Раздел: Документация
0 ... 30 31 32 33 34 35 36 ... 39 Подключение 12-разрядного ЦАП » младших разрядов Команда вывода D,rD7 Дешифратор адреса порта А Порт А, схема защелки 4 старших разряда Команда Dr-Du4) вывода Дешифратор адра а порта В Порт В. схема защелки IV 1>7 Схема защелки С Все 12 разрядов вводятся в ЦАП с помощью трех схем защелки [>П~1>7 G 12-разрядный ЦАП Операция вывода 8младших и 4 старших разрядов выполняется одновременно Рис. 8.18. Схема подключения микрокомпьютера к 12-разрядному ЦАП схемы защелки С, поступающему с выхода дешифратора адреса порта В. Таким образом, данные, соответствующие восьми младшим разрядам кода, передаваемого в ЦАП, задерживаются в порту С до момента передачи данных через порт В (четыре старших разряда). В результате 12-разрядный код одновременно поступает на все 12 входов (D0...Dn) ЦАП, а аналоговый сигнал на его выходе не изменяется до окончания двухтактного цикла ввода данных. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) Чтобы узнать состояние какой-либо системы, являющейся объектом управления, микрокомпьютер анализирует сигналы различных датчиков. Датчики - это приборы, которые преобразуют физические величины, такие как температура, перемещение, скорость, давление, в электрические сигналы, например - напряжение или ток. Существует целый класс различных датчиков, специально предназначенных для подключения к цифровым приборам, в частности, к микропроцессорам. На выходе таких датчиков вырабаты- вается тот или иной цифровой код в зависимости от величины измеряемого параметра. Однако большинство производимых датчиков имеет лишь аналоговый выход. Некоторые типы датчиков, вырабатывающих аналоговые сигналы, показаны на Рис. 8.19. Для того чтобы сигналы таких датчиков стали понятны микрокомпьютеру, необходимо предварительно пропустить их через аналого-цифровой преобразователь (АЦП), в котором напряжение преобразуется в цифровой код. Одновременно АЦП играет роль усилителя сигналов, поскольку датчики, как правило, генерируют довольно слабые электрические сигналы, которые необходимо усилить до уровня порядка нескольких вольт. Например, в системе управления впрыском топлива автомобильного двигателя, с которым мы познакомились в первой главе, II (Манометрический датчик Пневмоэлек трический преобразователь Давление Терморезистор } Фотоприемник Потенци ометр Датчик перемещения) Сила, давление Температура  Яркость Угол поворота, перемещение 8.19. Датчики, вырабатывающие аналоговые сигналы для измерения напряжения аккумулятора, расхода воздуха и температуры охлаждающей жидкости используются аналоговые датчики. Прежде чем сигналы этих датчиков попадут в ЦПУ контроллера, они с помощью АЦП преобразуются в цифровой формат. Так как же все-таки работает АЦП? Существуют различные типы АЦП, из которых наиболее распространены устройства, в которых используются метод двухтактного интегрирования и метод последовательного приближения. Принцип двухтактного интегрирования заключается в том, что аналоговый сигнал на входе АЦП интегрируется в течение заданного интервала времени (происходит зарядка конденсатора). Затем во входную цепь интегратора задается эталонный ток, имеющий направление, противоположное измеряемому току (например, если измеряемое напряжение положительно, то подается отрицательное эталонное напряжение). С помощью таймера подсчитывается интервал времени, за которое эталонный ток разрядит конденсатор и напряжение на выходе интегратора станет равным 0, который, в свою очередь, управляет подсчетом эталонных импульсов в счетчике. Полученное таким образом двоичное число с выходов счетчика используется для пересчета в значение измеряемого тока (напряжения). Можно привести весьма наглядный пример, поясняющий этот принцип измерения. Допустим, требуется измерить расход воды, вытекающей из неплотного сочленения трубопровода. Можно подставить ведро и собирать вытекающую воду в течение определенного времени. Затем нужно убрать ведро и с помощью насоса выкачивать воду из ведра до тех пор, пока ведро не станет пустым. Измерив время откачки воды и зная производительность насоса, можно рассчитать расход воды. Стоимость интегральных схем АЦП, основанных на методе интегрирования, относительно невысока. В тоже время они имеют существенный недостаток - низкое быстродействие, обусловленное тем, что для точного измерения величины аналогового сигнала требуется достаточно продолжительное время. Теперь рассмотрим принцип работы АЦП, использующих метод последовательных приближений. Упрощенная схема подобного АЦП представлена на Рис. 8.20. В состав преобразователя входят ЦАП, регистр последовательных приближений и компаратор. Регистр последовательных приближений D7DtD,D4D,D,D,D„ Начиная с djho все разряды подаются «1». Если сигнал на выходе компаратора положительный, то разряд сбрасывается  8-разрядный ЦАП [ Аналоговый вход ) < Компаг
Компаратор АЦП последовательных приближений Принцип работы L 128 64  ® 9 в а а а 32 16 8 4 2 1 (грамм) Начиная с самой большой, гири поочередно устанавливаются на правую чашку весов. Если чашка перевешивает, то гиря заменяется на гирю меньшего веса Рис. 8.20. Схема и принцип действия АЦП, работающего по методу последовательных приближений Функция регистра последовательных приближений состоит в следующем. В исходном состоянии во всех разрядах (D7...D0) регистра установлено значение «0». Цикл измерения начинается с того, Что старший разряд D7 регистра устанавливается в состояние «1». Затем с помощью компаратора сравнивается напряжение на выходе ЦАП и на входе АЦП. Если напряжение на входе оказывается больше, то значение логического сигнала в разряде D7 сохраняется равным «1». В противном случае старший разряд регистра обнуляется, а разряд D6 устанавливается в состояние «1». После этого снова производится сравнение напряжений. Этот цикл операций последовательно применяется ко всем остальным разрядам регистра. АЦП данного типа отличаются более высоким быстродействием, главным образом за счет уменьшения времени преобразования. Алгоритм работы АЦП этого типа напоминает процедуру взвешивания предметов на рычажных весах (см. Рис. 8.20). Установив взвешиваемый предмет на левую чашку весов, ставим гири на левую чашку, начиная с самой большой. Если перевешивает правая чашка, то гирю следует заменить на более легкую. Этот процесс продолжается до тех пор, пока обе чашки не уравновесят друг друга. Остается лишь просуммировать массу всех гирь, установленных на правую чашку весов. На Рис. 8.21 показан внешний вид интегральной схемы АЦП одной из наиболее популярных серий. Она преобразует аналоговое напряжение на входе в 12-разрядный цифровой сигнал уровня ТТЛ. Сигнал начала преобразования Аналоговый входной сигнал  Число разрядов выходных данных Диапазон входного напряжения Скорость преобразования Точность преобразования Напряжение питания Сигнал окончания преобразования 12-разрядный цифровой выход 12 Путем коммутации выводов можно выбрать входное напряжение в диапазонах 0...5 В; 0...10 В; -2.5...2.5 В; -5...5 В; -10...10 В 25 мкс ±0.1% (0...70"С) +5 В, ±15 В (три напряжения питания) Рис. 8.21. Интегральная схема АЦП Работа схемы синхронизируется с помощью сигналов начала и окончания цикла преобразования. Время одного цикла преобразования для ИС, показанной на Рис. 8.21, составляет 25 мкс. Как нетрудно заметить, процедура преобразования аналогового сигнала в цифровой намного сложнее процедуры обратного преобразования и требует значительно больше времени. Если аналоговый сигнал на входе АЦП изменяется медленно, то никаких особых проблем при этом не возникает. В противном случае преобразование аналогового сигнала в цифровой происходит с ошибками, тем более существенными, чем выше скорость изменения сигнала на входе АЦП. Попробуем оценить быстродействие АЦП, на вход которого подается изменяющийся во времени аналоговый сигнал. Будем считать точность преобразования достаточной, если изменение аналогового сигнала за весь цикл преобразования не превышает значения, соответствующего половине младшего значащего разряда (МЗР) выходного цифрового сигнала. Для сигнала синусоидальной формы с амплитудой, равной диапазону напряжения на входе АЦП, максимальную частоту входного сигнала, гарантирующую требуемую точность преобразования (1/2 МЗР), можно рассчитать по приведенной ниже формуле. Когда на вход АЦП подается синусоидальный сигнал, максимальная частота равна: 1 Imax 2NxnxT где N - число разрядов АЦП; Т - время цикла преобразования АЦП. Вычислим по этой формуле максимальную частоту входного сигнала АЦП, представленного на Рис. 8.21. Подставляя значения N= 12 и Т= 2.5 х 10~6 с, получим/тах = 3.1 Гц. Таким образом, точность преобразования АЦП гарантируется лишь при условии, что Период изменения входного сигнала намного больше времени преобразования (в рассматриваемом случае значения этих параметров Равны соответственно 320 и 0.0025 мс). Этот результат мы получили исходя из того, что преобразуемый аналоговый сигнал подается непосредственно на вход АЦП. Из-за 0 ... 30 31 32 33 34 35 36 ... 39
|
