Проектирование автоматизированнь2х станков и комплексов (831035), страница 33
Текст из файла (страница 33)
128, также записав в регистр его середину D; = 64 или О 1 ООО 0002• Снова наблюдаем выход компаратора и продолжаемдить в диапазоне= 192или11ОООнаблюдение до самого младшего разряда. Таким образом, в регистре последовательных приближений будет сформирован наиболее близкий цифровой эквивалент аналогового сигнала Ain• Преобразование может не сойтись, если впроцессе его проведения входной сигнал изменится, поэтому на входе предусмотрена специальная ячейка аналоговой памяти Т/Н. В начале преобразования ключ (на рис.13.24показан как выключатель) на МОП-транзисторе накороткое время (несколько десятков наносекунд) замыкается, конденсатор Сзаряжается до Лn и затем хранит заряд, поскольку входное сопротивлениеусилителя ячейки Т/Н велико. Запомнив таким образом в начале преобразуемую величину, мы в процессе преобразования удерживаем ее неизменной,гарантируя сходимость процесса.Об окончании преобразования свидетельствует сигналReady(готово), который в начале преобразования устанавливается в «О», а в конце восстанавливается в«1».Содержимое регистра последовательных приближений можносчитать по шинеD,используя сигнал чтенияRD,по которому выходы регистра переводятся из Z-состояния в активное.Малое время преобразования(единицымикросекунд), удобное сопряжение с микропроцессорами, высокая точность и разрядность наряду с относительно низкой стоимостью обусловили широкое применение в современныхСАУ АЦП поразрядного взвешивания.
Между собой они отличаются разрядностью(от 8до24)и быстродействием(отединиц до нескольких десятковмикросекунд).АЦП, как и ЦАП, бывают с параллельным и последовательным вводоминформации, причем многоразрядные АЦП обычно делают с последовательным вводом. Последовательный канал также выполняют по-разному.
Обычноэто синхронная или асинхронная радиальная линия. Различаются АЦП и побыстродействию. Часто АЦП имеют встроенный источник опорного напряжения И,еf, наличие которого заметно облегчает использование интегральнойсхемы, тем более что он должным образом согласован с точностью и разрядностью преобразования.Интегрирующие АЦП содержат интегратор, генератор, счетчик импульсов и компаратор, сравнивающий значение преобразуемого напряжения A ;n свыходом интегратора. При получении сигнала на начало преобразования обнуляются интегратор и счетчик. Интегратор начинает интегрировать сигналопорного напряжения, а счетчик ведет счет импульсов генератора до тех пор,пока выход интегратора не превысит значение сигнала Лn- Полученный результат и является цифровым значением аналогового сигнала Аш, которыйсущественно зависит от стабильности генератора.
Поэтому в настоящее вре-13.2.Электронные компоненты систем автоматического управления163мя используют в основном метод двойного интегрирования, который устраняет этот недостаток. При этом методе входной сигнал A ;n интегрируется втечение определенного числа импульсов задающего генератора. Это предельное значение, до которого может считать счетчик.
Затем, как толькосчетчик переполнится, начинает интегрироваться опорное напряжение обратной по отношению к входному сигналу полярности. Счетчик при этом после переполнения начинает счет с нуля и продолжает его до тех пор, пока выходной сигнал интегратора не обнулится. Содержимое счетчика представляетсобой цифровой эквивалент входного сигнала Лn.Время преобразования АЦП двойного интегрирования составляет уже десятки миллисекунд. Такие АЦП широко используют в настоящее время вразличных тестерах, индикаторах и других приборах, где быстродействиенекритично. Они недороги и часто снабжены светодиодным или жидкокристаллическим индикатором.Дельта-сигма-преобразователи относятся к классу интегрирующих АЦП.По принципу действия и параметрам они схожи с АЦП двойного интегрирования. Здесь интегратор в течение времени, определяемого разрядностьюсчетчика, интегрирует то разность входного сигнала Аш и опорного напряжения И,еf, то только входной сигнал так, чтобы на выходе интегратора былсигнал, близкий к «О».
Причем, в выходном счетчике импульсы считаютсялишь в те моменты, когда интегрируется разность A;n и И,еf• Код, накопившийся за время преобразования в счетчике, представляет собой цифровойэквивалент аналогового сигнала.Там, где требования к времени преобразования не критичны, в основномиспользуютиинтегрирующиепреобразователидельта-сигма-преобразователи).рис.(двойногоКлассификацияАЦПинтегрированияприведенана13.25.1АЦП1!•Сверхбыстрыеt < 1 мксБыстрые( параллелъные)!•t < 100 мкс( п оразрядные)••Много-Одно-Много-каналъныеканальныеканальныеканалъные•••С опорнымБез опорногоС опорнымБез опорногоисточникомисточникаисточникомисточника••С параллельнымвыводомРис.(8 бит)•.><..С параллельнымвыводом(8 ...
16 бит)13.25. Классификация АЦП•С последователънымвыводомt > 10 мс(интегрирующие)Одно-•Медленны е(12 ... 22 бит),-С жидкокристаллическим дисплеем,-Со светодиоднымдисплеемС последовательным4- микро процессорныминтерфейсом16413.13.3.Микроэлектронные устройства в станках и станочных комплексахОДНОКРИСТАЛЬНЫЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫВ СТАНКАХ И СТАНОЧНЫХ КОМПЛЕКСАХ13.3.1.Микропроцессоры и микроконтроллерыОднокристальныемикроконтроллерыявилисьестественной эволюциеймикропроцессоров применительно к нуждам САУ.
В отличие от типового микропроцессора, ориентированного на решение общих вычислительных задач,обработку чисел с плавающей запятой и огромных массивов информации,микроконтроллер ориентирован на выполнение задач управления. В микроконтроллере меньше переменных, но обработка информации строго привязанако времени. Перечислим специфические требования к микроконтроллеру.1.Высокое быстродействие и наличие развитой таймерной системы. Этопозволяет микроконтроллеру управлятьпараллельноили квазипараллельнонесколькими процессами (главным движением, подачами по ряду координати т. п.).
Квазипараллельная обработка информации реализуется, когда микроконтроллер успевает последовательно управлять рядом процессов, переключаясь от одного к другому в жестком реальном времени. Термин «жесткоереальное время» означает, что такие программные события, как считыванияпоказаний с датчиков или выдача управления на исполнительные механизмы,должны быть привязаны ко времени с допуском иногда всего лишь в несколько микросекунд.2.Простая и развитая система прерываний.
Микроконтроллер, обрабатывая программные события, должен постоянно следить за состоянием объекта,а также фиксировать события, внешние по отношению к основной УП (координатный столик дошел до упора, температура превысила заданнь1й уровеньи др.). Для этого микроконтроллер должен быть оснащен развитой системойпрерываний. Эту систему считают простой, если исполнительным механизмам не требуется сложного аппаратного оснащения для выдачи прерываний,а достаточно, например, конечных выключателей.3.Команды, способные обрабатывать не только машинные слова, но и отдельные биты. Микропроцессор ориентирован на обработку машинных слов,причем чем длиннее слово, тем производительнее будет микропроцессор.Каждый бит машинного слова микроконтроллера способен включить или выключить какой-либо привод, и для эффективного управления нужно иметьразвитые средства для контроля и изменения отдельных битов внутри слова,не изменяя остальные.4.
Гарвардская архитектура 1, когда управляющие коды и операнды хранятся в разных зонах памяти (программы в РПЗУ, данные в ОЗУ).1У микропроцессоров обычно управляющие коды программы и операнды, с которыми совершаются действия, находятся в общем массиве оперативной памяти. Этофон-Неймановская архитектура, более универсальная, но требующая после включения начальной загрузки программного обеспечения.13.3.
ОднокрисmШlьные микроконтроллеры в станках и станочных комплексах165В этом случае не требуется загрузка в память программного обеспечения исразу после включения САУ работоспособна.5.Средства аппаратной и программной защиты от сбоев, обнаружениепрограммных сбоев, быстрый перезапуск и восстановление работоспособности УП.6.Наличие на кристалле вычислительного ядра и всех элементов устройства связи с объектом (тактовый генератор; память программ и данных, разбитую на ряд зон; таймерную систему; универсальные порты для формирования линий связи с объектом, по которым можно проводить контроль и управление им, и т.
п.).Рассмотрим общие элементы, интегрированные на кристалле микропроцессора и микроконтроллера.Микропроцессор-последовательностнаясхема, способная к программно-управляемой обработке информации. Реакция на входные воздействия помимо значений этих воздействий зависитеще и от ее состояния. Для работы микропроцессора необходима память, вкоторой содержится набор инструкций или команд. Каждая команда имееткод, дополненный при необходимости адресами операндов, поэтому длинакоманд может быть различной. Например, для команды «уменьшить содержимое аккумулятора на единицу» достаточно задать только ее код, а команда «прибавить к числуоперанды32число86»должна помимо кода включать еще и32 и 86.Микропроцессор имеет набор специальных регистров и регистров общегоназначения.
Разрядность регистров наряду с тактовой частотой микропроцессора во многом определяют его производительность. 8-разрядные микропроцессоры способны обрабатывать 8-разрядные слова или байты, 16-разрядныепроводить действия с машинным словом в два байта. Тактовая ча-стотаопределяетсячастотойтактовогогенератора,сигналыкоторогоинициируют работу микропроцессора. Свой цикл работы, или машинныйцикл,микропроцессор выполняет занесколькотактов,совершаяприэтомпростейшее завершенное действие или простую (короткую) команду, например очистить аккумуляторет от1- 2CLR А.Число тактов в цикле различно и составляу микропроцессоров с RlSС-архитектурой до12и более у микропроцессоров с классической архитектурой.Среди специальных регистров выделим прежде всего счетчик команд РС,определяющий объем адресного пространства памяти, с которой способенработать микропроцессор.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
