Главная Физические и химические датчики



вхО-


Рис. 34. Схе.ма выборки-запоминания с разомкнутым (а) и замкнутым (б) контуром

Скорость преобразования. Временной интервал, необходимый для осуществления правильного преобразования (временная апертура), зависит от скорости изменения входного сигнала и заданной разрешающей способности преобразования. Как показано на рис. 33, о требуемом быстродействии можно судить исходя из этого временного интервала временной апертуры и производной сигнала внутри его. Если изменение входного сиг-пала во время квантования превысит значение одного бита, то выходной код АЦП уже не будет соответствовать истинному значению входного сигнала.

Периферийные схемы. Схема выборки-запоминанш Создание АЦП с большим быстродействием и высокоГ разрешающей способностью представляет собой технические трудности и обходится недешево. Для частичного решения этой проблемы можно включать непосредственно перед АЦП схему выборки-запоминания (рис. 34), позволяющую, в частности, упростить преобразователь и уменьшить его стоимость. Благодаря почти мгновенному временному квантованию (выборке) исходного сигнала сжимается временная апертура, а далее значение этой выборки запоминается на время, необходимое дл*- полного цикла аналого-цифрового преобразования. Чтобы сохранить информацию об исходном сигнале, желательно выборку производить как можно чаще. Однакс частоту выборки обычно ограничивают, пользуясь хорошо известным принципом квантования: если непрерывный сигнал с высокочастотными составляющими не вы-70


Рис. 35. Пример искажения информации

е /с квантовать с частотой выборки не менее 2/с, то затем сигнал можно восстановить без искал<ений.

Реальный входной сигнал может содержать шумовые высокочастотные составляющие, поэтому в таких случаях перед схемой выборки-запоминания необходимо оборудовать фильтр нижних частот, подавляющий шумы. На рис. 35 показано, как высокочастотная шумовая составляющая, накладываясь на исходный сигнал, приводит при квантовании без предварительной фильтрации к искажению информации о значении сигнала.

Если производится квантование периодического сигнала с частотой выборки менее двух раз за период сигнала, то воспроизведенный после этого сигнал будет весьма отличен от исходного. Его частота называется фиктивной.

Аналоговый мультиплексор. Стоимость АЦП с хорошими параметрами обычно довольно велика, поэтому для преобразования в цифровые коды сразу нескольких аналоговых сигналов удобнее использовать единственный преобразователь, но в совокупности с аналоговым мультиплексором (рис. 36). Понятно, что благодаря применению мультиплексора одновременно можно ограничиться и меньшим числом портов ввода микро-ЭВМ.

Мультиплексор состоит из аналоговых переключателей, каждый из которых может присоединять свой вход к общему для всех переключателей выходу. Выбор того или иного входного канала для подсоединения к выходу производится включением соответствующего аналогового переключателя путем выдачи бинарного кода с его адресом. В качестве аналоговых переключателей чаше



Схема выборки-запоминания

Д11П

3 S I

Адрес канала

Схема управления

Выходи. Гцифрово сигнал

Рис. 36. Пример использования аналогового мультиплексора

всего используются полевые МОП-транзисторы, и ее т последующие каскады схемы переключателя имеют высокое входное сопротивление, то эти транзисторы присоединяются к ним непосредственно.

Соединение АЦП с микро-ЭВМ. Данные, полученнье в результате преобразования в АЦП, в конце конце з необходимо ввести в микро-ЭВМ. Существует общ-Гг метод ввода подобных данных: путем расшифровки К -да адресной шины микро-ЭВМ выбирается АЦП, затеи дается стартовая команда для начала преобразование, а после его окончания полученные данные переводятся в память микро-ЭВМ.

Конкретное осуществление этого метода зависит как от типа АЦП, так и от архитектуры самой микро-ЭВМ. Ниже рассматриваются особенности взаимоотношений между микро-ЭВМ и АЦП при вводе результатов прес-бразования.

Выбор адреса. Для выбора адреса АЦП в общей памяти ЭВМ или специальной памяти организуется карт i ввода-вывода (рис. 37). В первом случае адреса АЦГ заносятся в пустые ячейки общей памяти и для обр? щения к преобразователям можно использовать разли!-ные К(»манды опроса памяти. Этот метод применим дл.-микропроцессорной серии 6800, где отсутствует отдел] но выделенное адресное пространство для ввода-вывода Во втором случае, как, например, в системах на мик-72

FFFF б)

FFFF

Устройство

взода-

выводз

0000

0000

Устройство ввода- вывода J0O

Рис. 37. Карта ввода-вывода в общей (а) и циальной (б) памяти

спе-

ропроцессорах Z80, имеется специальная память для ввода-вывода, поэтому общая память ЭВМ .может быть использована более эффективно. На рис. 38 представлена схема выбора адреса АЦП с помощью специально оборудованной памяти ввода-вывода.

Получение данных. Существуют различные способы получения результатов преобразования после того, как юдана от микро-ЭВМ в АЦП стартовая команда и пре-бразование завершено.

Метод голосования. Микро-ЭВМ после выда-:и в АЦП стартовой команды работает по специальной программе, в соответствии с которой производится оп-DOC состояния преобразователя относительно закончен-юсти преобразования. Сразу по завершении преобразования результирующие данные считываются и микро-ЭВМ может приступать к их обработке. Обычно для оп-)оса состояния требуется отдельный входной порт.

Аэ-А7 )j

Адресная шина

Ввод-8Ывод<

Декодер

Запись

Считывание

Шина данных

<1Эо-07

Пвыуадной ии-

П I фровой

Буфер К

сигнал

10 о-От

start

Рис. 38. Выбор АЦП по карте ввода-вывода в отведенной для этого памяти



Метод прерываний. После выдачи в АЦП стартовой команды микро-ЭВМ продолжает работать по своей программе. Но как только преобразование заканчивается, АЦП выдает сигнал запроса на прерывание. Микро-ЭВМ в соответствии с сигналом от АЦП временно прерывает выполнение текущей программы и производит считывание данных преобразования. Этот метод считывания особенно приемлем при использовании АЦП с интегрированием, в которых продолжительность преобразования сравнительно велика и зависит от значения входного сигнала.

Метод прямого доступа к памяти. Данные из АЦП с помощью контроллера прямого доступа к памяти, минуя центральный процессор, переносятся непосредственно в память ЭВМ. Этот способ удобно использовать при большом объеме данных, получаемых от быстродействующих АЦП.

И. Расширение возможностей датчиков

С помощью дополнительной обработки, вводимой в микро-ЭВМ от датчиков, применяя специальные расчеты, можно значительно расширить возможности датчиков. Для этого существует множество разнообразных методов. Рассмотрим некоторые из них.

Преобразование характеристик датчиков. Выходной сигнал датчика изменяется в соответствии с контролируемой физической величиной, но эта зависимость не обязательно линейна. Например, сопротивление терморезистора в зависимости от температуры изменяется по экспоненциальному закону. Следовательно, для определения сопротивления желательно произвести предварительно преобразование, обратное экспоненциальному.

Раньше в подобных случаях часто использовались специальные аналоговые схемы, но далеко не все они имели удовлетворительные характеристики. Если же применять для этих целей микро-ЭВМ, то можно реализовать необходимые преобразования чисто программными средствами, без привлечения какой-либо дополнительной аппаратуры. Подобное преобразование характеристик датчиков обычно осуществляется одним из двух способов.

Первый из них основан на простых преобразованиях входного сигнала. Необходимая коррекция введенных в

Адрес памяти

Содержимое памяти

tBba при tBX = 0

Г)+1

п + 2

Ввод входного цифрового сигнала, равного к

Содержимое по адресу л + в аккумулятор

- Обработка содфжио;", аккумулятора - выходного сигнала преобразования

Рис. 39. Обработка данны.\ методом табличных uijcuuj.u зюваний: а - организация таблицы преобразований в памяти; б -- блок-схема программы преобразования

микро-ЭВМ данных производится с помощью дополнительных вычислительных операций. Второй способ связан с табличными преобразованиями и применяется для сложных или требующих высокого быстродействия преобразований. При табличном методе программная па-мять почти не используется, зато требуется значительная емкость памяти для констант преобразования. На рис. 39 приведен пример табличного метода преобразований.

Совместная обработка многих переменных. При измерении всевозможных параметров объекта многие из этих контролируемых параметров могут оказаться связанными между собой определенными зависимостями. Это обстоятельство можно использовать для различных целей. Например, имея два температурных датчика и измеряя температуру по сухому и влажному датчикам, можно определить влажность, если воспользоваться с помощью микро-ЭВМ соответствующими табличными преобразованиями. Аналогичным образом, производя оптимальную обработку на ЭВМ (например, на основе тех же табличных методов), сигналов от многих датчиков, можно определить значения физических величин, не измеряемых данными датчиками непосредственно.

Этими же методами производится при необходимости коррекция сигналов датчика, когда его вы.ходной сигнал зависит не только от измеряемого им параметра, но и от других. Используя дополнительные датчики для измерения этих «мешающих» параметров, можно устра-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 [10] 11 12 13 14 15 16 17


0.0147