Болл С.Р. Аналоговые интерфейсы микроконтроллеров (2007) (1264220), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Прецизионное напряжение +аз в ям Терморозистор Рм морезистор а1 61 Измеряемый сигнал е1 Рас. 11.1. Схемы опорного напряжения от напряжения питания микроконтроллера В случаях, когда сигнал оказывается независимым от напряжения питания микроконтроллера, применяется другой метод компенсации, показанный на Рис. 1!.1в. На этом рисунке дополнительный аналоговый вход микроконтроллераиспользуетсядля измеренияопорногонапряжения,создаваемого прецизионным источником — стабилитроном. Естественно, микроконтроллер должен иметь, по крайней мере, два аналоговых входа для реализации такой схемы. При работе микроконтроллер использует напряжение от прецизионного источника для вычисления ошибки измерений, вызванной нестабильностью напряжения питания.
Например, если напряжение питания микроконтроллера 5 В, а опорное напряжение прецизионного источника 2.5 В, то соответствующее опорному напряжению число составит 128 (при 8-битном преобразовании). Если напряжение питания упадет до 4.8 В, сравнение напряжения прецизионного источника и половины напряжения питания даст в итоге 133. Микроконтроллер может 288 ° Глава 11. Аналоговая ехемонкехника использовать эту величину для коррекции измерений на входе, подключенном к терморезистору. Измеряемую величину для получения корректного результата надо будет умножить на! 28/133, то есть на 0.96. Заметим, что высокая точность измерений оправдана только в том случае, если применяется прецизионный ИОН. Наконец, для применения этого метода микропроцессор должен обладать высокой производительностью, чтобы осуществлять заданные алгоритмы в режиме реального времени.
11.2. Наборы резисторов Часто бывает, что для выпуска отдельных устройств требуется простая настройка и регулировка, что достигается при применении резисторов с точностью до 1% однако не устраивают более точные 0.1%-ные резисторы, которые увеличивают конечную цену устройств. Иногда достичь заданных параметров можно, используя наборы резиенкоров. Наборы резисторов характеризуются такими же погрешностями, что и отдельные резисторы — 0.1%, 1%, 5% Однако согласование между резисторами в одном наборе часто в 2 раза лучше, чем их собственные погрешности. Если в схеме используется много резисторов с одним номиналом, то большей точности работы схемы можно достичь, используя набор резисторов, вместо дискретных элементов.
Заметим, однако, что данная закономерность имеет место для резисторов, размещенных в одном корпусе, аналогичном корпусу ИС, но не в разных корпусах. На Рис. 11.2 изображен простой делитель на- пряжения. Зта цепь может быть использована Л1 для приведения входного диапазона аналоговой 1Ок величины 0...8 В к входному диапазону микро- в'"кол контроллера 0...5В. На рисунки оба резистора имеют сопротивление 10 кОм. В идеале, выход1Ок ное напряжение должно составлять половину от входного.
Однако при погрешности сопротивления резисторов 1% выходное напряжение будет ный делитель вапря- не совсем такое, как ожидалось. жения Допустим, сопротивление Я, больше на 1% номинальной величины, то есть 10100 Ом, а сопротивление Я2 меньше на 1%, то есть 9900 Ом. Напряжение на выходе может быть вычислено в соответствии с формулой 1ХР11Тк = IНРЮТх 0.495 Я2 Я, ьЯ2 11.3, оуногоеходоеые системы управление ° 289 и отличается на 1% в соответствии с разбросом параметров резисторов.
Теперь допустим, что резисторы К, и Кз из одной микросхемы. Погрешность сопротивления по-прежнему составляет! %, однако относительно друг друга — всего 0.5%. Допустим, сопротивление Кп по-прежнему, больше на 1% номинальной величины и составляет 10100 Ом. Но поскольку сопротивления резисторов внутри одного набора варьируются всего на 0.5%, Кз не может быть меньше 10049.5 кОм. В результате получаем: 1МРУТх = 1ИРИТх 0.4987, 1~2 11! А2 что всего на 0.25% отличается от идеальной величины.
11.3. Многовходовые системы управления В некоторых случаях требуются многовходовые системы управления. Допустим, вы управляете телескопом, следящим за облаками. По какой- либо причине, вы не хотите, чтобы телескоп оказался направленным на солнце (возможно, чтобы защитить чувствительную оптику от воздействия), см. Рис. 11.3. В этом случае, на один из входов системы должна подаваться информация о координатах солнца во время наблюдений. Также на вход системы следует подавать данные о текущих и предполагающихся координатах направления телескопа.
Это хороший пример двухвходовой системы управления, поскольку местоположение солнца является непостоянным. Таблицу данных в этом случае использовать невозможно, так как месторасположение солнца на небосклоне постоянно изменяется в течение дня.
Для наведения телескопа на объект, избегая возможности пересечения с траекторией движения солнца, можно применить, по крайней мере, два метода. Один из методов — вычисление требуемого пути, определение, когда этот путь пересекается с траекторией движения солнца, а затем, вычисление пути, минуя солнце. Это показано на Рис. 11.3а и Рис. 11.3б. Эти вычисления могут представлять определенную сложность, особенно для систем на основе микроконтроллеров с невысокой производительностью. Можно просто определить местоположение солнца, а затем вычислить наиболее дальний от него путь. Реализовать такой принцип можно, поделив диапазон охвата телескопа сеткой из 8 или 16 ячеек. При вычислении пути движения, регионы, частично захватываемые солнцем, избегаются. Решение показано на Рис. 1!.Зв.
На Рис. 11.3г показано, как область движения может быть поделена на 1б участков. 290 ° Глава 11. Аналоговая гхемогнехника се положениетелескопа кушев положение солнца ПРямой путьдвижения г1 телескопа пересечется с солнцем Диапазон движения телескопа щее положение телескопа а1 ое положение телескопа кущее положениесолнца Этот пуъ немного отклоняетсв отпервсечения ссолнцем о1 Диапазон движения телескопа щее положение телескопа ое положение телескопа кущее положение солнца Этот путьлегче всего Рассчитат~ Диапазондвижения телескопа щее положение телескопа а1 Рае.
11.3. Пример позиционирования телескопа Альтернативой могло быть нахождение пути по периметру некоторой окружности и определение того, как миновать пересечение с солнцем на этом периметре. Предлагаемый метод работает в любом направлении, но если солнце оказывается на периметре движения, то направление надо определить. Можно составить таблицу данных для принятия решения о направлении пути, определив два пути движения от одного региона к другому.
Чтобы один путь представлял бы собой прямую линию движения телескопа, а второй — избегал бы любой регион, совпадающий с первым путем. В этом случае можно определить не пересекающийся с солнцем путь сверкой прямой линии движения телескопа на отсутствие пересечения с траекторией движения солнца. Если прямой путь пересекается с солнцем, выбирается дру- П.4. Управление цепяии переменного тока ° 291 гой путь. Находясь в нужном регионе, вычислим движение к заданной точке по прямой линии. Данный метод имеет преимушество в минимизации вычислений, что важно при применении простых процессоров.
Все приведенные выше рассуждения основаны на том, что не производится фотографий регионов, захватывающих солнце. Если необходимо сфотографировать такие участки вблизи от местоположения солнца, то можно уменьшить площадь регионов или увеличить число рассматриваемых путей, нацеливаясь в одну точку с разных направлений. Несмотря на то что пример с телескопом весьма специфический, основные принципы обработки информации от нескольких входов распространяются и на другие сложные системы, такие как: ° Нагревательный прибор, максимальная мощность которого зависит от уровня жидкости в нем.
» Шаговый двигатель с зависящими от нагрузки резонансными явлениями. ° Система управления клапаном, в которой скорость закрытия/открытия клапана зависит от вязкости и скорости потока жидкости. Изменение скорости закрытия/открытия клапана поможет предотвратить эффект «водяного удара» или другие подобные негативные явления. ° Система нагрева или охлаждения, в которой надо быстро нагреть или охладить объект до некоторой температуры, а необходимое количество тепла зависит от начальной температуры обьекта. Самый сложный пример многовходовой системы — устройство, параметры которого необходимо подстраивать в зависимости от уровня входных сигналов. В главе 5 рассматривался пример с нагревателем с применением пропорционального или ПИД-управления. Сигнал ошибки должен был выбираться, исходя из данных об окружающих условиях и нагрузке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
