Автоматическая система управления объектом
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
и датчик Холла сработает.
Датчики аналоговых сигналов
Выходной сигнал аналоговых датчиков перед вводом в контроллер требует преобразования из аналогового вида в цифровой. Эту задачу выполняют специальные блоки - АЦП. На вход подается непрерывная функция Uвыхmax = Uвхmax = 5 В, на выходе двоичный код.
Существует множество АЦП, которые различаются:
1)По способу исполнения АЦП бывают автономными - в виде отдельной микросхемы и встроенными в микроконтроллер.
В автономных кроме выходных сигналов АЦП к контроллеру подключается несколько линий управления режимом работы АЦП. Для работы такого АЦП нужна специальная программа.
Управление встроенным АЦП осуществляется на уровне специализированных регистров управления.
)По принципу преобразования АЦП бывают последовательного счета (последовательные АЦП) и поразрядного кодирования (параллельные АЦП).
3)По быстродействию АЦП бывают:
Сверхбыстродействующие (10 нс100 нс)
Быстродействующие (100 нс10 мкс)
Относительно медленные (10 мкс100 мкс)
4)По погрешности преобразования. Она зависит от разрядности выходного двоичного кода.
АЦП последовательного счета или последовательный АЦП
Рисунок 52. Структурная схема последовательного АЦП
Принцип работы последовательного АЦП состоит в сравнении выходного напряжения с последовательно нарастающим ступенчатым эталонным напряжением Uэ (t), которое представляет собой сумму квантов напряжения (величина DU определяет погрешность преобразования). Ступенчатое Uэ формируется двоичным счетчиком СТ и ЦАП. Состояние счетчика СТ последовательно изменяется с момента установки в нулевое состояние при подаче импульса "пуск", который одновременно через логику "И" разрешает подачу тактовых импульсов на вход счетчика. На выходе D0D7 формируется последовательно нарастающий двоичный код, который с помощью ЦАП превращается в ступенчатое нарастание эталонного напряжения Uэ (t). В момент совпадения U2 (t) = NDU с входным напряжением в пределах DU срабатывает компаратор, который останавливает работу счетчика путем перевода триггера в нулевое состояние tпреобраз= tстоп-tпуск перемененной волной, зависящей от мгновенного значения входного напряжения (считается, что мгновенное напряжение на интервале преобразования не изменяется). Погрешность преобразования зависит от величины DU, которое зависит от числа разрядов счетчика и погрешности преобразования АЦП. Диапазон преобразования также определяется разновидностью счетчика и АЦП.
Недостатки последовательного АЦП: большое время преобразования, зависящее от быстродействия счетчика АЦП и входного напряжения.
При величине времени переключения счетчика и ЦАП Dt:
tпреобраз= Dt (2 n-1)
Достоинства последовательного АЦП: простота схемы.
АЦП поразрядного кодирования или параллельный АЦП
Входное напряжениеСостояние компаратораКодК6К5К4К3К2К1К0D2D1D00000000000010000001001200000110103000011101140001111100500111111016011111111071111111111
Рисунок 53. Структурная схема параллельного АЦП
Принцип работы параллельного АЦП состоит в сравнении входного напряжения, которое подается одновременно на все неинвертированные входы компаратора с величиной опорного напряжения, которое с помощью цепочки резисторов, делителя опорного напряжения подключено к неинвертирующим входам компаратора и ступенчато нарастает с увеличением индекса компаратора. Величина DU для компаратора равна:
По порогу срабатывания выбирается величина DU (для первого индекса - 2; для второго - 0.5DU и т.д.).
Так как каждый компаратор срабатывает только от своего уровня, то при подаче входного напряжения одновременно срабатывает несколько компараторов, начиная с нулевого и заканчивая тем, для которого Uвх= Uоп в пределах величины DU, для преобразования информации на выходе компаратора в стандартный двоичный код, соответствующий "1" в старшем разряде кода на выходе компаратора. Т.к. все компараторы срабатывают одновременно, то параллельный АЦП обеспечивает максимальное быстродействие: время преобразования 10 мкс100 мкс.
Рисунок 54. АЦП последовательного типа К113ПВ1 в корпусе DIP20. Число разрядов - 10 (максимальное быстродействие 30 мкс)
В старших разрядах АЦП подключен к порту Р1. Разряды D0 и D1 заземляются через резисторы, вход АЦП Г/П (гашение) в начале преобразования подключен к разряду Р3.0, выход Г/D АЦП (готовность) данных подключен по входу прерывания INT0. Контроллер по выходу Р3.0 формирует импульс пуска длительностью tи= 2 мкс. Передний фронт этого импульса гасится предыдущим состоянием счетчика, а срезом запускается процесс преобразования. По окончании преобразования АЦП на вход Г/D формирует сигнал низкого уровня, который подается на вход прерывания INT0. Чтение данных на выходе АЦП осуществляется процедурой прерывания INT0.
Вариант программы:
PRERO: LJMP INIT MOV R1,P1 SETB FQ CLR TCON.1 RETI переход на начало чтение данных из АЦП установка флага пользователя в регистре PSW - сброс флага прерывания выход из процедурыИНИЦИАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММЫINIT: SETB TCON.0 SETB IP.0 SETB IE.0 LCALL CONTROL SETB IE.7-установка типа прерывания по срезу установка бита приоритета разрешение прерывания вызов подпрограммы запуска АЦП общее разрешение прерывания ЦИКЛ ОЖИДАНИЯWAIT: M1: JNB F0,M1 LCALL CONTROL CLR F0 SJМP WAIT - проверка флага; переход на метку М1, если не было прерывания вызов подпрограммы запуска АЦП сброс фл