ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.06.2025
Просмотров: 1058
Скачиваний: 1
68
3)апертурное время –интервал времени, в течении которого невозможно точно сказать к какому из моментов времени относится полученное измерение (погрешность измерения сигнала во времени). Для интегральных АЦП немаловажными являются:
4)интерфейс передачи полученного в МПУ:
5)наличие встроенного источника опорного напряжения, УВХ. Рассмотрим подробно, программно -аппаратную реализацию
основных типов АЦП.
5.4.Программно–аппаратная реализация время– импульсного АЦП с однократным интегрированием
Общая структура имеет вид:
АК –аналоговый компаратор, используется для сравнения Uвх и Uгпн
1, U вх U гпн |
порт |
||||||||||||||
Uk = |
МПУ |
конец преобразования |
|||||||||||||
0, U вх ≤ U гпн |
Р1.0 |
||||||||||||||
ГПН |
–генератор |
пилообразного |
Uвх |
||||||||||||
АК |
|||||||||||||||
напряжения. |
к |
||||||||||||||
U |
|||||||||||||||
Алгоритм управления АЦП с |
|||||||||||||||
Р1.1 |
ГПН |
||||||||||||||
Uгпн |
|||||||||||||||
однократным интегрированием: |
пуск |
||||||||||||||
1)МПУ в момент t1 формирует
сигнал Пуск=0, тем самым заставляя ГПН формировать на выходе линейно –нарастающее напряжение.
Uвх, Uгпн |
|||||
Uвх |
|||||
Uгпн |
|||||
U k |
t1 |
t2 |
t3 |
t |
|
t=t2-t1 |
|||||
f мц |
t |
||||
число N |
|||||
t1 |
подсчет |
t2 |
t |
||
М Ц |
|||||
2) Осуществляется постоянный опрос выхода АК, в случае, когда выход АК Uk=0 (Uвх =Uгпн),
формируется второй момент времени t2.
3)Измеренный интервал времени ∆t с помощью внутренних таймеров – счетчиков и будет являться числовым эквивалентом N входного напряжения Uвх.
69 |
||||||||
R1 |
Замечания: |
изменяя |
наклон |
|||||
мпк |
прямой напряжения можно добиться |
|||||||
VD |
VT |
iэ |
||||||
пуск |
DD1 |
практически |
любого |
коэффициента |
||||
1 |
||||||||
(порт вывода) |
ic |
преобразования к АЦП: |
||||||
R2 |
||||||||
C |
N = Int[k U ВХ ] |
|||||||
конец преобразова |
DA1 |
|||||||
+5В |
N –двоичный код на выходе |
|||||||
= = |
||||||||
ния |
||||||||
(порт ввода) |
R3 |
АЦП. |
||||||
Пример: принципиальная схема Uвх программно – аппаратной реализации время – импульсного АЦП с
однократным интегрированием.
На элементах VD, R1, VT, R2 реализован генератор постоянного тока ic=const, которым заряжают конденсатор С:
iC ≈ iЭ = |
UVD −UЭБVT |
≈ const |
|||||||||||
R1 |
|||||||||||||
Получим |
выражение, |
описывающее |
время |
–импульсное |
|||||||||
преобразование АЦП |
|||||||||||||
1 |
t |
iCdt = iCC |
|||||||||||
UC = UГПН = |
∫1 |
(t2 −t1 ) |
|||||||||||
С |
|||||||||||||
t2 |
|||||||||||||
UВХ = UC = |
i |
C |
∆t ∆t = |
UВХС |
(1) |
||||||||
iC |
|||||||||||||
C |
|||||||||||||
Получили |
выражение, |
описывающее |
время |
–импульсное |
|||||||||
преобразование АЦП. |
|||||||||||||
Замечание: Т.к. в формулу (1) входят параметры схемы (С,ic), которые могут изменяться от температуры или старения, то можно сказать, что точность преобразования данного АЦП невысока и зависит от изменения этих параметров.
Изображенный АЦП имеет низкую помехозащищенность, так присутствие в Uвх случайной помехи может резко повлиять на точность результата.
5.5.Время–импульсный АЦП двойного интегрирования
Обладает более высокой помехоустойчивостью. Общая структурная схема имеет вид (при программно –аппаратной реализации):
К1 |
0, U |
ИНТ |
0 |
||||||||||||||||||||
Uвх |
UK = |
||||||||||||||||||||||
МПК |
-Uопор |
U1 |
Интегр. |
Uинт |
1, UИНТ ≥ 0 |
||||||||||||||||||
Работу |
АЦП |
||||||||||||||||||||||
управление |
|||||||||||||||||||||||
двойного |
интегрирования |
||||||||||||||||||||||
ключем(Р1.0) |
AK |
||||||||||||||||||||||
конец преобразо |
U k |
поясним |
на |
временной |
|||||||||||||||||||
вания |
диаграмме. |
||||||||||||||||||||||
(Р1.1) |
|||||||||||||||||||||||
70
-UИНТ |
||||||||||
Алгоритм |
работы |
АЦП |
U'ИНТ |
|||||||
двойного интегрирования: |
U1= -Uопор |
|||||||||
1) |
В момент t1 (когда напряжение |
U1=Uвх |
||||||||
на интеграторе Uинт=0) на |
t1 |
t2 |
t3 |
t |
||||||
вход |
интегратора |
подают |
U k |
|||||||
U1=Uвх. В течении заранее |
T=t2-t1 |
|||||||||
заданного интервала T=t2-t1 |
||||||||||
осуществляется |
t=t3+t2 |
|||||||||
интегрирование Uвх, при этом |
||||||||||
напряжение |
на |
выходе |
U счет |
t |
||||||
интегратора достигает U’инт. |
t~Uвх |
|||||||||
2) |
В |
момент |
t2 |
на |
вход |
|||||
интегратора |
подключают |
|||||||||
отрицательное |
опорное |
|||||||||
напряжение U1= -Uопор и с |
t |
|||||||||
момента t2 начинают подсчет |
измеренное время |
|||||||||
времени. |
пропорциональна Uвх |
|||||||||
3)В момент t3, когда Uинт=0, прекращают подсчет времени и интервал ∆t=t3-t2 считают числовым эквивалентом измеряемого входного напряжения. ∆t измеряют, как правило, внутренними таймерами –
счетчиками. Момент t3 определяют по переключению Uk на выходе компаратора.
Замечание: интервал T=t2-t1 стараются выбрать кратным периоду основной промышленной частоты (1/50 Гц). В этом случае интегрирование Uвх на интервале Т автоматически исключит из сигнала помеху, обусловленную промышленной частотой.
Данный АЦП часто используют для измерения напряжения с удаленных датчиков, т.к. он легко исключает из сигнала промышленную частоту.
Пример: принципиальная схема программно-аппаратного АЦП двойного интегрирования.
Р1.0 |
0, U1 = Uвх |
0, U |
инт |
0 |
|||
= |
Р1.1 = |
≥ 0 |
|||||
1, Uопор = −Uопор |
1, U |
инт |
|||||
71 |
||||||||||||||
Получим основное выражение для АЦП двойного интегрирования: |
||||||||||||||
t2 |
Uвхdt = URCвх (t2 −t1 )= U'инт |
|||||||||||||
Uинт(t2 )= RC1 ∫t |
||||||||||||||
1 |
||||||||||||||
1 |
t3 |
Uвх |
Uопор |
−t2 )≡ 0 |
||||||||||
Uинт(t3 )= U'инт − RC |
∫Uопорdt = |
RC T - |
RC (t3 |
|||||||||||
t2 |
||||||||||||||
U |
вх |
T = |
Uопор |
∆t |
∆t = |
U |
вх |
T |
(2) |
|||||
RC |
||||||||||||||
RC |
Uопор |
|||||||||||||
Замечание: Т.к. в формулу преобразования (2) для АЦП двойного |
||||||||||||||
интегрирования не входят параметры схемы (R, C, и т.д.), то следовательно |
||||||||||||||
эти параметры не влияют на точность преобразования. И их изменения от |
||||||||||||||
температуры или во времени никак не сказывается на погрешность |
||||||||||||||
измерения. |
||||||||||||||
Т.к. это АЦП на компараторе сравнивается интеграл Uвх, то |
||||||||||||||
следовательно АЦП не чувствителен к случайным импульсным помехам. |
||||||||||||||
C |
Пример |
|||||||||||||
DA1 |
DA2 |
фрагмента |
||||||||||||
Uвх |
MX |
программы |
||||||||||||
x0 |
управления |
|||||||||||||
-Uопор |
x1 |
U1 |
R |
|||||||||||
Y |
Uинт |
АЦП |
двойного |
|||||||||||
управление |
A0 |
интегрирования |
||||||||||||
К1 |
||||||||||||||
(Р1.0) |
К590КН1 |
R |
К140УД7 |
. Для |
подсчета |
|||||||||
ОМК |
||||||||||||||
временных |
||||||||||||||
DD1 |
||||||||||||||
= = |
+5 В |
интервалов |
||||||||||||
R |
1К |
Т=t2-t1; ∆t=t3-t2 |
||||||||||||
используют |
||||||||||||||
конец преобразования |
внутренний |
|||||||||||||
(Р1.1) ОМК |
К521СА3 |
таймер Т0 ОМК |
||||||||||||
ВЕ51. |
||||||||||||||