Цифроаналоговый процессор КМ1813ВЕ1

В микросхему включены:

¨ на входе 8-разрядный АЦП последовательных приближений;

¨ ОЗУ – 40 ячеек по два 25-разрядных слова;

¨ ППЗУ с ультрафиолетовым стиранием для хранения команд (команды «Электроника-60»);

¨ выход – 8-разрядный ЦАП.

Таким образом, имеем цифровую обработку вводимых аналоговых сигналов, на выходе снова аналоговые сигналы.

Широко используется в аппаратуре низкочастотной связи, измерительной технике, устройствах распознавания речи, образов, обработки акустических голограмм, в биомедицинской аппаратуре, автомобильной электронике и т.д.

Контрольные вопросы

1. Нарисуйте схему резисторной матрицы R- 2 R, применяемую в 8-разрядном ЦАП.

2. Для каких целей используются:

¨ тристабильные выходы ИМС;

¨ выходы ИМС с открытым коллекторным выходом.

3. Покажите состояние регистра последовательных приближений в 8 тактах взвешивания 8-разрядного АЦП при U _REF = 10,24B, U _вх = 4,01 В.

4. Укажите сферу применения АЦП параллельного считывания и интегрирующих АЦП.

5. Почему в ЦАП и АЦП используются преобразователи на 6–12 разрядов. Сколько разрядов Вы выберите в конкретном случае?

6. Сколько компараторов в 6-разрядном АЦП параллельного считывания?

6. ПреобразоваТЕЛИ информации

6.1. Преобразователь «частота – напряжение»

Структура стандартного преобразователя «частота – напряжение» представлена на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Структура стандартного преобразователя
«частота – напряжение»

ФИСД – формирователь импульсов стабильной длительности (одновибратор).

ФИСА – формирователь импульсов стабильной амплитуды.

ФНЧ – фильтр низких частот.

Временная диаграмма работы преобразователя приведена на рис. 6.2.

Рис. 6.2. Временная диаграмма работы преобразователя
«частота – напряжение»

Одновибратор обычно выполняется на счетчике заполнением его тактовой частотой (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Структура формирователя импульсов
стабильной длительности

Формирователи импульсов стабильной длительности выполняются на любом ключевом элементе с питанием его стабильным напряжением.

Принципиальная схема фильтра низкой частоты второго порядка изображена на рис. 6.4. Его передаточная функция W (p) = , где Т = RC.

Рис. 6.4. Принципиальная схема фильтра низкой частоты второго порядка

Существует интегральный преобразователь «напряжение – час­тота» типа К1108ПП1, обеспечивающий при U вх = 0…10 В выходную частоту 0,01…10 кГц (возможно до 500 кГц). Временная диаграмма изменения выхода интегратора при входных сигналах U инт1 или U инт2 представлена на рис. 6.5.

Рис. 6.5. Временная диаграмма изменения выхода интегратора
при входных сигналах U _инт1 или U _инт2

Эту же микросхему можно использовать как ПЧН. Входная частота подается на одновибратор, сигнал последнего на интегратор, являющийся в данном случае фильтром .

6.2. Преобразователь «частота – код»

Существуют два способа преобразования:

¨ подсчет количества импульсов измеряемой частоты за стабильный период тактовой частоты;

¨ подсчет количества импульсов тактовой частоты за период измеряемой частоты.

1-й способ более распространен. Однако при большом диапазоне изменения измеряемой частоты количество подсчитываемых импульсов может быть ничтожно мало.

Пример:

Требуемый по ГОСТу диапазон регулирования скорости следящих приводов 10 000:1.

Фотоэлектрические импульсные датчики имеют обычно 2500 имп./об. При подсчете импульсных последовательностей датчика обычно происходит учетверение импульсов, т.е. общее количество посчитанных импульсов на оборот равно 10 000 имп./об.

Примем номинальную скорость двигателя подач 3000 об/мин =
= 50 об/с.

Требуемый интервал квантования в микропроцессорных СЧПУ примем 10 мс.

На номинальной скорости количество импульсов за период квантования равно 50 об/с × 10 000 имп./об /100 квант/с = 5000 имп./квант. При минимальной скорости количество импульсов за период квантования равно 5000/10 000 = 0,5 имп./квант, или 50 имп./с.

Учитывая, что полоса пропускания тиристорных электроприводов не превышает 30 рад/с, т.е. не более 5 Гц, дискретность 50 имп./с позволяет практически не проявляться в непрерывной части тиристорного электропривода. Однако в транзисторных электроприводах с полосой пропускания более 100 Гц данная дискретность приведет к запаздыванию, явлению «шагания» и ухудшению качества обработанной поверхности.

Недостатки второго способа:

¨ требуется высокая стабильность периодов измеряемой частоты, что не всегда реализуется для вращающихся датчиков;

¨ выходной код обратно пропорционален измеряемой частоте.

В настоящее время имеются и интегральные преобразователи «частота – код». Например, СБИС К1801ВП1-015 (схема описана в пособии по дисциплине «Микропроцессорные устройства) и ряд других.

6.3. Преобразователь «код – частота»

Имеются два принципа преобразования:

¨ последовательного преобразования (управляемый кодом делитель частоты);

¨ параллельного преобразования на основе сумматоров.

Микросхема К155ИЕ8 является преобразователем «код – частота» (управляемый кодом делитель частоты). Структура микросхемы дана на рис. 6.6. Входной двоичный шестиразрядный код управляет коэффициентом деления тактовой частоты. Выходная частота

f _вых = (Е5·2⁵+Е4·2⁴+Е3·2³+Е2·2²+Е1·2¹+Е0·2⁰),

где Е0–Е5 – данные битов двоичного кода («1» или «0»).

Рис. 6.6. Структура микросхемы К155ИЕ8

Формирователи импульсов – одновибраторы по переднему фронту импульсов.

Последовательное соединение микросхем позволяет наращивать разрядность входного двоичного кода. Фактически в микросхеме происходит суммирование частот, пропорциональных весу соответствующего разряда двоичного кода при наличии в бите единицы.

Структура преобразователя «код – частота» параллельного действия изображена на рис. 6.7. Данные в регистры записываются по переднему фронту импульсов.

Рис. 6.7. Структура преобразователя «код – частота»

Пусть емкость сумматора 1000, N = 300. Состояние на выходе переполнения сумматора, регистров Рг1, Рг2 с приходом фронтов импульсов f _T изменяется, как приведено в табл. 6.1.

При этом f _вых = .

Таблица 6.1

Последовательность преобразования в ПКЧ
параллельного действия

№ п/п	f T		Выход Рг1	Выход Рг2	f переполнения
	+	+
	+	+
	+	+			импульс
	+	+
	+	+
	+	+			импульс
	+	+

Преобразователи параллельного действия имеют больше функциональных возможностей. Применив дополнительно сумматор между регистрами Рг1 и Рг2, можно вносить коррекцию в каждом такте и в каждом периоде переполнения. Можно при этом работать как в двоичном, так и в двоично-десятичном коде. Это широко используется в аппаратных стойках ЧПУ.

Оба типа ПКЧ имеют на выходе частоту с неравномерно следующими во времени импульсами. Это в ряде случаев недопустимо. Обычно неравномерность уменьшается до допустимого уровня за счет неуправляемых делителей частоты на выходе ПКЧ с одновременным увеличением f _T в соответствующее число раз. Коэффициент деления «6» достаточен в большинстве случаев для неуправляемого делителя частоты.

6.4. Преобразователь «унитарный код – фаза»

Одна из схем преобразователя «унитарный код – фаза» приведена в книге Ильина О.П. Системы программного управления промышленными установками и РТК (Минск: Высш. шк., 1998). Преобразователь работает по принципу сложения или вычитания импульсов опорной частоты и частоты входного кода (рис. 6.8).

Рис. 6.8. Принципиальная схема преобразователя
«унитарный код – фаза»

Импульсы «В» и f _оп идут на выход сразу (триггер «разрешает» прохождение импульсов f _оп).

С приходом импульса «Н» триггер перебрасывается и не разрешает прохождение очередного импульса f _оп на выход. Но этот очередной импульс f _оп возвращает триггер в исходное положение.

D-триггеры предназначены для привязки импульсов «В», «Н» к фронту импульсов f _оп (стробирование сигналов «В», «Н»).

6.5. Преобразователь «фаза – код»

Принцип работы данного преобразователя дан на рис. 6.9.

Рис. 6.9. Принцип работы преобразователя
«фаза – код»

Счетчик запускается на время выделенной фазы.

6.6. Преобразователь «фаза – напряжение»

Подобный преобразователь называют также фазовым детектором, фазовым дискриминатором. Принцип его работы показан на рис. 6.10, временная диаграмма – на рис. 6.11, выходная характеристика – на рис. 6.12:

Рис. 6.10. Принцип работы
преобразователя «фаза –
напряжение»

Рис. 6.11. Временная диаграмма преобразователя
«фаза – напряжение»

Рис. 6.12. Выходная характеристика преобразователя
«фаза – напряжение»

6.7. Узлы гальванической развязки в системах
автоматизации

а

б

в

Рис. 6.13. Гальваническая развязка при вводе сигналов:
а) диодная оптопара с усилителем и триггером Шмидта;
б) транзисторная оптопара с триггером Шмидта;
в) оптопара со встроенным усилителем

а

б

в

Рис. 6.14. Гальваническая развязка при выводе сигналов:
а) транзисторная оптопара с малой выходной мощностью;
б) транзисторная оптопара с выходным усилителем мощности;
в) транзисторная оптопара средней мощности

Все дискретные сигналы, вводимые с периферии в модули систем автоматизации и выводимые из модулей, должны быть обязательно гальванически развязаны для повышения помехозащищенности. Аналоговые сигналы при вводе сначала преобразуются в дискретную форму, а затем тоже поступают на узлы гальванической развязки. Дискретный сигнал, следующий на ЦАП для последующего вывода аналогового сигнала, также гальванически развязывается. Естественно, источники питания внутренних потребителей и внешних потребителей различны (гальванически развязаны).

Схемы гальванической развязки для входных сигналов изображены на рис. 6.13, а, б, в.

Диодная оптопара требует обычно усилителя на своем выходе (см. рис. 6.13, а). Данный усилитель используется и как формирователь ТТЛ уровня сигналов. Лучшее решение – это встроенный в оптопару усилитель (см. рис. 6.13, в). Как правило, для повышения помехозащищенности и защиты от дребезга входного сигнала (контакты реле, конечных выключателей и т.д.) применяется триггер Шмидта. Иногда защита от дребезга встроена во входной контроллер электроавтоматики (СБИС К1801 ВП1-016). Тогда триггер Шмидта не устанавливается.

Выходные узлы гальванической развязки изображены на рис. 6.14, а, б, в.

При малой выходной нагрузке, например при работе на ЦАП, можно использовать транзисторную оптопару без усилителя (см. рис. 6.14, а), оптопару АОТ110А можно также использовать без усилителя с работой на нагрузку с большим входным сопротивлением (см. рис. 6.14, в).

Иначе необходимо использовать выходные усилители (токовые ключи) для преобразования напряжения и усиления по току (см. рис. 6.14, б).

Все шесть схем используются в одной СЧПУ МС2101.

Схема на рис. 6.13, а: входы с ФЭД СЧПУ МС2101.

Схема на рис. 6.13, б: входы с электроавтоматики СЧПУ МС2101.

Схема на рис. 6.13, в: входы с электроавтоматики СЧПУ 2С, 2Р, 2У; входы с телеграфного канала ИРПС СЧПУ МС2101.

Схема на рис. 6.14, а: выходы на ЦАП СЧПУ МС2101.

Схема на рис. 6.14, б: выходы на электроавтоматику СЧПУ МС2101.

Схема на рис. 6.14, в: выходы на электроавтоматику СЧПУ 2С, 2Р, 2У, на телеграфные каналы МС2101.

Контрольные вопросы

1. Нарисуйте принципиальную схему одновибратора высокой точности (формирователя импульсов стабильной длительности).

2. Нарисуйте временную диаграмму следования импульсов на выходах делителей частоты, формирователей импульсов и выходной частоты ПКЧ последовательного действия при входном коде 001010.

3. Импульсный фотоэлектрический датчик имеет 5000 имп./об. Диапазон регулирования скорости 10000:1 при n _ном = 3000 об/мин.
Какие методы вы выберите для преобразования количества импульсов в двоичный код? Какая частота квантования должна быть на нижнем диапазоне регулирования скорости?

4. Рассчитайте параметры фильтра низких частот 2-го порядка для ПЧН (датчика скорости вместо тахогенератора) при входной частоте 2 кГц.

5. Приведите виды оптронных пар и их возможности.

6. Как реализовать гальваническую развязку с аналоговыми сигналами на входе и выходе ЭВМ?

7. Как повысить помехозащищенность приемников информации?

Дата добавления: 2015-05-29