Методические указания к лабораторным работам №1-5 для студентов специальности 210100 «Управление и информатика в технических системах» (стр. 5 из 5)
Существенное сокращение времени преобразования достигается развёртыванием компенсирующей величины с неравномерными ступенями. Наибольшее распространение на практике получили алгоритмы поразрядного уравновешивания, в которых величина ступеней выбирается в зависимости от веса разряда формируемого цифрового кода. Такие алгоритмы называются также алгоритмами последовательных приближений.
В АЦП, реализующих метод последовательного приближения, двоичный код меняется таким образом, чтобы обеспечить по возможности быстрое уравновешивание измеряемого напряжения напряжением, получаемым с выхода ЦАП. Временная диаграмма развёртывания с неравномерными ступенями приведена на рис. 12.
Рассмотрим подробнее работу алгоритма. Уравновешивание начинается со старшего разряда, в котором устанавливается единица, после чего производится сравнение измеряемого напряжения и напряжения на выходе ЦАП. Если уравновешивающее напряжение меньше измеряемого, то установленная в старшем разряде единица в дальнейшем сохраняется, а если больше – то единица сбрасывается, т. е. в дальнейшем в этом разряде будет сохраняться нуль. Далее таким же образом проверяются все остальные разряды, включая самый младший. Блок-схема алгоритма метода последовательных приближений (поразрядного уравновешивания) приведена на рис. 13.
Простейшим вариантом алгоритма следящего уравновешивания является уравновешивание с равномерной ступенчатой отработкой компенсирующей величины. АЦП, в которых реализуется такой алгоритм уравновешивания, представляют собой реализацию астатической следящей системы с промежуточным параметром N, представленным в цифровой форме. В исходном состоянии код N равен нулю и напряжение на выходе ЦАП Uk также равно нулю. Далее код начинает возрастать аналогично методу единичных приближений, что приводит к появлению сигнала обратной связи. Компаратор К осуществляет управление направлением счета так, что при Uх > Uk формирователь кода работает в режиме прямого счёта, а при Uх < Uk - в режиме обратного счёта. Процесс аналого-цифрового преобразования заканчивается при выравнивании напряжений Uх и Uk, при этом цифровой код N эквивалентен преобразуемой величине. С момента установления равенства напряжений Uk и Uх при ограниченной скорости изменения Uх АЦП переходит в следящий режим и код N в любой момент времени эквивалентен Uх с погрешностью, не превосходящей единицы младшего разряда. Режиму следящего уравновешивания предшествует режим начальной отработки до установления равенства напряжений Uх и Uk.
Алгоритм следящего уравновешивания в режиме слежения обеспечивает максимальную скорость уравновешивания по сравнению с АЦП, реализующими другие алгоритмы. Блок-схема алгоритма следящего уравновешивания приведена на рис. 14.
Надо отметить, что в реальных аналого-цифровых следящих системах могут возникать периодические колебания, приводящие к появлению неустойчивости цифрового кода в младших разрядах. Устранение таких колебаний достигается загрублением порога чувствительности или использованием компараторов с гистерезисной характеристикой. Однако такие способы устранения периодических колебаний приводят к дополнительному увеличению погрешности преобразования.
АЦП со следящим уравновешиванием целесообразно применять в тех случаях, когда необходимо непрерывное преобразование плавно меняющихся сигналов без скачкообразных изменений; в системах обегающего контроля без датирования измерительных отсчётов; в системах контроля отклонений параметров от заданных; для преобразования сигналов в условиях воздействия импульсных помех.
В отличие от АЦП следящего уравновешивания АЦП поразрядного уравновешивания являются принципиально устойчивыми и удобными для применения в многоканальных измерительных системах с датированием отсчётов, в системах, требующих синхронной работы отдельных устройств и др.
Описание лабораторного стенда
Модуль состоит из ППА КР580ВВ55А, узла цифроаналогового преобразователя и компаратора. Выводимый при помощи ППА байт данных индицируется на светодиодах HL1-HL8. Узел ЦАП включает в себя БИС ЦАП К572ПА1 и вспомогательные операционные усилители. Компаратор построен на операционном усилителе КР140УД8Б и сравнивает напряжение, снимаемое с выхода ЦАП, с измеряемым напряжением Uх. Выходной сигнал компаратора принимает значение логической «1» при выполнении условия Uх > Uцап и логического «0» при условии Uх < Uцап. Результат сравнения подаётся на разряд 4 порта C ППА и используется для управления процессом аналого-цифрового преобразования.
Модуль может служить для измерения мгновенного значения напряжения (с программной синхронизацией моментов измерений) в диапазоне от 0 до +3В. На основе этого модуля возможна программная реализация некоторых методов аналого-цифрового преобразования.
ЗАДАНИЕ
1. Произвести калибровку ЦАП. Определить Uвых. макс при входном коде 0FFH и Uвых.мин при входном коде 00Н.
2. Написать, ввести и выполнить программы для реализации вышеперечисленных алгоритмов реализации АЦП. Старт преобразования выполнить по нажатию на К1, вывод информации производить на светодиодный двоичный индикатор.
3. Написать программы для реализации вышеперечисленных методов реализации АЦП с выводом на семисегментный индикатор в динамическом режиме, используя подпрограмму динамической индикации. Номером варианта считать порядковый номер метода (по тексту).
Список литературы:
1. Янсен Й. Курс цифровой электроники: В 4 т. Микрокомпьютеры. – М.: Мир, 1987. Т. 4 – 406 с.
2. Каган Б. М., Сташин В. В. Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 304 с.
3. Рафикузаман М. Микропроцессоры и машинное проектирование микропроцессорных систем: В 2 кн. – М.: Мир, 1988. Кн. 1. – 312 с.
4. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем: Справочник: В 2 т. / В. Б. Абрайтис, Н. Н. Аверьянов, А. И. Белоус и др.; Под ред. В. А. Шахнова – М.: Радио и связь, 1988.
5. Федорков Б. Г., Телец В. А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 320 с.
Оглавление:
Лабораторная работа № 1
Организация параллельного ввода-вывода …………………………… 3
Лабораторная работа № 2
Программируемый интервальный таймер К580ВИ53 ……………….. 9
Лабораторная работа № 3
Генератор аналоговых сигналов ………………………………………. 14
Лабораторная работа № 4
Организация динамической индикации в линейных дисплеях ……... 16
Лабораторная работа № 5
Аппаратно-программная реализация аналого-цифрового
преобразования ………………………………………………………… 20
Список литературы …………………………………………………….. 27
МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ УСТРОЙСТВА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Методические указания
к лабораторным работам № 1-5
для студентов специальности 210100
«Управление и информатика в технических системах»
Иванов Виктор Эдуардович
Левенец Алексей Викторович
Главный редактор Л. А. Суевалова
Редактор Е. Н. Ярулина
Компьютерная верстка А. В. Левенец
Лицензия на издательскую деятельность
ЛР № 020526 от 23.04.97
Подписано в печать __.__.__. Формат 60 x 84 1/16.
Бумага писчая. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,63.
Уч.-изд. л. 1,4. Тираж 100 экз. Заказ С 110.
Издательство Хабаровского государственного
технического университета.
680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136.
Отдел оперативной полиграфии издательства
Хабаровского государственного технического университета.
680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136.