Внешний АЦП применяют в следующих случаях:
• при отсутствии в МК своего внутреннего АЦП;
• при необходимости повышенной точности и скорости измерений;
• если требуется «настоящий» многоканальный съём данных без мультиплексирования и переключения во времени.
По способу сопряжения с МК внешние АЦП разделяются на параллельные и последовательные. Первые из них содержат многоканальный тракт и синхронную шину, с которой периодически снимаются данные (Рис. а...г). Вторые – используют стандартные микросхемы АЦП разрядностью 8... 16 бит. Сопрягаются они с МК при помощи двух-, трёх- или четырёхпроводных интерфейсов связи, подобных I2C, SPI (Рис. 1 а...г).
Рис.1. Схемы подключения внешних параллельных АЦП к МК
а) шестибитный АЦП с буферными инверторами. На конденсаторе С2 выделяется среднее напряжение входного сигнала. С резисторов R1...R7напряжение подаётся на пороговые элементы DD1. Изменяя сопротивления резисторов R2...R6, можно сформировать нелинейный АЦП;
б) четырёхбитный АЦП на логической микросхеме DD1, элементы которой охвачены обратной связью через резисторы R4...R9. Частота выборок определяется частотой опроса линий порта. Входное сопротивление АЦП – десятки килоом, входная частота не более 3 МГц;
в) простейший восьмибитный АЦП. Если на входах МК находятся триггеры Шмитта, то надо учитывать гистерезис. Резистор R1 подбирается так, чтобы максимальное напряжение па входе верхней линии МК не превышало 5 В. Конденсатор С1 фильтрует сигнал;
г) нестандартное применение светодиодного драйвера DA1 (фирма Panasonic) в качестве АЦП. Сигналы на пяти выходах микросхемы DA1 монотонно переходят из ВЫСОКОГО в НИЗКИЙ уровень по мере повышения амплитуды входного сигнала (логарифмическая шкала).
Рис.2. Схемы подключения внешних последовательных АЦП к МК
а) микросхема DA1 (фирма Analog Devices) – это 12-битный АЦП, управляемый по последовательному протоколу, похожему на SP1, QSPI, Microwire. С вывода REF микросхемы DA1 можно снимать стабильное напряжение +2.5 В (ИОН) для функционирования других узлов устройства с током нагрузки до 2 мА;
б) подключение к МК восьмибитного АЦП DA1 фирмы Texas Instruments. В качестве ИОН для АЦП используется напряжение питание +5 В (вывод 1 DA1);
в) совместная работа двух микросхем фирмы Analog Devices: 12-битного последовательного АЦП DA1 и источника опорного напряжения DA2;
г) последовательный 12-битный АЦП DA1 (фирма Burr-Brown) и МК питаются от разных напряжений. Согласование уровней обеспечивают резисторы R1, R2. Резистор R3 поддерживает ВЫСОКИЙ уровень на выводе CS (Chip Select) при сбросе МК. Для повышения точности преобразования рекомендуется поставить в цепь питания +5 В микросхемы DA1 стандартный LC-фильтр, состоящий из катушки индуктивности (10 мкГн, последовательно с VDD и VREF) и керамического конденсатора (0.1 мкФ, параллельно к общему проводу GND).
Источник: 1000 и одна микроконтроллерная схема. С. М. Рюмик. Вып. 1
