполярного диапазона входного напряжения к однополярному диапазону АЦП микроконтроллера.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является увеличение точности преобразования за счет добавления знакового разряда путем использования двух каналов АЦП микроконтроллера для преобразования положительного и инвертированного отрицательного входного напряжения в полном диапазоне входного напряжения АЦП микроконтроллера для каждого.
Сущность полезной модели состоит в том, что биполярный преобразователь напряжения в код содержит микроконтроллер, два резистора и два операционных усилителя, выход первого операционного усилителя подключен ко входу первого канала АЦП микроконтроллера и через первый резистор - к собственному инвертирующему входу и первому выводу второго резистора, при этом выход второго операционного усилителя подключен к его инвертирующему входу.
Новым в предлагаемой полезной модели является то, что введены два диода Шоттки, третий резистор и устройство выборки и хранения напряжения, аналоговый вход которого является входом устройства, а выход подключен ко второму выводу второго резистора и через третий резистор - к катоду первого диода Шоттки и не инвертирующему входу второго операционного усилителя, выход которого подключен ко входу второго канала АЦП микроконтроллера, анод второго диода Шоттки подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя, выход которого подключен к катоду второго диода Шоттки, при этом анод первого диода Шоттки и не инвертирующий вход первого операционного усилителя подключены к земле, а одна линия выходного порта микроконтроллера подключена к управляющему входу устройства выборки и хранения напряжения.
Введение новых узлов и связей обеспечило увеличение точности биполярного преобразователя напряжения в код за счет добавления знакового разряда к разрядам АЦП микроконтроллера.
На Фиг.1 представлена схема биполярного преобразователя напряжения в код
Устройство содержит микроконтроллер 1, два операционных усилителя 2 и 3, выход первого операционного усилителя 2 подключен ко входу первого канала АЦП микроконтроллера 1 и через первый резистор 4 - к собственному инвертирующему входу и первому выводу второго резистора 5, при этом выход второго операционного усилителя 3 подключен к его инвертирующему входу и ко входу второго канала АЦП микроконтроллера 1. Выход устройства выборки и хранения напряжения (УВХ) 6, аналоговый вход которого является входом устройства, подключен ко второму выводу второго резистора 5 и через третий резистор 7 - к катоду первого диода Шоттки 8 и не инвертирующему входу второго операционного усилителя 3, анод второго диода Шоттки 9 подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя 2, выход которого подключен к катоду второго диода Шоттки 9, при этом анод первого диода Шоттки 8 и не инвертирующий вход первого операционного усилителя 2 подключены к земле, а одна линия выходного порта микроконтроллера 1 подключена к управляющему входу устройства выборки и хранения напряжения 6.
Устройство функционирует следующим образом.
При наличии на линии выходного порта микроконтроллера 1 единичного логического уровня, подаваемого на управляющий вход устройства выборки и хранения напряжения 6, последнее будет повторять входное напряжение устройства Uвx.
Если напряжение положительное, оно будет передаваться через повторитель на операционном усилителе 3 на вход второго канала АЦП микроконтроллера 1. Выход инвертирующего повторителя на операционном усилителе 2 (резисторы 4 и 5 выбираются равными: R1=R2) будет ограничен на уровне Uvd2, где Uvd2 - прямое падение напряжение на диоде Шоттки 9, не превышающее 0,25 В при надлежащем выборе диода Шоттки 9 и резистора 5.
Если напряжение отрицательное, оно будет передаваться через инвертирующий повторитель на операционном усилителе 2 положительным на вход первого канала АЦП микроконтроллера 1. Выход повторителя на операционном усилителе 3 будет ограничен на уровне Uvdl, где Uvdl - прямое падение напряжение на диоде Шоттки 8, не превышающее 0,25 В при надлежащем выборе диода Шоттки 8 и резистора 7.
Перед началом преобразования на линию выходного порта микроконтроллера 1 выдается сигнал нулевого логического уровня, устройство выборки и хранения напряжения 6 переходит в режим хранения и на его выходе напряжение фиксируется на время преобразования. Микроконтроллер 1 производит преобразование по обоим каналам.
Если было зафиксировано положительное напряжение, по второму каналу получится код больше нуля, а по первому каналу - нулевой код, т.к. на его входе имеется напряжение ограничения ниже нуля. Микроконтроллер формирует нулевой код знакового разряда и приписывает к нему код, полученный по второму каналу.
Если было зафиксировано отрицательное напряжение, код больше нуля получится по первому каналу, а по второму каналу - нулевой код, т.к. на его входе имеется напряжение ограничения ниже нуля. Микроконтроллер формирует единичный код знакового разряда и приписывает к нему данные, полученные по второму каналу в дополнительном коде.
Если было зафиксировано нулевое напряжение, нулевой код получится по обоим каналам. Микроконтроллер формирует нулевой код знакового разряда и остальных разрядов данных.
После завершения преобразования микроконтроллер 1 выдает на устройство выборки и хранения 6 логический сигнал единичного уровня, переводя его в режим слежения.
Таким образом, введенные узлы и связи повышают точность преобразования биполярного преобразователя напряжения в код за счет добавления знакового разряда путем использования двух каналов АЦП микроконтроллера для преобразования положительного и инвертированного отрицательного входного напряжения в полном диапазоне входного напряжения АЦП микроконтроллера для каждого.
Биполярный преобразователь напряжения в код, содержащий микроконтроллер, два резистора и два операционных усилителя, выход первого операционного усилителя подключен ко входу первого канала АЦП микроконтроллера и через первый резистор - к собственному инвертирующему входу и первому выводу второго резистора, при этом выход второго операционного усилителя подключен к его инвертирующему входу, отличающийся тем, что введены два диода Шоттки, третий резистор и устройство выборки и хранения напряжения, аналоговый вход которого является входом устройства, а выход подключен ко второму выводу второго резистора и через третий резистор - к катоду первого диода Шоттки и не инвертирующему входу второго операционного усилителя, выход которого подключен ко входу второго канала АЦП микроконтроллера, анод второго диода Шоттки подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя, выход которого подключен к катоду второго диода Шоттки, при этом анод первого диода Шоттки и не инвертирущий вход первого операционного усилителя подключены к земле, а одна линия выходного порта микроконтроллера подключена к управляющему входу устройства выборки и хранения напряжения.
