Любое промежуточное значение напряжения получается путём суммирования определённого количества дискретных уровней, число которых можно приближенно найти следующим образом: вычислить N = Uвых / h, представить число N двоичным кодом и записать полученную комбинацию младшим разрядом против резистора с наибольшим сопротивлением. Те ключи во входных цепях ЦАП, против которых стоят единичные разряды, должны быть замкнуты, а остальные следует оставить разомкнутыми.
Исследование характеристик ЦАП в составе УИН
Экспериментальное исследование по-прежнему выполняется с использованием пакета Micro CAP-V.
Цель эксперимента: путём сравнения двух вариантов построения УИН проанализировать методику выбора параметров ЦАП, установить характер влияния различных факторов на точность и разрядность преобразователя.
Исходные данные:
-диапазон изменения формируемого с помощью УИН напряжения от 9,03 до 11,04 В;
-дискретность преобразования h £ 0,021 В.
Содержание и последовательность проведения эксперимента
1.Определение характеристик ЦАП, которыми он должен обладать для того, чтобы формировать всё, требующееся от УИН, напряжение.
− Считая, что в схеме рис. 14 сопротивление R1 = 1 кОм, Uоп = 10 В, h £ 0,021 В, рассчитать сопротивление того резистора, которое связано с минимальным усилением: Rmax = Uоп R1 / hЦАП . Из ряда номинальных значений выбрать номинальное значение R max, имея в виду, что сопротивления последующих резисторов во входной цепи ЦАП должны получаться последовательным делением предыдущего сопротивления на два. Допустим, было выбрано Rmax =512 кОм. Из-за отличия выбранного сопротивления и рассчитанного по формуле фактическое значение шага квантования изменится, потребует уточнения: h¢ЦАП = 10 × 103. / 512 × 103 = 0,01953125 В.
– Рассчитать необходимое число дискретных уровней для получения на выходе ЦАП напряжения Uвых =12 В: N = Uвых / h¢ЦАП . По найденной отсюда разрядности m = log 2 ( N + 1 ), которая получится больше 9 и, следовательно, должна быть выбрана равной 10, определить номиналы всех резисторов, образующих под действием входного кода изменяемое сопротивление на входе ЦАП. Ввести в Micro CAP схему рис.15, оставив на месте ключей разрывы соединений для снижения сложностей перекоммутации входных цепей в дальнейшем.
− Определить кодовую комбинацию, которую должен выставить микроконтроллер для получения сигнала ограничения, равного 11,04 В. Для этого целую часть числа, вычисленного по N = 11,04 / h¢ЦАП @ 565, представить двоичным кодом в виде 1000110101. Расположить полученную комбинацию в столбец (рис. 14) таким образом, чтобы её младший разряд расположился против наибольшего сопротивления входных резисторов ЦАП, и замкнуть на принципиальной схеме в модели те входные цепи, которые соответствуют единичным разрядам этой комбинации.
 |
Рис. 15
− Перейти в режим анализа переходных процессов (ALT+1) и проверить степень соответствия полученного и ожидаемого уровней напряжения. В случае их расхождения сопоставить его величину с заданной дискретностью преобразования, т.к. в наиболее благоприятном случае это расхождение не должно превысить половины дискреты. При выбранных номиналах получено 11,039 В.
− Не изменяя номинальных значений сопротивлений в схеме, определяем минимально возможную величину опорного напряжения, при которой ещё можно получить на выходе Uвых = 12 В. Для этого все входные резисторы ЦАП должны быть включены, образуя сопротивление около 0,5 кОм.
Тогда из уравнения Uоп × 103 / 0,5 × 103 = 12 В найдётся Uоп ³ 6 В. С некоторым запасом принято Uоп = 6,5 В. Численное значение одного дискретного уровня при новом значении опорного напряжения станет равным h1 ЦАП = 6,5 ×103 /512 ×103 = 0,0126953125 В. Число дискрет, образующих 11,04 В, получится другим: N = 11,04 / 0,0126953125 = 870, что соответствует двоичному представлению в виде 1101100101 и после коррекции подключений входных цепей на модели даёт результат v(5) = 11,037 В. Как можно заметить, уменьшение величины опорного напряжения в допустимых пределах не только сохраняет возможность получения нужного напряжения, но и способствует повышению точности такого преобразования, т.к. цена дискреты во втором случае меньше.
2. Ввести схему рис. 15, которая представляет собой один из возможных вариантов построения УИН и основана на получении на выходе УИН (точка 14) требуемого уровня напряжения путём сложения неизменного по величине UОП = 8 В (точка 13) с изменяемым по величине выходным сигналом ЦАП (точка 8).
Предлагается самостоятельно найти величину напряжения UОП опорного источника, основываясь на схеме, её номиналах, результатах моделирования (внизу) и только что перед этим рассмотренной методикой определения характеристик цифро-аналогового преобразователя.
1.3. Cхемные решения и проверка результатов
Выполненные в предыдущих разделах выборы структурных решений, расчёты характеристик отдельных узлов (величина и распределение коэффициентов усиления, точность, способы реализации и т.д.) были подчинены одной общей задаче: соответствовать тому описанию работы многоканальной системы измерения и регулирования температуры, которое было сформулировано в самом начале второго раздела. Но структурно определённые и раздельно реализованные на уровне принципиальных схем звенья без дополнительного согласования на границах сопряжения узлов не будут работать так, как это вначале предполагалось. Для того чтобы оценить совместную работу выбранных звеньев и сделать это максимально доступными средствами, моделируется та часть рассматриваемой системы, которая относится к тракту обработки аналогового сигнала, т.е. от датчиков до входа АЦП.
 |
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.