Многоканальная МП система регулирования температуры (стр. 3 из 8)
В АЦП, рассмотренных ниже, входной сигнал интегрируется либо непрерывно, либо на определенном временном интервале, длительность которого обычно выбирается кратной периоду помехи. Это позволяет во многих случаях подавить помеху еще на этапе преобразования. Платой за это является пониженное быстродействие интегрирующих АЦП.
В) АЦП многотактного интегрирования. Принцип действия состоит в определении отношения двух отрезков времени, в течение одного из которых выполняется интегрирование входного напряжения интегратором на основе операционного усилителя (напряжение UИ на выходе интегратора изменяется от нуля до максимальной по модулю величины), а в течение следующего – интегрирование опорного напряжения UОП. Одним из основных преимуществ АЦП данного типа является высокая помехозащищенность. Случайные выбросы входного напряжения, имеющие место в течение короткого времени, практически не оказывают влияния на погрешность преобразования. Кроме того, для получения высокой точности преобразования не требуется высокой точности применяемых элементов, стабильности тактовой частоты генератора импульсов. Недостаток – малое быстродействие. Интегрирующий АЦП реагирует на среднее значение входного напряжения. Можно выделить две главные группы АЦП многотактного интегрирования: схемы с параллельным или последовательным выходом для сопряжения с микропроцессором; схемы с двоично-десятичными счетчиками с дешифраторами для управления семисегментными индикаторами, в том числе мультиплексированными.
Г) Сигма-дельта АЦП. В этом названии отражается два процесса: интегрирование за малое время и сложение результатов интегрирования. В этом АЦП осуществляется дискретизация аналогового сигнала с частотой во много раз большей, чем минимальная частота дискретизации. Минимальная частота дискретизации должна быть по меньшей мере в два раза выше максимальной частоты в спектре преобразуемого сигнала. Такая супердискретизация (дискретизация с повышенной частотой) позволяет интерполировать входное аналоговое напряжение между теми точками данных, где были взяты отсчеты с минимальной частотой дискретизации. На выходе АЦП при этом формируется импульсный сигнал, содержащий варьируемое количество «1» и «0» в зависимости от величины входного сигнала. Причем длительность как «единичного», так и «нулевого» уровней строго кратна периоду тактовой частоты супердискретизации
ТС. Сравнение сигма-дельта АЦП с АЦП многотактного интегрирования показывает значительные преимущества первых. Прежде всего, линейность характеристики преобразования сигма-дельта АЦП выше, чем у, аналогичной по стоимости, АЦП многотактного интегрирования. Это объясняется тем, что интегратор сигма-дельта АЦП работает в значительно более узком динамическом диапазоне, и нелинейность переходной характеристики усилителя, на котором построен интегратор, сказывается значительно меньше. Емкость конденсатора интегратора у сигма-дельта АЦП значительно меньше (десятки пикофарад), так что этот конденсатор может быть изготовлен прямо на кристалле ИС. Как следствие, сигма-дельта АЦП практически не имеет внешних элементов, что существенно сокращает площадь, занимаемую им на плате, и снижает уровень шумов. Сигма-дельта АЦП высокого разрешения имеют развитую цифровую часть, включающую микроконтроллер. Это позволяет реализовать режимы автоматической установки нуля и самокалибровки полной шкалы, хранить калибровочные коэффициенты и передавать их по запросу внешнего процессора.1.4 Описание микропроцессорной части
Микропроцессорная часть содержит следующие элементы:
Центральный процессор управления (CPU) – D12, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) – D20, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) – D14, коммутатор напряжения (К590КН6) – D11, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) –D17, регистр адреса – D13, дешифратор адреса – D22, а также формирователи (Ф) – D18, D19, D16, D15 и регистр – D10 для обмена с внешними и внутренними устройствами. В качестве CPU использована 8 – разрядная однокристальная микроЭВМ серии К1816ВЕ31. Порт P0 используется для организации шины данных, так и шины адреса. Порт P2 используется для организации шины адреса, порт P1 для управления коммутатором и АЦП, выводы порта P3, а также выводы PME и ALE образуют шину управления этой микропроцессорной системы. Шины данных микропроцессорной системы D0 и D7 имеют 8 разрядов. Шина адреса – 16 разрядная: A0 – A15. Поскольку P0 используется и для шины адреса и для шины данных, то при выполнении операций чтение по какому- либо адресу и запись в какой – либо адрес, для временного хранения адреса используется регистр адреса D13. При выполнении команд чтения адреса (запись в ОЗУ) вначале на портах P0 и P2 устанавливается 16 – разрядный адрес. Младший байт адреса по шине D0 – D7 под действием сигнала ALE записывается в регистр адреса, после чего код адреса из порта P0 убирается и в P0 производится прием данных из ОЗУ или передача данных из Р0 в ОЗУ. Аналогичным образом считывается информация из ПЗУ. Для управления различными внутренними и внешними устройствами системы используется дешифратор адреса D22, на входы которого 0, 1 и 2 подаются старшие разряды адреса соответственно А13, А14 и А15. Когда А13=0, А14=0, А15=0 то активный сигнал “0” будет на выходе 0 (вывод 15 микросхемы), на остальных выходах будут логические “1”. Этот сигнал с выхода 0, если установить код 001, то есть А15=0, А14=0, А13=0, то появится на выходе 1, на остальных выходах будет “1”. Этот сигнал поступает на двунаправленный формирователь D15 (микросхема К555АП6). Это позволяет передавать и принимать данные из контроллера, клавиатуры и дисплея (ККД). По адресу 010 возможно считывание младшего байта АЦП (активен вывод 2 микросхемы D22), по адресу 011 возможно считывание старшего байта АЦП (вывод 3). Выход 4 позволяет записывать информацию для управления внешними цифровыми устройствами в регистр управления D10 (К555ИР22).
Поскольку АЦП К1108 ПВ2 имеет 12 выходных разрядов: D0 – D11, то для согласования этих выходов с 8 – разрядной шиной данных используются два формирователя D18 и D19. D18 передает младшие байты Q1 –Q8 от АЦП к микропроцессору (на шину данных ШД), а D19 старшие разряды Q9 – Q12. На вход 13 АЦП (IN) подается измеряемое напряжение. На вход 32 АЦП с выходом порта Р1 поступает сигнал пуск, означающий начало аналого-цифрового преобразования. По окончанию преобразования на выходе RAD (вывод 18 DD17) появляется сигнал “готов”, означающий конец преобразования. После этого возможно считывание выходных разрядов D0 – D11 с АЦП. Выводы 19 и 21 – питающие (+5 В, -6В), вывод 29 – аналоговая земля, вывод 40 – цифровая земля.
Поскольку требуется измерять несколько аналоговых напряжений, целесообразно применять один АЦП и многоразрядный коммутатор аналоговых сигналов, коммутатор D11 имеет 8 аналоговых входов 1, 2, 3…8; 3 цифровых входов адреса (А, В, С); вход разрешения Е и один выход Q. Когда Е=1, то в зависимости от кода на адресных входов А, В, С напряжение на выходе коммутатора равно напряжению на выбранном входе. Например, А=1, В=0, С=0, то на выход Q поступает напряжение со входа 2 (вывод 5 микросхемы D11). Запись в ОЗУ и ККД осуществляется под действием сигнала RD. Чтение данных из ПЗУ осуществляется с помощью сигнала PSEN.
1.5 Описание платы индикации и клавиатуры
Плата индикации и клавиатуры содержит контроллер клавиатуры и дисплея ККД (D24), дешифратор D25 для сканирования клавиатуры и дисплея, формирователь D26 для усиления сигнала. ККД осуществляет динамическую индикацию четырех светодиодных индикаторов серии АЛС321Б с объединенными анодами. В начале на выходах SL0 – SL3 устанавливается логический 0, в результате на выходе 0 дешифратора D25 появится 0, а на остальных выходах дешифратора D25 будет логическая 1. Этот 0 открывает транзистор VT9, в результате через этот транзистор течет ток (от +5В через VT9 в индикатор HG1). Одновременно с этим на выходах ККД А0 – А3, В0 – В3 формируется код для засветки семисегментного индикатора. Пусть, например, высвечивается цифра 1, тогда А0=0, А1=1, А2=1, А3=0, В0 – В3=0. Эти сигналы усиливаются по току микросхемы D26 и поступают на базы транзисторов VT14, VT15, если на базе транзистора высокое напряжение, то транзистор открывается, что обеспечивает прохождение тока через соответствующий светодиод индикатора HG1. Таким образом, ток потечет через светодиоды к соответствующим сегментам В и С. Для высвечивания других цифр на выходах В0 – В3 подаются соответствующие коды. Таким образом, высвечивается цифра первого разряда, далее на выходах SL0 – SL3 появляется код 0001, то есть SL0=1, остальные равны 0. В результате получается логический “0” на выходе 1 дешифратора D25, что обеспечивает свечение индикатора HG2. Одновременно с этим на выходах В0 –В3 вырабатываются коды для засветки второго индикатора HG2. Остальные индикаторы светиться не будут, так как из транзисторов VT9 – VT12 будет открыт только VT10. Аналогичным образом высвечиваются индикаторы HG3 и HG4, после чего процесс повторяется. Частота отдельных вспышек каждого индикатора составляет десятки Гц, что производит впечатление непрерывного свечения. Данные, которые выводятся на индикацию, поступают от CPU по шине данных через формирователь D18 и записываются во внутренние ОЗУ ККД под действием сигналов WR и CS. Эти данные хранятся до тех пор, пока не будут замещены новыми. Кроме того ККД обеспечивает опрос клавиатуры размером 16 клавиш. Когда на входе дешифратора D25 присутствует логический “0”, то при нажатии кнопки, например, S6 напряжение низкого уровня оказывается приложенным к входу RL5. ККД определяет, что имело место нажатия кнопки, записывает в ОЗУ клавиатуры код, присутствующий на входах RL0 – RL7 и формирует сигнал на выходе IRQ – запрос на прерывание. Этот сигнал поступает на процессор D12 и обрабатывается в зависимости от алгоритма программы. При выполнении прерывания микропроцессор приостанавливает выполнение основной программы и переходит на подпрограмму обработки прерывания. При этом микропроцессор с помощью сигнала RD и CS считывает код нажатой кнопки из ККД и возвращается к выполнению основной программы. Диоды нужны для того, чтобы нажатая кнопка S2 не воспринималась как нажатие кнопки S10.