1 / 32

Wejścia obiektowe analogowe

Wejścia obiektowe analogowe. Wejścia analogowe 1/32. Rodzaje i parametry wejść analogowych Metody obsługi przetworników A/C Przykładowe rozwiązania Układy próbkująco-pamiętające Przetwarzanie wielokanałowe

oma
Download Presentation

Wejścia obiektowe analogowe

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Wejścia obiektowe analogowe

  2. Wejścia analogowe 1/32 Rodzaje i parametry wejść analogowych Metody obsługi przetworników A/C Przykładowe rozwiązania Układy próbkująco-pamiętające Przetwarzanie wielokanałowe Izolacja galwaniczna we/wy analogowych

  3. Przetwarzanie A/C: • jednokanałowe; • wielokanałowe. Wejścia analogowe - rodzaje 2/32 • Spotykane zasady konwersji: • kompensacyjne (szybkie 2..25μs, 8..12b); • integracyjne (podwójne, poczwórne całkowanie, ok. 30 konwersji na sek., 14..16b, odporne na zakłócenia); • o bezpośrednim porównaniu, tzw. flash (b.szybkie); • sigma-delta (16 i więcej bitów); • częstotliwościowe (U/f); • licznikowe.

  4. Czynniki wpływające na konstrukcję modułu przetwarzania A/C: - rodzaj sygnału wejściowego (U/I); - zakres zmienności (przedział wartości); - charakter sygnału wejściowego (szybkość zmian, widmo, czy po wstępnej filtracji, poziom zakłóceń); - wymagana jakość konwersji (rozdzielczość, liniowość); - wymagany czas konwersji; - wymagany kod reprezentacji liczb; - odległość od źródła sygnału analogowego; - stabilność źródła zasilania i jego wpływ na przetwornik; - warunki klimatyczne (temperaturowe) pracy układu. Wejścia analogowe - parametry 3/32

  5. start konwersji start konwersji odczyt stanu N konieckonwersji? generacjaopóźnienia T odczyt wyniku odczyt wyniku Metody obsługi przetworników A/C przez P Wejścia analogowe - obsługa 4/32

  6. start konwersji start konwersji HALT c.d. programu tła przerwanie przerwanie odczyt wynikuw procedurzeobsługi przerwania odczyt wynikuw procedurzeobsługi przerwania Metody obsługi przetworników A/C przez P - c.d. Wejścia analogowe - obsługa 5/32

  7. programowyprzetwornikkompensacyjny start konwersji odczyt wyniku Metody obsługi przetworników A/C przez P - c.d. Wejścia analogowe - obsługa 6/32

  8. Przetworniki kompensacyjne bardzo często stosowane ze względu na: prostą budowę, znaczną szybkość działania i umiarkowany koszt rodzina ADC080x - proste i tanie, 8b, pojedyncze UZAS=5V, 75μs - czas konwersji, ICC=3.5mA, przystosowane do współpracy z mikroprocesorami reprezentanci: ADC0801, ADC0802, ADC0803, ADC0804, ADC0805 błąd względny: ¼LSB (01), ½LSB (02/03) i 1LSB (04/05) Wejścia analogowe - przykłady 7/32 pracasamobieżna

  9. Wejścia analogowe - przykłady 8/32 praca sterowana przez mikroprocesor:

  10. Wejścia analogowe - przykłady 9/32 Przykładowe przetworniki: AD7574 8-bitowy, współpraca z mikroprocesorem, UZAS 5V, ICC=5mA, czas konwersji 15μs, błąd względny 0.75LSB AD573 10-bitowy, współpraca z mikroprocesorem, 2 napięcia zasilania, ICC=25mA czas konwersji 15 μs, błąd względny 1LSB, 3-stanowy bufor danych z podziałem na 8+2 bity, możliwość pracy samobieżnej (zwarcie /DR z /DE). AD574A 12-bitowy, współpraca z mikroprocesorem, 3 napięcia zasilające, ICC=5/30/40mA,czas konwersji 24μs - 8b 36μs - 12b, błąd względny 1LSB, przełączany rodzaj konwersji, 3-stanowy bufor danych z podziałem na 8+4 bity albo 12 bitów, możliwość zmiany, przesuwania zakresu napięć wejściowych przy użyciu zewnętrznych oporników, regulacja zera.

  11. Un Ux 2,5V 1 1 0 0 1 1 0 0 t Wejścia analogowe - przykłady 10/32 Programowy przetwornik kompensacyjny

  12. zerowanie bajtu wyniku W:=0 zainicjowanie bajtu testującego B:=10000000b W:=W or B W  portCA ewentualne opóźnienie odczyt wyjścia komparatora N Ux > Un ? T W:=W xor B SRL(B) N B = 0 ? T W = wynik Wejścia analogowe - przykłady 11/32 algorytm pracy

  13. Wejścia analogowe - przykłady 12/32 • Przykładowa implementacja • adkon: push bc • ld bc,8000h • adkon1:ld a,c • add a,b • ld c,a • out (portca),a • call delay ;opcja • in a,(portkomp) • rra • jr nc,malo • ld a,c • sub b • ld c,a • malo: rr b • jr nc,adkon1 • ld a,c • pop bc • ret

  14. Wejścia analogowe - przykłady 13/32 Przetworniki flash przykładowa struktura 1-stopniowego przetwornika flash Przykładowe układy: Analog Devices: AD5010KD - 6b, 10ns, ¼LSB AD6020KD - 6b, 20ns, ¼LSB TRW: TDC1014J - 6b, 33ns, ¼LSB TDC1007J - 8b, 33ns, ¼LSB

  15. Wejścia analogowe - przykłady 14/32 Przetworniki sigma-delta przetwornik 1-rzędu

  16. Wejścia analogowe - przykłady 15/32 przebiegi czasowe: Przykładowe układy: AD1877, AD7721 – 16b, 2-kan. (stereo), o 2·fS< 44kHz AD280 – 18b, 4-kan., o programowanej częstotliwości próbkowania 5Hz..1kHz

  17. Wejścia analogowe - przykłady 16/32 Przetworniki integracyjne dokładne, o niedużej częstotliwości pracy, filtrujące przebieg wejściowy w trakcie konwersji (tłumienie zakłóceń okresowych, ich uśrednianie), pozwalają uzyskać duże dokładności i rozdzielczości, stosowane podwójne i poczwórne całkowanie

  18. Wejścia analogowe - przykłady 17/32 Przetworniki częstotliwościowe - umożliwiają eliminację zakłóceń okresowych; - można uzyskać duże rozdzielczości. Stosowane gdy: - występuje duża dynamika sygnałów wejściowych; - dopuszcza się duży czas konwersji; - sygnały są przesyłane w postaci zmodulowanej U/f. Przykłady 9400 (Teledyne Semicon.) - zakr. 10Hz..100kHz AD537 (Analog Devices) - zakr. 0Hz..150kHz

  19. Wejścia analogowe - przykłady 18/32 Przetworniki licznikowe

  20. Wejścia analogowe - układy S/H 19/32 Układy próbkująco-pamiętające Wpływ zmienności sygnału wejściowego na jakość konwersji przetworników: u(t) = E sin ωt ω = 2πf u'(t) = E ω cos ωt |u'|=max dla ωt=kπ |Δu / Δt|max = 2πfE Δu = 2πfEΔt zał: n-bitowy przetwornik A/C, waga LSB = 2E/2n aby dokładność przetwarzania < ½LSB musi zachodzić: Δu = 2πfEΔt < E/2n 2πfΔt < 1/2n f < 1/(2πΔt2n) przykładowo: n=8 Δt=16μs f < 38.8Hz n=10 Δt=20μs f < 7.8Hz n=12 Δt=24μs f < 1.6Hz wynika stąd konieczność stosowania odpowiednich obwodów wejściowych.

  21. Wejścia analogowe - układy S/H 20/32 działanie układu S/H

  22. Wejścia analogowe - układy S/H 21/32 Typowe parametry układu S/H: - czas akwizycji - czas od przełączenia H->S do osiągnięcia UWE: 0.3÷1.5μs - spadek napięcia na kondensatorze pamiętającym w trybie H: 1÷50nV/μs - czas apertury (opóźnienia) przy przełączaniu S->H (ta): 5÷50ns - czas przełączania S->H (tu): 0.1÷1.5 μs - rezystancja wejściowa: 1÷1000MΩ - wzmocnienie K=±1

  23. sterowanie układem S/H odczyt wyniku start konwersji S/H S/H S/H A/C A/C A/C bufor bufor bufor Wejścia analogowe - wielokanałowe 22/32 Przetwarzanie wielokanałowe 1. zwielokrotnione układy S/H, A/C i bufory

  24. A/C start konwersji sterowanie układami S/H bufor S/H S/H S/H M P X A odczyt wyniku wybór kanału Wejścia analogowe - wielokanałowe 23/32 2. zwielokrotnione układy S/H, pojedyncze: MPXA, A/C i bufor

  25. S/H A/C sterowanie układem S/H start konwersji bufor M P X A odczyt wyniku wybór kanału Wejścia analogowe - wielokanałowe 24/32 3. pojedyncze: MPXA, S/H, A/C i bufor

  26. Wejścia analogowe - wielokanałowe 25/32 praca układu S/H

  27. M P X A S/H A/C SRAM D A N E A D R E S Y sterowanieukł. S/H start konwersji zapisodczyt S T EROWANIA wybór kanału lokalne sterowanieautonomiczne MPX odczyt pamięci Wejścia analogowe - wielokanałowe 26/32 4. układ z pamięcią buforującą pomiary

  28. Wejścia analogowe - wielokanałowe 27/32 Multipleksery analogowe 1. zintegrowane z przetwornikiem

  29. Wejścia analogowe - wielokanałowe 28/32 2. klucze analogowe jako autonomiczne układy z własnymi dekoderami; - w formie układów monolitycznych: np. AD7501/7503 - 8-kanałowe, dwukierunkowe AD7502 - 4-kanałowy, dwukierunkowy, podwójny (różnicowy) AD7506 - 16-kanałowy, dwukierunkowy AD7507 - 8-kanałowy, dwukierunkowy, podwójny (różnicowy) rezystancja zwarcia kanału do 200W (8-kan.) i do 300W (16-kan.) - układy serii 4000 (rezystancja zwarcia kanału ok. 100W): 4066 - 4 klucze sterowane indywidualnie 4051 - MPXA 8-kanałowy, dwukierunkowy 4052 - dwa MPXA 4-kanałowe, dwukierunkowe 4053 - trzy MPXA 2-kanałowe, dwukierunkowe 4067 - MPXA 16-kanałowy, dwukierunkowy 4097 - dwa MPXA 8-kanałowe, dwukierunkowe

  30. Wejścia analogowe - wielokanałowe 29/32 3. kontaktronowe - rezystancja zwarcia << 1W, mała częstotliwość pracy, dzwonienie styków podczas przełączania 4. z latającymi kondensatorami

  31. Wejścia analogowe - izolacja galwaniczna 30/32 Izolacja galwaniczna w układach we/wy analogowych 1. Przy przesyle informacji analogowej w postaci modulowanych impulsów - izolacja jak dla sygnałów dwustanowych. 2. Przy przesyle informacji analogowej w postaci ciągłego sygnału prądowego lub napięciowego: - modulacja "wokół" łącza transoptorowego (wada: obniżenie pasma dla sygnałów zmiennych); - dobór transoptorów o bliskiej liniowej charakterystyce przenoszenia, a ewentualne nieliniowości kompensowane np. programowo (wada: powtarzalność charakterystyk ?); - optoizolacja po stronie cyfrowej przetworników A/C i C/A (wada: kosztowne rozwiązanie). 3. Stosowanie lokalnych (rozproszonych) układów pomiarowo- sterujących, komunikujących się z systemem mikroprocesorowym łączem cyfrowym.

  32. Wejścia analogowe - układy rozproszone 31/32 • Zasadność ich stosowania wynika z: • kosztów okablowania rozległego systemu we/wy analogowych; • odporności na zakłócenia długich linii analogowych; • odporności na uszkodzenia długich linii analogowych; • Oprócz podstawowych funkcji (przetwarzanie A/C i C/A) mikroprocesor stacyjki kontrolno-pomiarowej może się zajmować: • organizacją transmisji po łączu cyfrowym; • kontrolą zmian wartości mierzonych sygnałów; • sygnalizacją przekroczeń wartości granicznych; • linearyzacją czujników pomiarowych; • filtracją cyfrową; • uśrednianiem wyników; • obliczeniami syntetycznych wskaźników (wartości) liczbowych; • autodiagnostyką i autokalibracją czujników.

More Related