Болл С.Р. Аналоговые интерфейсы микроконтроллеров (2007)

УДК 004.32 ББК 32.973 Б79 Болл Стюарт Р. Б79 Аналоговые интерфейсы микроконтроллеров. — М.: Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2007. — 360 сд ил. (Серия «Программируемые системы»). 1БВ)ь) 978-5-94120-!42-6 Данное издание является практическим пособием по применению различных интерфейсов для подключения аналоговых периферийных устройств к компьютерам, микропроцессорам и микроконтроллерам.

Раскрывается специфика применения таких интерфейсов, как !зС, ЗР!/М!сгомаге, 5МВш, КЗ-232/405/422, токовая петля 4-20 мА и др. Дается обзор большого количества современных датчиков; температурных, оптических, ПЗС, магнитных, тензодатчиков и т. д. Подробно описываются контроллеры, А!1П и ЦАПы, их элементм — УВХ, ИОН, кодеки, энкодеры. Рассмотрены исполнительные устройства — двигатели, терморегуляторы — и вопросы их управления в составе систем автоматического управления различного типа (релейного, пропорционального и П ИД), Книга снабжена иллюстрациями, наглядно представляюшими аппаратные и программные особенности применения элементов аналоговой и цифровой техники. Заинтересует не только начинающих радиолюбителей, но и специалистов, имеюших стык работы с аналоговой и цифровой техникой, а также студентов технических колледжей и вузов. УДК 004.32 ББК 32.973 Настояшее издание Аналоговые интерфейсы микроконтроллеров Стюарта Белла Р.

выполнено по договору с е!юиег !пс., 200%ьее!ег аоад, бгь нозг, Вшьпагоп, мАО ПОЗ, нбд. Ю Евенег Зс!енсе ((ЛА), 2004 О Издательский дом «Додэка-ХХ!», 2007 йг Серия Программируемые системм» 15 ВН 970-5-94120-142-6 (рус.) РЗ ВН 0-7506-7723-6 (англ.) Все права защищены. Никакая часть этого и звания не может быть воспроизведена в любой форме или любыми средствами, электронными или механическими, включая фотографирование, ксерокопирование или иные срелсгва копирования или сохранения информации, без письменного разрешения излагельства.

Принятые сокращения Предисловие Введение . 12 13 14 30 30 32 33 33 ОГЛАВЛЕНИЕ Глава 1. Параметры системы 1.1. Динамический диапазон.. 1.2. Точность измерения напряжения. !.3. Калибровка .. !.4. Пропускная способность шины . !.5. Производительность процессора . 1.5.1. Прерывания 1.5.2. Интерфейсы .. 1.5.3.

Поддержка на аппаратном уровне. 1.5.4. Требования к процессору . 1.5.5. Требования к операционной системе 1.5.6. Язык программирования и компилятор .. 1.6. Ограничение скорости 1.6.1. Затраты 1.6.2. Электромагнитная совместимость. 1.7. Другие системные ограничения . 1.7.1. Периферийные устройства,.....,...... 1.7.2.

Общие интерфейсы . !.7.3. Приоритет задач !.7.4. Системные требования . 1.7.5. Разрядность цифрового слова........... 1.7.6. Интерфейсы.. 1.3. Частота дискретизации и наложение . Глава 2. Аналого-цифровые преобразователи 2.1. Общие сведения. 2.2. Описание АПП. 2.2.1. Опорное напряжение .

2.2.2. Выходное слово .. , 15 . 15 . 16 . 16 . 19 . 20 21 21 . 21 22 . 22 .. 22 22 . 23 . 23 . 24 .. 24 24 . 24 25 .. 27 . 27 27 б ° Оглавление 2.2.3. Разрешение 2.3. Типы АЦП 2.3.1. Следящий АЦ П .. 2.3.2. Параллельный АЦП. 2.3.3. АЦП последовательных приближений....................... 2.3.4. АЦП двойного интегрирования 2.3.5. Сигма-дельта АШ! ..

2.3.6. Составной АЦП . 2.4. Сравнение типов АЦП по основным показателям....,.............. 2.5. Устройства выборки-хранения 2.6. Реальные компоненты 2.6.1. Вхолные уровни . 2.6.2. Встроенный источник опорного напряжения................. 2.6.3. Дополнительная емкость на входе опорного напряжения...... 2.6.4.

Встроенное УВХ . 2.7. Интерфейс макропроцессора .. 2.7.1. Кодирование выходного слова .. 2.7.2. Параллельный интерфейс 2.7.3. Время доступа .. 2.7.4. Выхол ВОВУ. 2.7.5. Время освобождения шины . 2.7.6. Связь сигналов шины управления с АЦП .................... 2.7.7. Зааерлска между преобразованиями . 2,7.8. Величина погрешности преобразования,.....,.............. 2.8. Синхронные интерфейсы. 2.9. Последовательные интерфейсы . 2 9.!. Периферийный последовательный интерфейс БР1/М!сговие... 2,9.2. Шина !тС 2.9.3. Шина 5МВиз. 2.9.4. Специализированные последовательные интерфейсы ......... 2.10. Многоканальные АЦП . 2.1!.

Встроенные в микроконтроллер АЦП, 2,12. Кодеки. 2.13. Прерывания 2.14. Многофункциональные выводы микроконтроллеров......,......., 2.15. В рабочую тетрадь разработчика. Глава 3. Датчики . 3.1. Температурные датчики. 3.1.!. Терморезисторы .. 3.!.2. Масштабирование 3.1.3. Влияние разброса параметров компонентов .. 33 34 34 36 .. 37 38 . 40 . 43 . 45 .. 48 . 48 .. 49 .. 49 , 49 .

49 . 49 50 52 54 54 .. 55 55 .. 56 .. 56 58 .. 58 . 6! . 63 .. 64 . 65 . 65 . 67 . 67 .. 68 . 70 71 71 71 75 79 Оставление ° 7 . 121 . 121 . 125 . 127 . 129 . 130 . 131 .. 131 .. 133 3.1.4. Резистнвные температурные датчики . 3.1.5. Термопары 3.1.6. Полупроводниковые температурные датчики........

3.2. Оптические датчики . 3.2.1. Ц2елевой оптрон . 3.2.2. Отражательный оптрон . 3.2.3. Особенности работы в ИК-диапазоне. 3.2.4. Механическая нестабильность 3.2.5. Датчик защитного кожуха .. 3.2.6. Управление несколькими датчиками 3.2.7. Оптрон с закрьпым оптическим каналом ........... 3.2.8. Дискретные оптические датчики, 3.3. Приборы с зарядовой связью.

3.3.1. Основы работы ПЗС...................,....... 3.3.2. Управление экспозицией 3.3.3, ПЗС-лннейки 3.3.4. Распознавание цвета 3.3.5. Трехлинейные ПЗС 3.3.6. Методы цветовой обработки. 3.3.7. Чувствительная площадь ПЗС-матрицы ............ 3.3.8. Темновой зарял 3.3.9. Двойная коррелнрованная выборка . 3.3.10. Неравномерность 3.3.11. Питание ПЗС 3.3.12. АЦП ПЗС 3.4.

Датчики магнитного поля 3.4.1. Датчики Холла .. 3 4 2. Линейные дифференциальные трансформаторы..... 3.4.3. Датчики с переменным магнитным сопротивлением . 3.5. Полупроводниковые тенэодатчикн движения/ускорения.... 3.6. Металлические тензодатчики веса/силы. 3.7. Ключи Глава 4.Измерение временных параметров 4.1. Общие сведения. 4.2. Измерение периода или частоты. 4.3. Смешение частот. 4.4. Преобразователи напряжение-частота . 4.4.1. Применение ПНЧ. 4.4.2. фильтрация . 4.5. Тактовая частота и диапазон ., 4.6.

Увеличение точности при ограниченном разрешении... ,. 8! .. 81 .. 84 . 85 .. 85 .. 85 88 .. 90 91 92 .. 94 96 99 99 . 101 . 101 . 103 . 104 . 106 . 106 . 107 . 107 . 108 . 110 . 110 . 110 . 110 113 . 114 . 116 . 117 . 119 8 ° Оглавление Глава 5. Методы управления . 5.1. Управление с разомкнутой петлей обратной связи................... 5.2. Отрицательная обратная связь 5.3. Микропроцессорные системы управления.. 5.4. Система релейного управления.. 5.5. Температурный перегрев . 5.6. Система пропорционального управления. 5.7. Пропорционально-интегрально-дифференциальное управление......

5.7.1. Вклад операции дифференцирования в алюритм управления... 5.7.2. Вклад операции интегрирования в алгоритм управления....... 5.7.3. ПИД-управление в целом . 5.7.4. Способы применения системы ПИД-управления....,........

5.7.5. Насыщение . 5.7.6. Программное обеспечение 5.7.7. Временная задержка. 5,7.8. Резкие изменения сигнала 5.7.9. Специальные требования . 5.8. Управлениедвигателем . 5.8.!. Пример постоянной скорости вращения круювой карусели.... 5.8.2. Позиционирование . 5.8.3.

Программное обеспечение 5.9. Управление с предсказанием.. 5.10. Измерение и анализ реакции петли обратной связи................. 5.10.1. Логический анализатор/Цифровой осциллограф............. 5.10.2. Измерение параметров двигателя .. 5.10.3. Доступное программное обеспечение.......................

5.11. Примеры программирования П ИД-систем........................ 5Л1.1, Основнач петля ПИД-управления.. 5.11.2. Функция запрета первоначального действия ................ 5.11.3. Фильтрация входного шума .. 5.11.4. Предотвращения выхода управляющего параметра за допустимые пределы . 5.11.5. Предотвращение выхода управляющего параметра за пределы средней величины.. 5.11.6. Реализация данных примеров.. 5.12. В рабочую тетрадь разработчика.

Глава 6. Соленоиды, реле и друпзе исполнительные устройства 6.1. Соленоиды . 6.! .! . Реле . 6.! .2. Интерфейс соленоидов и реле 6,1,3. Включение/удержание реле . 6.2. Нагревательные элементы ..139 . 139 139 140 141 . 144 144 . 148 151 . 153 !55 . 156 .