Analoge Signalverarbeitung im μC
MSP430 mit programmierbaren Analogschaltungen
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Betrieb als Digital-Analog-Umsetzer
In der umfangreichsten Ausstattung des SAC-Moduls, SAC-L3, ist ein DAU mit 12 bit Auflösung enthalten. Dieser DAU kann als Referenzspannungsquelle dienen oder er kann, gepuffert über den OPV bzw. verstärkt über den programmierbaren Verstärker, analoge Signale erzeugen, die an einem Ausgangsanschluss des Mikrocontrollers ausgegeben werden. Wird der DAU zur Signalerzeugung und zum Ansteuern weiterer Schaltungen benutzt, ist der OPV im SAC-Modul für den Betrieb als Spannungsfolger (Puffer-Modus) zu konfigurieren, um die Ausgangsimpedanz zu senken und die Treiberleistung zu erhöhen.
In Bild 6 sind die Elemente für den DAU-Betrieb eines SAC-Moduls rot hervorgehoben. In der DAU-Betriebsart müssen der DAU und der OPV gemeinsam aktiviert sein, und der Multiplexer M wird auf die Stellung „Spannungsfolger“ geschaltet, sodass die Ausgangsspannung des OPV ungedämpft an den invertierenden Eingang des OPV geführt wird.
Das DAC-Modul kann einen Interrupt generieren, wenn das Bit DACIE im SACxDAC-Register gesetzt wird. Über ein gesetztes DACIFG-Bit im SACxDACSTS-Register signalisiert der DAU, dass er für neue Daten bereit ist.
Für den DAU stehen dem Entwickler zwei bausteinspezifische Referenzspannungen zur Verfügung: Im Mikrocontroller MSP430FR2355 zum Beispiel kann entweder die interne, gemeinsam genutzte Referenzspannung oder die Betriebsspannung gewählt werden. Die Auswahl der Referenzspannung für den DAU erfolgt mit dem DACSREF-Bit im Register SACxDAC. Ebenfalls bausteinspezifisch ist, welches Triggersignal den DAU zum Übernehmen der Daten veranlasst.
Damit ein SAC-Modul im DAU-Modus korrekt arbeitet, sollte der Entwickler weitere Aspekte beachten, wie etwa die Einstellung der gemeinsam genutzten internen Referenzspannung des jeweiligen Mikrocontrollers, die Einstellung des Timers B2 und die Routine zur Interruptbearbeitung.
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Kaskadieren von SAC-Modulen
Analoge Schaltungen sind meistens recht kompliziert und machen es nötig, unterschiedliche Funktionen wie etwa Verstärker, Filter und Puffer in einer Schaltung zu kombinieren. Diese Anforderungen lassen sich unmöglich mit einer einzigen Verstärkerstufe erfüllen. Deshalb werden häufig mehrere Verstärkerstufen kaskadiert.
Ein typischer Anwendungsfall eines zweistufigen Verstärkers ist zum Beispiel eine erste Stufe als Verstärker mit hohem Verstärkungsfaktor einzusetzen und die zweite Stufe als Puffer, um die benötigte Ausgangsstromstärke zu erreichen. Auf diese Weise lässt sich ein hoher Verstärkungsfaktor mit einer hohen Ausgangsstromstärke kombinieren.
Der Mikrocontroller MSP430FR2355 beispielsweise enthält vier SAC-Module (SAC0, SAC1, SAC2 und SAC3). Das Modul SAC0 ist mit SAC2 gepaart, SAC1 dagegen mit SAC3. Gepaart bedeutet: Der Ausgang des Moduls SAC0 ist auf jeweils einen Eingang der beiden Eingangsmultiplexer P und N im Modul SAC2 geführt. Über die Multiplexer P und N des Moduls SAC2 kann der Ausgang von SAC0 mit dem nichtinvertierenden und dem invertierenden Eingang von SAC2 verbunden werden. Gleiches gilt für das SAC2-Modul. Sein Ausgang ist mit den Eingangsmultiplexern P und N das Moduls SAC0 verbunden und kann so an den nichtinvertierenden und den invertierenden Eingang von SAC0 angeschlossen werden.
Die Verbindungen zwischen den Modulen SAC1 und SAC3 sind analog der Verbindungen zwischen SAC0 und SAC2 aufgebaut. Dank dieser internen Verbindungen lassen sich im Mikrocontroller MSP430FR2355 SAC-Module sehr einfach kaskadieren – und die SAC-Module können für unterschiedliche Betriebsarten konfiguriert werden. Da für das Kaskadieren der SAC-Module keine externen Verbindungen geführt werden müssen, wird der Aufwand für das Leiterplatten-Layout nicht erhöht.
- MSP430 mit programmierbaren Analogschaltungen
- Einfache Programmierung per SAC-Treiberbibliothek
- Betrieb als Digital-Analog-Umsetzer
- SAC-Module mit anderen Funktionen kombinieren
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