MAX11300 (PIXI). Руководство по применению. Часть 1: многоканальные АЦП

4 октября

системы безопасностиуправление питаниемавтоматизациялабораторные приборыMaxim Integratedстатьяинтегральные микросхемысредства разработки и материалы

Руководство знакомит разработчиков с широким спектром решений на базе программируемых ИС смешанного сигнала MAX11300 PIXI™ производства Maxim Integrated. Рассматриваются идеи по использованию каждого функционального блока, входящего в состав PIXI, приводится подробный алгоритм их настройки и тестирования. Описаны также конкретные приложения, использующие MAX11300.

Обзор MAX11300 (PIXI)

MAX11300 – программируемая микросхема со смешанными сигналами, использующая технологию PIXI™. Микросхема имеет двадцать биполярных высоковольтных портов, которые могут быть настроены как аналоговые входы АЦП, аналоговые выходы ЦАП, универсальные цифровые входы (GPI), универсальные цифровые выходы (GPO) или как выводы аналоговых ключей. Программируемые микросхемы PIXI позволяют разработчикам мгновенно переконфигурировать свои схемы. С помощью двадцати цифро-аналоговых портов удается выполнять очень гибкую аппаратную настройку схем со смешанными сигналами и 12-битным разрешением. Микросхемы способны работать с одним встроенным и двумя внешними датчиками температуры.

Микросхемы MAX11300 могут использоваться в различных приложениях. В данном руководстве содержится описание всех встроенных функциональных блоков, рассматриваются вопросы их программной настройки и аппаратной реализации, а также приводятся результаты испытаний.

Практические испытания проводятся либо с помощью оценочной платы MAX11300 EVKIT, либо с помощью отладочной платы MAX11300SYS1. Для программной настройки используется специальное программное обеспечение MAX11300 Configuration Software, пакет программного ПО для MAX11300 EVKIT и Munich_GUI.

Скачать программное обеспечение можно по следующим ссылкам:

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

Микросхема MAX11300 может выступать в роли многоканального (до 20 каналов) высокоскоростного (до 400 кбит/с) 12-битного аналого-цифрового преобразователя последовательного приближения. Микросхема позволяет реализовывать различные режимы работы АЦП: несимметричный, дифференциальный и псевдодифференциальный. В каждом из режимов возможна настройка диапазона входных напряжений АЦП: 0…10 В, -5…5 В, -10…0 В и 0…2,5 В. В качестве источника опорного напряжения может использоваться встроенный 2,5 В ИОН, внешний источник опорного напряжения, а в некоторых случаях и выходное напряжение встроенного АЦП.

При необходимости измерения, получаемые с каналов АЦП, могут усредняться блоками по 2, 4, 8, 16, 32, 64 или 128 отсчетов. Для запуска преобразования используется либо внешний сигнал на входе CNVT, либо внутренний управляющий бит. Пользователям доступно четыре режима работы АЦП:

  • Idle mode – режим ожидания (установлен по умолчанию). В этом режиме АЦП не выполняет измерений;
  • Single sweep mode – режим однократного сканирования. После поступления управляющего сигнала на вход CNVT АЦП выполняет последовательное измерение напряжений на всех ранее настроенных каналах, начиная с порта с наименьшим индексом и заканчивая портом с наибольшим индексом;
  • Single conversion mode – режим однократного измерения. После поступления управляющего сигнала на вход CNVT АЦП выполняет одно измерение напряжения выбранного порта;
  • Continuous sweep mode – режим непрерывного сканирования. АЦП выполняет последовательное измерение напряжений на всех ранее настроенных каналах. В данном режиме подача управляющего сигнала на вход CNVT не требуется.

Для информирования управляющего устройства (хоста) о завершении преобразования используются биты ADCFLAG и ADCDR из регистра прерываний. Флаг ADCFLAG сообщает о том, что АЦП только что завершил преобразование или цикл преобразований. ADCFLAG устанавливается после выполнения однократного измерения, если АЦП работает в режиме однократного измерения. Если АЦП работает в режиме однократного сканирования, то ADCFLAG устанавливается после выполнения полного цикла измерений. ADCFLAG сбрасывается при чтении регистра прерывания. Бит ADCDR (ADC Data Ready) устанавливается, если происходит обновление содержимого хотя бы одного регистра данных АЦП. Стоит иметь в виду, что при использовании функции усреднения обновление регистров данных происходит реже, так как в этом случае требуется выполнение и усреднение большего числа преобразований. Чтобы определить, какой из регистров данных был обновлен, хост должен прочитать регистры состояния АЦП. ADCDR сбрасывается после того как будет выполнено последовательное чтение регистра прерывания и обоих регистров состояния АЦП.

Рассмотрим пример: порты 0, 1, 2, 3 MAX11300 настраиваются для работы в качестве несимметричных каналов АЦП. Для каждого канала используется функция усреднения по четыре отсчета.

Если выбрать режим однократного сканирования, то после получения сигнала на входе CNVT АЦП начнет последовательно измерять напряжения на каналах 0…3 (таблица 1). Если флаг ADCFLAG не маскирован, то его установка произойдет после того как будет выполнен полный цикл измерений. Регистры данных АЦП (для портов 0…3) обновятся после того как будут выполнены четыре измерения на каждом канале с последующим усреднением результатов. Если флаг ADCDR не маскирован, то он будет установлен в регистре прерывания (INT).

Таблица 1. Последовательность состояний битов и регистров при однократном сканировании

Порт Port 0 Port 1 Port 2 Port 3 ADCFLAG ADCDR
CNVT NA NA NA NA Y
CNVT NA NA NA NA Y
CNVT NA NA NA NA Y
CNVT Y Y Y Y Y Y

Если выбран режим непрерывного сканирования, то подача управляющего сигнала на вход CNVT не требуется. В рассмотренном выше примере АЦП автоматически начнет непрерывное и последовательное сканирование напряжений на портах 0…3. ADCFLAG будет устанавливаться после каждого полного цикла измерений, а ADCDR – после завершения функции усреднения.

Многоканальный АЦП

Структура АЦП представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Функциональная блок-схема АЦП при работе в несимметричном режиме

Рис. 1. Функциональная блок-схема АЦП при работе в несимметричном режиме

Описание работы

При работе АЦП в многоканальном несимметричном режиме каждый выбранный для этой цели порт микросхемы PIXI подключается к положительному входу АЦП, а отрицательный вход АЦП подключается к земле. Микросхема последовательно измеряет напряжение на портах, то есть работает как многоканальный АЦП. PIXI способен выступать в роли 20-канального АЦП, причем у каждого канала может быть собственный диапазон входных сигналов и собственный источник опорного напряжения. На рисунке 2 представлен пример 4-канального АЦП.

Рис. 2. Реализация 4-канального АЦП в микросхеме PIXI

Рис. 2. Реализация 4-канального АЦП в микросхеме PIXI

Реализация в PIXI

Для реализации 4-канального АЦП необходимо настроить порты P0-P3 для работы в несимметричном режиме (рисунок 3). При проведении испытания на все каналы подается одинаковый входной сигнал.

Рис. 3. Настройка 4-канального АЦП в микросхеме PIXI

Рис. 3. Настройка 4-канального АЦП в микросхеме PIXI

Пример установки параметров конфигурации каналов АЦП показан на рисунке 4: количество усредняемых отсчетов равно 1, используется встроенный источник опорного напряжения, диапазон входных напряжений составляет 0…10 В. Перед обновлением регистров данных может выполняться усреднение до 128 отсчетов (поле «Average»). В качестве источника опорного напряжения может использоваться как встроенный 2,5 В ИОН, так и внешний источник опорного напряжения (поле «Reference Voltage»). В поле «Voltage Range» необходимо выбрать диапазон входных напряжений (рисунок 5).

Рис. 4. Пример установки параметров конфигурации каналов АЦП

Рис. 4. Пример установки параметров конфигурации каналов АЦП

Рис. 5. Окно настройки параметров

Рис. 5. Окно настройки параметров

По умолчанию скорость преобразования АЦП составляет 200 кбит/с. Установите режим работы АЦП с непрерывным сканированием. В этом режиме нет необходимости подавать сигнал запуска. АЦП будет непрерывно и последовательно опрашивать четыре ранее настроенных порта (P0 → P1 → P2 → P3 → P0 → P1 и так далее). Обновление регистра данных будет производиться автоматически. Файл настройки регистров необходимо сохранить в формате .csv.

Оборудование для проведения испытаний

  • отладочная плата MAX11300PMB1;
  • плата-адаптер USB2PMB1;
  • кабельMicro A-B USB;
  • ПК с ОС Windows®;
  • генератор сигналов;
  • осциллограф.

Методика проведения испытаний

Подключите MAX11300PMB к USB2PMB. Далее подсоедините USB2PMB к ПК с помощью USB-кабеля Micro A-B. Откройте программу Munich GUI (рисунок 6). Убедитесь, что подключенный набор был распознан и отображается в программе. Загрузите файл конфигурации регистра MAX11300 (.csv). Закоротите порты 0…3 между собой. Подайте изменяющийся линейный сигнал 0…2,5 В с частотой 2 кГц от внешнего генератора к портам.

Рис. 6. Окно Munich GUI

Рис. 6. Окно Munich GUI

Результаты испытаний

На рисунке 7 показана осциллограмма входного сигнала, подаваемого на порты микросхемы. Сигнал поступает одновременно на четыре порта, работающие в качестве каналов АЦП.

Рис. 7. Входной сигнал от генератора

Рис. 7. Входной сигнал от генератора

Результат преобразования АЦП может быть получен от платы MAX11300PMB с помощью команды Windows Plot → Get Plot Box → Save ADC file. Нажмите один раз на клавишу «Scan». Будут получены 1024 отсчета от каждого канала АЦП. Сохраните данные и постройте график, как показано на рисунке 8. Несложно заметить, что результаты измерений для всех каналов совпадают.

Рис. 8. Результаты тестирования 4-канального АЦП

Рис. 8. Результаты тестирования 4-канального АЦП

Заключение

В первой части данного цикла был выполнен краткий обзор микросхемы MAX11300 и основных программных и аппаратных средств разработки и отладки. Особое внимание было уделено рассмотрению важнейших особенностей встроенных АЦП и их работе в несимметричном режиме. Выполненные испытания показали корректность работы АЦП при измерении входного пилообразного сигнала с амплитудой 2,5 В и частотой 2 кГц.

Оригинал статьи

Перевел Вячеслав Гавриков по заказу АО КОМПЭЛ

•••

Наши информационные каналы

О компании Maxim Integrated

Компания Maxim Integrated является одним из ведущих разработчиков и производителей широкого спектра аналоговых и цифро-аналоговых интегральных систем. Компания была основана в 1983 году в США, в городе Саннивэйл (Sunnyvale), штат Калифорния, инженером Джеком Гиффордом (Jack Gifford) совместно с группой экспертов по созданию микроэлектронных компонентов. На данный момент штаб-квартира компании располагается в г. Сан-Хосе (San Jose) (США, Калифорния), производственные мощности (7 заводов) и ...читать далее

Товары
Наименование
MAX11300GTL+ (MAX)
MAX11300GTL+T (MAX)
MAX11300GCM+ (MAX)
MAX11300GCM+T (MAX)
MAX11300SYS1# (MAX)
MAX11300PMB1# (MAX)
USB2PMB1# (MAX)