Раздел: Документация
0 ... 29 30 31 32 33 34 35 ... 39 ройствами. Так, если подключить ко входу таймера переключатель, то можно узнать, например, сколько раз были замкнуты его контакты. Для этого нужно считать из регистра таймера число импульсов, поступивших на его вход с момента обнуления. ИС таймера довольно часто используются совместно с различными датчиками, на выходе которых формируются импульсы, частота которых зависит от измеряемого параметра. Некоторые из типов таких датчиков показаны на Рис. 8.13. Если импульсы с выхода датчика подать на вход таймера, то с помощью несложной программы можно преобразовать число импульсов в значение измеряемой величины. «= - символ пропорциональности Двр параметров  Пшоэлектрический~У~-преобразователь [ Датчик угла ] Число импульсов °= углу поворота Датчик расхода жидкости [ Контакты датчика Число импульсов <х скорости потока = внутри трубы [Датчик перемещения} Число импульсов <* величине перемещения Рис. 8.13. Примеры датчиков, генерирующих импульсы Все данные, которыми оперирует ЦПУ микрокомпьютера, представляют собой комбинации электрических сигналов двух уровней, условно называемых «О» и «1», и являются цифровыми сигналами. В то же время практически все физические величины, с которыми мы имеем дело в повседневной жизни (размеры предметов, скорость, температура, масса и т. д.), могут принимать любые значения в непрерывном диапазоне, поэтому сигналы измерительных приборов и датчиков, следящих за состоянием различных 8.4. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ И АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ механизмов и систем в быту и на производстве, как правило, являются аналоговыми сигналами. Следовательно, управление такими системами с помощью микрокомпьютера требует применения устройств, выполняющих преобразование аналоговых сигналов в цифровые, и наоборот, обеспечивая «взаимопонимание» между ЦПУ и внешними источниками и приемниками аналоговых сигналов. Для того чтобы связь была двухсторонней, применяются преобразователи двух типов: аналого-цифровые и цифро-аналоговые (АЦП и ЦАП). Рассмотрением принципа их устройства и функциональных возможностей мы и займемся. Цифро-аналоговый преобразователь Начнем с цифро-аналогового преобразователя, преобразующего (как это следует из его названия) комбинации двоичных кодов, вырабатываемых микрокомпьютером, то есть цифровой сигнал в аналоговый электрический сигнал. Внешними устройствами, подключаемыми к микрокомпьютеру и требующими для их управления аналогового сигнала, могут быть <* - символ пропорциональности двух параметров Двигатель постоянного тока Аналоговые устройства  Электромагнитный гидроклапан Частота оборотов х приложенному напряжению   л jj, Поток И жидкости ПОТОК ЖИДКОСТИ ос току, протекающему через обмотку электромагнита Отклонение пера от начала координат ос входному напряжению Рис. 8.14. Устройства, управляемые аналоговыми сигналами двигатель постоянного тока, электрический гидравлической клапан, самопишущий прибор и т. д. (Рис. 8.14). В любом подобном случае необходимо применение ЦАП. В частности, для управления скоростью вращения ротора двигателя постоянного тока на его обмотку возбуждения подается постоянное напряжение, пропорциональное 8-разрядному двоичному числу, которое считывается из порта вывода микрокомпьютера, как показано на Рис. 8.15. я л с 5 о о о. S D, Порт вывода 8-разрядные данные "V" ЦАП Напряжение, соответствующее 8-разрядному числу Усилитель  Двигатель постоянного тока I Рис. 8.15. Схема управления двигателем постоянного тока с помощью микрокомпьютера Ассортимент ЦАП, представленных на потребительском рынке, включает достаточно большое разнообразие типов. Так, помимо рассматриваемых нами 8-разрядных ЦАП, встречаются 10-, 12-, 16-, 32-разрядные и т. д. Большинство из них рассчитано на стандартное входное напряжение, снимаемое непосредственно с интегральных схем ТТЛ или КМОП. Аналоговый сигнал снимается с выхода ЦАП в виде напряжения или тока, пропорционального значению входного двоичного кода. В зависимости от конкретного подключаемого устройства выбирают ЦАП, с требуемым диапазоном выходного напряжения (0...5 В, 0...10 В, -5...5 В, -10...10 Вит. д.). На Рис. 8.16 показана схема простейшего ЦАП с 4-разрядныМ входом (ЦАП на резистивной матрице R-2R). Если составить многоступенчатую цепочку из четырех пар резисторов, сопротивление ["Принцип работы ЦАП 2 о  Выходное аналоговое напряжение . „ п 8D3+4D2+2D,+D Выходное напряжение А = 5 В х--- «Лестница», составленная из резисторных «ступенек» 16 На входы D3... D0 подаются сигналы «О» (О В) или «1» (5 В) Рис. 8.16. Схема простейшего ЦАП на резистивной матрице R-2R которых отличается вдвое, то есть R и 2R, то на ее выходе получим напряжение, пропорциональное 4-разрядному двоичному коду D0...D3, поданному на вход. Напряжение на выходе ЦАП вычисляется по формуле, приведенной на этом же рисунке. В соответствии с формулой напряжение на выходе ЦАП может ступенчато изменяться от 0 до 4.96 В в зависимости от величины 4-разрядного двоичного числа, представляющего код входного сигнала. Так как с помощью четырех двоичных разрядов можно перебрать все десятичные числа от 0 до 15, выходное напряжение данного ЦАП имеет всего 16 градаций. Когда на входах D3...D0 установлено число 0000, напряжение на выходе минимально и равно 0 В. Максимальное значение напряжения (4.96 В) на выходе соответствует входному сигналу «1111». Сопротивление резисторов не имеет принципиального значения. Его нижний предел определяется мощностью, отбираемой от источника питания, а верхний ограничен требуемой помехоустойчивостью схемы. Типовые значения сопротивлений резисторов R и 2R равны 10 и 20 кОм или 15 и 30 кОм. Данная схема ЦАП отличается простотой, и ее может собратьлюбой начинающий радиолюбитель. Единственное условие, которое необходимо I соблюсти, это минимальный разброс гопрспивлений резисторов. В против-ном случае трудно рассчитывать на высокую точность преобразования. Рас- смотренный нами 4-разрядный ЦАП позволяет изменять напряжение на выходе со ступенькой 0.31 В. Увеличив число звеньев R-2R изображенной на рисунке цепи, можно повысить разрядность преобразователя и, следовательно, обеспечить более плавную выходную характеристику, т. к. ступенька пропорционально уменьшается с увеличением разрядности. В числе наиболее распространенных ЦАП промышленного изготовления можно упомянуть интегральную схему DAC 80-CBI-V фирмы «Micro Net Work» (Рис. 8.17). Схема представляет собой быстродействующий цифро-аналоговый преобразователь, отличающийся высокой точностью. Это достигается за счет применения тонкопленочных высокостабильных резисторов, встроенного прецизионного источника опорного напряжения и операционного усилителя.  Диапазоны выходного напряжения Время установления выходного напряжения Точность преобразования Напряжение питания Путем коммутации выводов можно установить выходное напряжение в диапазонах 0...5 В; 0...10 В; -2.5...2.5 В; -5...5 В; -10...10 В 3 мкс ±0.3% (0~70"С) +5 В, ±15 В (три напряжения питания) Рис. 8.17. Пример интегральной схемы ЦАП Давайте на конкретном примере рассмотрим, как можно решить одну из наиболее часто возникающих проблем, связанных с применением ЦАП. Предположим, нам нужно использовать 12-разрядный ЦАП для преобразования в аналоговую форму управляющих сигналов 8-разрядного ЦПУ. Поскольку 8-разрядный ЦПУ не может одновременно установить на шине данных 12-разрядное число, необходимо дважды применить команду вывода, разделив это число на две части. Можно, например, сначала вывести 8 младших разрядов числа, а затем 4 старших разряда. Однако поскольку невозможно выполнить две операции вывода данных за один раз, между загрузкой 8 младших разрядов и следующей загрузкой 4 старших разрядов проходит некоторое время, в чем, собственно, и состоит рассматриваемая нами проблема. Допустим, на входе ЦАП установлено 12-разрядное число 000011111111. При этом на его аналоговом выходе вырабатывается напряжение, соответствующее этому числу. Что произойдет в случае, если следующим числом, которое должен преобразовать ЦАП, будет число 000100000000, отличающееся от предыдущего всего лишь на единицу младшего разряда? В этом случае сразу после выполнения команды вывода, загружающей 8 младших разрядов, но до выполнения следующей операции (загрузки 4 старших разрядов) в 12-разрядный ЦАП будет загружено число 000000000000, и напряжение на аналоговом выходе резко изменится по величине. Если внешнее устройство, подключенное к аналоговому выходу ЦАП, инерционно, то есть время его реакции на изменение управляющего напряжения велико, то его состояние не успеет измениться, прежде чем в 4 старших разряда цифрового входа ЦАП будут- введены новые значения 12-разрядного числа. При этом задержка ввода второй «порции» данных не окажет на работу внешнего устройства заметного влияния. Если же время реакции устройства на изменение входного сигнала сравнимо с временем задержки ввода данных, то в его работе могут возникнуть помехи. Один из способов решения этой проблемы проиллюстрирован с помощью Рис. 8.18. Схема, изображенная на Рис. 8.18, содержит два 8-разрядных регистра (порт А и порт В), выполненных по принципу защелки. Между ЦАП и портом А, на который выводятся восемь младших разрядов данных, установлена еще одна схема защелки (С), работающая синхронно с портом В, предназначенным для загрузки четырех старших разрядов при выполнении второй команды вывода Из ЦПУ. Синхронизация осуществляется по сигналу на выводе G 0 ... 29 30 31 32 33 34 35 ... 39
|
