Wejścia obiektowe analogowe

Prezentacja na temat: "Wejścia obiektowe analogowe"— Zapis prezentacji:

1 Wejścia obiektowe analogowe

2 Rodzaje i parametry wejść analogowych Metody obsługi przetworników A/C
Wejścia analogowe /32 Rodzaje i parametry wejść analogowych Metody obsługi przetworników A/C Przykładowe rozwiązania Układy próbkująco-pamiętające Przetwarzanie wielokanałowe Izolacja galwaniczna we/wy analogowych

3 Wejścia analogowe - rodzaje 2/32
Przetwarzanie A/C: jednokanałowe; wielokanałowe. Spotykane zasady konwersji: kompensacyjne (szybkie 2..25μs, 8..12b); integracyjne (podwójne, poczwórne całkowanie, ok. 30 konwersji na sek., b, odporne na zakłócenia); o bezpośrednim porównaniu, tzw. flash (b.szybkie); sigma-delta (16 i więcej bitów); częstotliwościowe (U/f); licznikowe.

4 Wejścia analogowe - parametry 3/32
Czynniki wpływające na konstrukcję modułu przetwarzania A/C: - rodzaj sygnału wejściowego (U/I); - zakres zmienności (przedział wartości); - charakter sygnału wejściowego (szybkość zmian, widmo, czy po wstępnej filtracji, poziom zakłóceń); - wymagana jakość konwersji (rozdzielczość, liniowość); - wymagany czas konwersji; - wymagany kod reprezentacji liczb; - odległość od źródła sygnału analogowego; - stabilność źródła zasilania i jego wpływ na przetwornik; - warunki klimatyczne (temperaturowe) pracy układu.

5 Wejścia analogowe - obsługa 4/32
Metody obsługi przetworników A/C przez P start konwersji odczyt stanu koniec konwersji? odczyt wyniku N T start konwersji odczyt wyniku generacja opóźnienia

6 Wejścia analogowe - obsługa 5/32
Metody obsługi przetworników A/C przez P - c.d. start konwersji HALT odczyt wyniku w procedurze obsługi przerwania przerwanie start konwersji odczyt wyniku w procedurze obsługi przerwania przerwanie c.d. programu tła

7 Wejścia analogowe - obsługa 6/32
Metody obsługi przetworników A/C przez P - c.d. start konwersji odczyt wyniku programowy przetwornik kompensacyjny

8 Wejścia analogowe - przykłady 7/32
Przetworniki kompensacyjne bardzo często stosowane ze względu na: prostą budowę, znaczną szybkość działania i umiarkowany koszt rodzina ADC080x - proste i tanie, 8b, pojedyncze UZAS=5V, 75μs - czas konwersji, ICC=3.5mA, przystosowane do współpracy z mikroprocesorami reprezentanci: ADC0801, ADC0802, ADC0803, ADC0804, ADC0805 błąd względny: ¼LSB (01), ½LSB (02/03) i 1LSB (04/05) praca samobieżna

9 Wejścia analogowe - przykłady 8/32
praca sterowana przez mikroprocesor:

10 Wejścia analogowe - przykłady 9/32
Przykładowe przetworniki: AD7574 8-bitowy, współpraca z mikroprocesorem, UZAS 5V, ICC=5mA, czas konwersji 15μs, błąd względny 0.75LSB AD573 10-bitowy, współpraca z mikroprocesorem, 2 napięcia zasilania, ICC=25mA czas konwersji 15 μs, błąd względny 1LSB, 3-stanowy bufor danych z podziałem na 8+2 bity, możliwość pracy samobieżnej (zwarcie /DR z /DE). AD574A 12-bitowy, współpraca z mikroprocesorem, 3 napięcia zasilające, ICC=5/30/40mA, czas konwersji 24μs - 8b 36μs - 12b, błąd względny 1LSB, przełączany rodzaj konwersji, 3-stanowy bufor danych z podziałem na 8+4 bity albo 12 bitów, możliwość zmiany, przesuwania zakresu napięć wejściowych przy użyciu zewnętrznych oporników, regulacja zera.

11 Wejścia analogowe - przykłady 10/32
Programowy przetwornik kompensacyjny 1 Un Ux 2,5V t

12 Wejścia analogowe - przykłady 11/32
zerowanie bajtu wyniku W:=0 zainicjowanie bajtu testującego B:= b Ux > Un ? W:=W or B W  portCA ewentualne opóźnienie odczyt wyjścia komparatora W:=W xor B SRL(B) B = 0 ? W = wynik N T algorytm pracy

13 Wejścia analogowe - przykłady 12/32
Przykładowa implementacja adkon: push bc ld bc,8000h adkon1:ld a,c add a,b ld c,a out (portca),a call delay ;opcja in a,(portkomp) rra jr nc,malo ld a,c sub b malo: rr b jr nc,adkon1 pop bc ret

14 Wejścia analogowe - przykłady 13/32
Przetworniki flash przykładowa struktura 1-stopniowego przetwornika flash Przykładowe układy: Analog Devices: AD5010KD - 6b, 10ns, ¼LSB AD6020KD - 6b, 20ns, ¼LSB TRW: TDC1014J - 6b, 33ns, ¼LSB TDC1007J - 8b, 33ns, ¼LSB

15 Wejścia analogowe - przykłady 14/32
Przetworniki sigma-delta przetwornik 1-rzędu

16 Wejścia analogowe - przykłady 15/32
przebiegi czasowe: Przykładowe układy: AD1877, AD7721 – 16b, 2-kan. (stereo), o 2·fS< 44kHz AD280 – 18b, 4-kan., o programowanej częstotliwości próbkowania 5Hz..1kHz

17 Wejścia analogowe - przykłady 16/32
Przetworniki integracyjne dokładne, o niedużej częstotliwości pracy, filtrujące przebieg wejściowy w trakcie konwersji (tłumienie zakłóceń okresowych, ich uśrednianie), pozwalają uzyskać duże dokładności i rozdzielczości, stosowane podwójne i poczwórne całkowanie

18 Wejścia analogowe - przykłady 17/32
Przetworniki częstotliwościowe - umożliwiają eliminację zakłóceń okresowych; - można uzyskać duże rozdzielczości. Stosowane gdy: - występuje duża dynamika sygnałów wejściowych; - dopuszcza się duży czas konwersji; - sygnały są przesyłane w postaci zmodulowanej U/f. Przykłady 9400 (Teledyne Semicon.) - zakr. 10Hz..100kHz AD537 (Analog Devices) - zakr. 0Hz..150kHz

19 Wejścia analogowe - przykłady 18/32
Przetworniki licznikowe

20 Wejścia analogowe - układy S/H 19/32
Układy próbkująco-pamiętające Wpływ zmienności sygnału wejściowego na jakość konwersji przetworników: u(t) = E sin ωt ω = 2πf u'(t) = E ω cos ωt |u'|=max dla ωt=kπ |Δu / Δt|max = 2πfE Δu = 2πfEΔt zał: n-bitowy przetwornik A/C, waga LSB = 2E/2n aby dokładność przetwarzania < ½LSB musi zachodzić: Δu = 2πfEΔt < E/2n 2πfΔt < 1/2n f < 1/(2πΔt2n) przykładowo: n=8 Δt=16μs f < 38.8Hz n=10 Δt=20μs f < 7.8Hz n=12 Δt=24μs f < 1.6Hz wynika stąd konieczność stosowania odpowiednich obwodów wejściowych.

21 Wejścia analogowe - układy S/H 20/32
działanie układu S/H

22 Wejścia analogowe - układy S/H 21/32
Typowe parametry układu S/H: - czas akwizycji - czas od przełączenia H->S do osiągnięcia UWE: 0.3÷1.5μs - spadek napięcia na kondensatorze pamiętającym w trybie H: ÷50nV/μs - czas apertury (opóźnienia) przy przełączaniu S->H (ta): ÷50ns - czas przełączania S->H (tu): ÷1.5 μs - rezystancja wejściowa: ÷1000MΩ - wzmocnienie K=±1

23 Wejścia analogowe - wielokanałowe 22/32
Przetwarzanie wielokanałowe 1. zwielokrotnione układy S/H, A/C i bufory S/H A/C bufor sterowanie układem S/H start konwersji odczyt wyniku

24 Wejścia analogowe - wielokanałowe 23/32
2. zwielokrotnione układy S/H, pojedyncze: MPXA, A/C i bufor A/C S/H M P X A wybór kanału sterowanie układami S/H start konwersji odczyt wyniku bufor

25 Wejścia analogowe - wielokanałowe 24/32
3. pojedyncze: MPXA, S/H, A/C i bufor M P X A wybór kanału S/H A/C start konwersji sterowanie układem S/H odczyt wyniku bufor

26 Wejścia analogowe - wielokanałowe 25/32
praca układu S/H

27 Wejścia analogowe - wielokanałowe 26/32
4. układ z pamięcią buforującą pomiary M P X A wybór kanału S/H A/C start konwersji sterowanie ukł. S/H odczyt pamięci D N E SRAM R S Y MPX lokalne sterowanie autonomiczne zapis odczyt T E R O W A N I A

28 Wejścia analogowe - wielokanałowe 27/32
Multipleksery analogowe 1. zintegrowane z przetwornikiem

29 Wejścia analogowe - wielokanałowe 28/32
2. klucze analogowe jako autonomiczne układy z własnymi dekoderami; - w formie układów monolitycznych: np. AD7501/ kanałowe, dwukierunkowe AD kanałowy, dwukierunkowy, podwójny (różnicowy) AD kanałowy, dwukierunkowy AD kanałowy, dwukierunkowy, podwójny (różnicowy) rezystancja zwarcia kanału do 200W (8-kan.) i do 300W (16-kan.) - układy serii 4000 (rezystancja zwarcia kanału ok. 100W): klucze sterowane indywidualnie MPXA 8-kanałowy, dwukierunkowy dwa MPXA 4-kanałowe, dwukierunkowe trzy MPXA 2-kanałowe, dwukierunkowe MPXA 16-kanałowy, dwukierunkowy dwa MPXA 8-kanałowe, dwukierunkowe

30 Wejścia analogowe - wielokanałowe 29/32
3. kontaktronowe - rezystancja zwarcia << 1W, mała częstotliwość pracy, dzwonienie styków podczas przełączania 4. z latającymi kondensatorami

31 Wejścia analogowe - izolacja galwaniczna 30/32
Izolacja galwaniczna w układach we/wy analogowych 1. Przy przesyle informacji analogowej w postaci modulowanych impulsów - izolacja jak dla sygnałów dwustanowych. 2. Przy przesyle informacji analogowej w postaci ciągłego sygnału prądowego lub napięciowego: modulacja "wokół" łącza transoptorowego (wada: obniżenie pasma dla sygnałów zmiennych); dobór transoptorów o bliskiej liniowej charakterystyce przenoszenia, a ewentualne nieliniowości kompensowane np. programowo (wada: powtarzalność charakterystyk ?); optoizolacja po stronie cyfrowej przetworników A/C i C/A (wada: kosztowne rozwiązanie). 3. Stosowanie lokalnych (rozproszonych) układów pomiarowo- sterujących, komunikujących się z systemem mikroprocesorowym łączem cyfrowym.

32 Wejścia analogowe - układy rozproszone 31/32
Zasadność ich stosowania wynika z: kosztów okablowania rozległego systemu we/wy analogowych; odporności na zakłócenia długich linii analogowych; odporności na uszkodzenia długich linii analogowych; Oprócz podstawowych funkcji (przetwarzanie A/C i C/A) mikroprocesor stacyjki kontrolno-pomiarowej może się zajmować: organizacją transmisji po łączu cyfrowym; kontrolą zmian wartości mierzonych sygnałów; sygnalizacją przekroczeń wartości granicznych; linearyzacją czujników pomiarowych; filtracją cyfrową; uśrednianiem wyników; obliczeniami syntetycznych wskaźników (wartości) liczbowych; autodiagnostyką i autokalibracją czujników.