Мета роботи

Дата добавления: 2014-11-10; просмотров: 917

Опанування методів розробки програм керування АЦП за допомогою мікропроцесорів.

2.7.2. Теоретичні відомості

Аналого-цифрові перетворювачі (analog-to-digital converter ) призначені для перетворення аналогових сигналів в цифрову форму у вигляді двійкового коду ( або двійково-десяткового коду при сумісній роботі АЦП з індикаторами та вимірювальними приладами ). Аналоговий сигнал характеризується напругою, що безперервно змінюється у заданих межах ( 0÷10 В ), тоді як множина значень цифрового сигналу є набором дискретних величин, представленими комбінаціями ‘’0’’ та ‘’1’’. АЦП періодично вимірюють аналогові сигнали і перетворюють кожний замір у відповідну цифрову величину. Їх використовують в автоматичних системах з мікроконтролерами і комп’ютерами для ‘’читання’’ аналогових сигналів датчиків, задаючих елементів та ін.

Основні параметри і характеристики АЦП є аналогічними параметрам і характеристикам ЦАП. Це розрядність вихідного коду ‘’n’’; дозволороздільна здатність ‘’Hr’’ – мінімальна величина вхідної напруги, при якій вихідний код змінюється на ‘’1’’ молодшого розряду; абсолютна похибка d_а, не лінійність d_л, діапазон зміни вхідної напруги , а також швидкодія АЦП.

В АЦП використовується наступні методи перетворення. У системах, де основним критерієм є швидкодія, доцільно застосовувати АЦП паралельного та паралельно-послідовного перетворення. Але такі АЦП досить складні у реалізації. Наприклад для n – розрядного АЦП паралельної дії потрібно 2n-1 компараторів і паралельний подільник напруги, що забезпечує 2n -1 рівнів квантування.

Для систем з високою завадостійкістю використовують АЦП з двократним інтегруванням. В них на протязі першої фази з фіксованим часом відбувається інтегрування вхідного сигналу, а на протязі другої фази певний час зчитуються тактові імпульси генератора, поки напруга інтегратора не зменшиться до нуля. Їх кількість фіксується лічильником і є пропорційною вхідній напрузі: = k (t). Отриманий двійковий код дешифрується і виводиться на семисегментний індикатор.

Найбільш розповсюджені АЦП, що побудовані на основі ЦАП (Рис.2.23).

Рис.2.23. Схема АЦП, побудованого на ЦАП

1– ЦАП; 2 – компаратор; U_ВХ – вхідна напруга ;

U_ЦАП – вихідна напруга ЦАП.

При жорсткій логіці код формується двійковим лічильником, а при роботі в складі мікропроцесорних систем – програмно вхідний код перетворюється в аналоговий сигнал за допомогою ЦАП. Напруга з виходу ЦАП U_ЦАПнадходить на один із входів компаратора. На інший вхід подається вхідна напруга U_ВХ. В момент, коли вихідна напруга ЦАП стане рівною вимірюваній вхідній напрузі (U_ВХ =U_ЦАП), компаратор формує сигнал „STOP”, що свідчить про закінчення циклу вимірювання.

Для формування коду використовують різні алгоритми. Найпростішим серед них є послідовний рахунок, при якому на кожному такті молодший розряд коду інкрементується ( збільшується на ‘’1’’ ) від початкового мінімального значення до стану, при якому U_ВХ =U_ЦАП. Недоліком цього способу є мала швидкодія і залежність часу перетворення від величини вимірюваної напруги.

Для зменшення часу перетворення використовують розрядне кодування, при якому зрівноважування починається зі старшого розряду. У цьому розряді встановлюється ‘’1’’ і читається стан компаратора. Якщо U_ВХ >U_ЦАП, то ‘’1’’ скидається, а якщо U_ВХ <U_ЦАП , то розряд зберігає свій стан. Далі в такій же спосіб обробляється наступний розряд. Перетворення закінчується тоді, коли будуть оброблені всі розряди.

У системах спостереження застосовують слідкуючі АЦП, у яких ЦАП відслідковує зміну напруги. При її зростанні код порозрядно збільшується, поки напруга U_ЦАП не зрівняється з вимірюваною напругою U_ВХ, і навпаки.

В лабораторному стенді АЦП побудований на мікросхемах AD7801 (8 – розрядний ЦАП) і LM358P (операційний підсилювач, що використовується як компаратор) (рис. 2.24.). Стан компаратора можна зчитати з виводу порту Р1.7 ОМК. При закінченні циклу також загорається світлодіод, що підключений до виходу компаратора. Доступ до ЦАП з ОМК АТ89С51 здійснюється програмно за адресою F000h. Вимірювана напруга U_ВХ формується змінним резистором (якщо встановлено перемичку j5), або джерело сигналу підключається до клемника.

Рис.2.24. Схема електрична принципова (ЦАП AD7801 та компаратор LM358 з джерелом опорної напруги та перемикачем J5) АЦП стенду.

Для прикладу розглянемо підпрограму вимірювання вхідної напруги, що надходить від зовнішнього джерела. В якості такого джерела використовуємо наявний в стенді потенціометр на змінному резисторі, що перемичкою J5 можна підключити до компаратора стенду. Напруга на потенціометр подається від джерела живлення стенду. Підпрограма циклічно опитує АЦП і відображає цифровий код перетворення на статичному індикаторі.

INPUT_U

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

;Підпрограма вимірювання вхідної напруги за допомогою

;АЦП стенду.

;Вхід: змінний резистор стенду.

;Вихід: регістри (індикатори) з адресами А000Н та А001Н

;Прапори: CY - прапор переповнення акумулятора

;Використані регістри: А

;Вимагає вільних байт в стеку: 2

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

P1 data 090h ;задаємо для адреси 090h ім’я P1

ORG 0

MOV DPTR,#0A004h

MOV A,#0011b

MOVX @DPTR,A

begin:

MOV A,#0 ;записати в А нуль

next:

MOV DPTR,#0F000h ;встановити в DPTR адресу ЦАП

MOVX @DPTR,A ;встановити на ЦАП код із А

MOV R3,#050 ;

z2: DJNZ R3,z2

JNB P1.7, show ;Компаратор спрацьовував?

INC A ;збільшити значення А на одиницю

CJNE A,#0FFh,next ;перехід на next якщо код не макс.

show:

MOV DPTR,#0A001h ;виведення коду на HG1

MOVX @DPTR,A

CALL ZAT

JMP begin ;перехід на початок

ZAT: ;підпрограма затримки

…………

END

2.7.3. Підготовка до роботи

1. Вивчити принципи аналого-цифрового перетворення.

2. Вивчити принципову електричну схему АЦП учбово-відлагоджувального стенду та команди для керування ним.

3. Розробити БСА підпрограми INPUT_U та визначити групи команд для виконання окремих блоків алгоритму.

4. Розробити детальну БСА керування АЦП стенду для виконання індивідуального завдання у відповідності з номером Вашої бригади (Табл.2.11).

Таблиця 2.11. Індивідуальні завдання до лабораторної роботи №7.