Болл С.Р. Аналоговые интерфейсы микроконтроллеров (2007) (1264220), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Использование резистора приводит к большему разбросу параметров схем, поскольку емкость транзисторов значительно отличается от изделия к изделию. Применение в аудиотехнике Техника ШИМ изначально была разработана для увеличения КПД и снижения потребляемой мощности систем управления.
Однако ШИМ с успехом применяется и в аудиоустройствах. Структурная схема усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ) с ШттМ приведена на Рис. Б.5. Усилитель мощности звуковой частоты с Ш ИМ относится к усилителям «ласса Р. ыоокив частоты ШИМ, оставляя частот аудиовход Гроикоговоритвль Рис. Б.5. УМЗЧ с ШИМ Типичный пример УМЗЧ класса Π— етС ТРА В920 формы Рнгйрз с двувв я усилителями по 50 Вт выходной звуковой мощности, обладающие КПД 90г% Усилители класса О обычно работают на частотах в сотни килогерц для предотвращения наложения частоты преобразования ШИМ и звуковых частот. 336 ° Приложение Б. Широтно-импульсная модуляция Преимущества ШИМ в аудиосистемах те же, что и везде — больший КПД, меньшее потребление мощности и меньший нагрев прибора.
Недостатком усилителей класса Р будет более высокий коэффициент нелинейных иска- женийй, чем у усилителей, работающих в линейных режимах А и В. Контроллер ШИМ На Рис. Б.б показана типичная микропроцессорная система с ШИМ. 8-битный счетчик записывает цифровое слово из регистра (т. н.
регистр периода). Затем, счетчик вычитает по 1 от этой величины до нуля. Второй регистр (регистр рабочего цикла) содержит другое 8-битное число. Когда цифровой компаратор определяет, что отсчет счетчика совпал с числом, записанным во втором регистре, на выходе ШИМ устанавливается ВЫСОКИЙ логический уровень. ВЫСОКИЙ уровень на выходе ШИМ остается до тех пор„пока отсчет счетчика меньше величины рабочего цикла, то есть до момента, пока значение на счетчике не перейдет от 00 к гЕ Специальный выход счетчика КО(.т.О'к'ЕК фиксирует это условие и снова загружает значение регистра периода. 8-битный вычитающий счетчик Шина данн микропроцесса Запись периода шим Выход шим Тактовые импульсы Запис~ рабочего цикла 258 х Счет о гтгт Гт Рис.
Б.б. ШИМ-контроллер Прилоонение Б. Широтно-импульсная модуляции ° 337 Заметим, в реальном микроконтроллере потребуются дополнительные логические схемы для синхронизации и для отсеивания ложных импульсов, возникающих в момент изменения состояния счетчика. Также регистры должны обладать дополнительными функциями, такими как «Старт», «Стоп» таймера и выбор между нормальным режимом работы и ШИМ. Система, описанная выше, может быть применена для формирования сигнала ШИМ с периодом до 256 тактовых импульсов и рабочим циклом от 1/256 до 100% На Рнс.
Б.б также показаны временные диаграммы работы системы. Значение на выходе счетчика показано сплошной линией, хотя, на самом деле, имеет ступенчатую форму. Величина Х на диаграмме— число, записанное в регистре периода, с которого начинает отсчет счетчик, когда перезагружается. Величина У вЂ” это число в регистре рабочего цикла.
Заметим, что если значение рабочего цикла будет больше, чем величина периода, выходной сигнал ШИМ никогда не перейдет в высокий уровень. Рассматриваемый вариант контроллера не единственно возможный, и выбран из-за простоты изучения. Многие системы с ШИМ содержат счетчики с инкрементом (вычитающие счетчики), например, таймеры, считающие в обоих направлениях и устанавливающие выход сигнала ШИМ, когда отсчет проходит значение рабочего цикла, и сбрасывающие выход в О, когда счет пересекает величину рабочего цикла.
Отдельные микроконтроллеры способны обеспечить только несколько рабочих периодов, основанных на специализированных делителях системного времени. Программное обеспечение систем с ШИМ Несмотря на то что конфигурации микроконтроллеров могут различаться, большинство систем имеет много общего: ° регистр установки рабочего цикла; ° регистр установки периода; ° метод запуска и остановки таймера; ° разрешение прерываний от таймера; ° способ установки частоты и/или периода ШИМ. В целом, программа должна инициализировать все регистры, запустить таймер, разрешить прерывание таймера (если необходимо). Затем программа должна обновить значение рабочего цикла в соответствии с системными требованиями. В некоторых системах таймер ШИМ генерирует прерывание микроконтроллера.
Когда происходит прерывание, ПО обновляет значения пе- 338 ° Приложение Б. Широтно-имнульеная модуляция риода и/или рабочего цикла. Иногда таймеру запрещено устанавливать величину рабочего цикла 0% или 100%. Например, если используется полный период в 256 отсчетов, и ничего не записано в регистр рабочего цикла, то на выходе системы не появится ни единого импульса. В таком случае можно отключить таймер и напрямую управлять битом выхода для установления рабочего цикла 0% или !00%, В большинстве микроконтроллеров выходы ШИМ совпадают с выходами битов некоторых портов, так что такое управление оказывается возможным. Однако, поскольку при остановке таймера не случается прерываний, следует применять специальные методы для обновления значений.
Один из методов, поддерживаемых некоторыми микроконтроллерами, заключается в том, чтобы разрешить прерывания от таймера, но запретить выход ШИМ. Приложение В. Полезные сайты в Интернете Пр ечаше Апа!об От!се анка!те! .соа Аппе! ппкбпп-бвнп.сов Ват-Ввнп Оптические латчнкн н латчпкн Холла С!вваг ПЗС нпк!авбйб-!С.соа Нопеупеб Датчн кн Холла НПКППХПП-ГС.СОВ М!сгосЫр Могого1а Яеа!Сопдпсгош Наг! Опа! Беа!Сопдпсгог пакте!.юп .сап тепл Яопубеа!сопдпшош ПЗС Техт !пх1ввепи Опк1г.сопг нпкбобгпе-е!Сс1ппсоа Вгк!!Пе Е!санс Еагегп А1г Вет!сея нпкеабвогогх сов Махов Мотов Двигатели постоянного тока пнкпгахопвогоссоа пвякпнсвао.сов М!свсЫР ппкопепга1вогоссов Олена! Мшош Рве!бс Яс!СПГВ1С Реле,соленонлы — вФВ4Юыю ппкбгеоп.сов Влеоп Оптоэлектроника Реле Оавп ъ пн.овгоп.сов С!авва!а Оптоэлектроннка ОТ Оптоэлектроника ппкшшзс!.аов Прнлознение В.
Полезные сайты о Интернете ° 339 Регтоппапсе Мойоп Вета ех ИС управвення лвнштсляын Делателя постоянного тока, бсскюл. лекторные, шаговые Двигатели постоянноготока, бескол- лекторные, шаговые Двпгателв постоянного тока, бескол- лекврные Двнгателн постояннопг тока, бескол- лекторные, шаговые 340 ° Прылоабтенае Г. Программа Руг!)ол дяя главы 11.
Данные Елее!для главы 4 Приложение Г Программа Ру$Ьоп для главы 11. Данные Ехсе! для главы 4 РЫМ(254) сопит = 0 № Шин около 100$ № Счетчик циклов т1ме = с1осй() ыьше сопит < 256; ыьп1е с1осй() — типе < .001: типе = с1осх() або = дрсйндр(). ыаче№отв.аррепб(отб(або))№ сеато = 1 РММ(1) рттпт ыаче№оти № Задержка 1 мс раве № Чтение ДПП добавление результата к массиву ыачеботм № Выкл. ЯММ № Печатает ыаче№отм в консоль Программа обратного управления: РЫМ(250) № Полный айн №Стабилизируйте выход в течение 1.5 с. т1ие = с1осх() ыщ1е с1оск() — ттме < 1.5б Рава № Задержка 1 с сопит = 0 т1ме = с1оск() № Счетчик циклов Ниже приведена программа на языке Руч!)оп для формирования различных колебаний в симуляторе на основе оптопары светодиод-фототранзистор, описанном в главе 1!.
Внешние процедуры РччМ и АОСйкЕАП формируют необходимые значения для ШИМ-контроллера и считывают данные с АЦП, подаваемые на его вход с коллектора фототранзистора. В программе используется модуль Ру((2ОП «(ппе» для формирования задержки. Микроконтроллер общается с портом РС на скорости 115200 бод/с. Во избежание путаницы, детали программы, касающиеся системы управления, не приводятся в данном тексте. Все зти примеры печатают массив форм волн в окно консоли.
Они были скопированы в М!сгозой %от(! лля редактирования, затем колонки данных вставлены в Ехсе! для печати. Если вы не владеете языком Ру№1)оп, можете зайти на сайт .плпыж.еб ~ «бблббб бб б б! б записывают входные величины в массив, названный «ъачегопп». В реальных приложениях, конечно, массив будет пробегаться непрерывно. Программа пошагового контроля: Лрилолгенне Г. Программа Ру№1№он дяя главы 11. Данные Егсе! для главы 4 ° 341 Рмм (1) № ШИМ выкл.
Программа релейного управления: вегро№пс= 100 соцпг = 0 наче№огю = сопгго1 = () Пля того чтобы программа управления стартовала с включенным ШИМ, уберите значок комментария перед следуюпими двумя операторами. Это включит полный ШИМ и установит задержку 1с. РИМ (250) иМ11е с1ос№() - вгагссгюе < 1: рава ггюе = с1ос№( № Пля демонстрации влияния частоты дискретизации на результат, № измените величину задержки с 0.001 на другую. № Величина 0.004 мс, например, установит период дискретизации 4 мс. н№ц1е социо < 256: нь11е с1осй() — Ггие < .001: рава № Задержка 1 с Г№юе = с1осй() аде = АРСЕЕАП() № Чтение выходных данных АПП адсгос = огд(аде) № Преобразует результат к цело>гу типу (1псеоег) наче№огю.аррепд(адс1пс) № если результат < уставки (вегрогпг), выключение шим.
№ Если результат > уставки(веврогпс), включение полного ШИМ (100$). 1№ адсгпг < вегро№пг: РИМ (1) Сопсго1.аррепд(0) е1ве: № (адсгпг>< уставка (вегро1п) РИМ (250) сопсго1.аррепд(1) соцпп + = 1 № Окончанле программы, выключение ШИМ. РНМ(1) № Печать результата. рг1пг наче№огм Пропорциональное управление: и№П1е сопле < 256: гые = с1ос)<() иь11е с1ос№() — Гпве < .001; аде = АЮСЕЕАВ() наче№огв.аррепд(огд(аде)) соппс < = 1 № Печать результата. рг1пг иаче№оги рава № Задержка 1 с № Чтение АПП № Подавление результата к массиву и че№огю № Счетчик циклов № Конечная матрица формы волны(наче№огю) № матрица выхода управления 342 ° Прилонсение Г.
Программа Руг(поп для главы П. Данные Енсе! для главы 4 зесроЕп = 150 оЕЕвеп = 200 даЕп = 10 аоцпг = 0 иачеЕопп = сопсго1 = Для того чтобы программа управления стартовала с включенным ШИМ, уберите значок комментария перед аледующими двумя операторами. Это включит полный ШИМ и уатановит задержку 1 а. РИМ (254) ил11е а1осй() — впагпспше < 1п раве ппше = а1осй() оцпрцп = оЕЕзес + (абаппп — вепроупс)*Папи пЕ оопроп < 1 : оцсрцс = 1 пЕ оппрлс > 254 : оцсрцс = 254 РИМ(оппРос) соппго1.аррепб(оцсрцс) В Сохраните контрольное значение в массиве аоцлп + = 1 В Тест проведен,ШИМ выключен.
РИМ(1) В Печать результата ргЕпп ыачегогш Пример ПИД-управления: вепроппс =150 оЕЕвег = 200 В Коэффициенты усиления замкнутой цепи ПИД-регулирования В Интеграл и производная рассчитываются через один и тот же В интервал выборки. Вали используется интервал выборки для В дифферендирования, тогда потребуется изменение усиления для получения В результата дифференцирования С1 = 2 Со=2 СР = 4 В Усиление интеграла В Усиление производной В Пропорциональное усиление ив11е сопла < 25бп ибн1е с1осй() — п1ше < .001п равв В Время ожидания 1 мс пцпе = а1осй() або = АПСИШАП() В Чтение выходных данных АЦП або)пг = ого(аба) В Преобразует результат к целочиаленнопгу типу (ппсерег) иачегопп.аррепб(абаЕлп) В Сохраняет входные значения в массиве ыачегопп В В следующем фрагменте из уровня АЦП вычитается уатавка, В так как управление инверсное (больший уровень ШИМ = меныпий выход АЦП) В Результат ограничен диапазоном 1-254 Приложение Г. Программа Руглон для главы 11.
Данные Ехее! длн главы 4 ° 343 бег1чат1че = 0 гпседга1 = 0 сопит = 0 иаче1огш = (! сопгго1 = (! В Сохраните результаты ИПП в массиве В Сохраните результаты выхода управления в массиве В Массив для сохранения значений интеграла В Массив для сохранения значений производной 1= !) П= () В Инициализация величины предыдущей ошибки, В используемой при вычислении производной ргечегг = О В Для того чтобы прогрыо<а управления стартовала одновременно с В включеным ШИМ, В уберите значок комментария перед двумя слелующими операторами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
