Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи в микроконтроллере.

Необходимость приема и формирования аналоговых сигналов требует наличия в МК модулей аналогового ввода/вывода.

Простейшим устройством аналогового ввода в МК является встроенный компаратор напряжения. Компаратор сравнивает входное аналоговое напряжение с опорным потенциалом V_REF и устанавливает на выходе логическую «1», если входное напряжение больше опорного. Компараторы удобнее всего использовать для контроля определенного значения входного напряжения, например, в термостатах. В комбинации с внешним генератором линейно изменяющегося напряжения встроенный компаратор позволяет реализовать на МК интегрирующий аналого-цифровой преобразователь (АЦП).

Однако более широкие возможности для работы с аналоговыми сигналами дает АЦП, встроенный в МК. Чаще всего он реализуется в видемногоканального АЦП, предназначенного для ввода в МК аналоговых сигналов с датчиков физических величин и преобразования этих сигналов в двоичный код.

Многоканальный аналоговый коммутатор К служит для подключения одного из источников аналоговых сигналов (РТхО...РТх7) ко входу АЦП. Выбор источника сигнала для преобразования осуществляется посредством записи номера канала коммутатора в соответствующие разряды регистра управления АЦП.

Два вывода модуля АЦП используются для задания опорного напряжения Uоп: V _REFH— верхний предел, V_REFL— нижний предел.

Аналого-цифровой преобразователь выполнен по методу последовательного приближения. Практически во всех моделях 8-разрядных МК разрядность АЦП также составляет 8 разрядов. Исключение составляют лишь модули АЦП микроконтроллеров для управления преобразователями частоты для электроприводов, разрешающая способность которых равна 10 разрядам. Два младших разряда результата получают с помощью дополнительного емкостного делителя, не связанного с регистром последовательного приближения.

Длительность такта преобразования задает генератор синхронизации: один цикл равен двум периодам частоты генератора t_А_D_С.

Источником синхронизации модуля АЦП может служить встроенный RС-генератор (Г) или импульсная последовательность тактирования межмодульных магистралей МК.

Момент завершения каждого цикла преобразования отмечается установкой триггера готовности данных. Если прерывания от модуля АЦП разрешены, то генерируется запрос на прерывания. Как правило, чтение регистра результата сбрасывает триггер готовности.

Большинство модулей АЦП имеют только режим программного запуска: установка одного из битов регистра режима запускает очередное измерение. Наиболее универсальные модули АЦП имеют также режим автоматического запуска, при котором после завершения одного цикла преобразования немедленно начинается следующий. Однако данные измерения каждого цикла должны быть считаны программным способом.

Цифро-аналоговые преобразователи в составе МК являются большой редкостью. Функция цифро-аналогового преобразователя реализуется средствами модуля программируемого таймера в режиме ШИМ. На одном из выводов МК формируется высокочастотная импульсная последовательность с регулируемой длительностью импульса. Полученный сигнал сглаживается фильтром нижних частот на операционном усилителе. Разрешающая способность такого ЦАП определяется дискретностью регулирования коэффициента заполнения в режиме ШИМ.

Занятие 40(44)

Минимизация потребления энергии в МК. Запуск МК. Тактирование системы. Прерывания.

ПИТАНИЕ

Во многих приложениях используется батарейное питание микроконтроллеров, а в некоторых случаях применяются даже конденсаторы большой емкости, которые обеспечивают сохранение работоспособности при кратковременных отключениях питания. Поэтому проблема снижения энергопотребления весьма актуальна для микроконтроллеров.

ПОТРЕБЛЯЕМАЯ МОЩНОСТЬ

При планировании энергопотребления для различных устройств, использующих микроконтроллеры, необходимо учитывать, что потребляемая ими мощность зависит от режима функционирования. Имеются три значения мощности, потребляемой микроконтроллером в различных рабочих условиях. Первое – собственная мощность, необходимая для нормальной работы микроконтроллера. Второе – мощность, потребляемая устройствами ввода-вывода, которую требуется учитывать, когда микроконтроллер производит обмен данными с внешними устройствами. Третье – мощность, потребляемая в «спящем» режиме, когда микроконтроллер ожидает наступления внешнего события, переключающего его в рабочий режим.

Запуск (сброс в начальное состояние )

Запуск микроконтроллера должен иметь место только тогда, когда установилось требуемое напряжение питания.

В этой схеме сигнал RESET на входе микроконтроллера становится активным (принимает значение логического 0) приблизительно через 22 мс (время задержки Td = 2,2 RC) после включения питания. Этого времени достаточно для стабилизации напряжения питания и установки требуемой частоты тактового генератора прежде, чем начнет работать микроконтроллер.

Кнопка RESET используется в процессе разработки устройства для сброса микроконтроллера в начальное состояние. При отладке устройства очень полезно иметь возможность выполнения сброса, чтобы обеспечить повторный запуск микроконтроллера.

Для некоторых микроконтроллеров можно удалить RC-цепь в схеме запуска, так как внутри них имеется схема, обеспечивающая задержку включения (пуск тактового генератора и начало выполнения первой команды программы). В этом случае схема запуска может быть упрощена.

Тактирование системы

Микроконтроллеры построены так, что требуют минимального числа внешних элементов для генерации тактовых импульсов.

Большинство микроконтроллеров способны работать в очень широком диапазоне частот: от нуля до десятков мегагерц.

Существует три способа задания тактовой частоты микроконтроллера, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки.

Первый способ - использование кварцевого резонатора, подключенного согласно схеме .Этот способ позволяет очень точно задать тактовую частоту микроконтроллера (разброс частот обычно составляет не более 0,01%). Такой уровень точности требуется для организации интерфейса микроконтроллера с другими устройствами или обеспечения точного хода часов реального времени. Два основных недостатка этого способа синхронизации – необходимость подключения дополнительных компонентов и хрупкость кристаллов кварца.

Второй способ синхронизации – использование RC-генератора. В этом случае необходимая частота тактовых импульсов задается путем соответствующего выбора постоянной времени RC-цепи. Это самый дешевый способ задания частоты, но, к сожалению, наименее точный.

Третий способ синхронизации – это подача тактовых импульсов от внешнего генератора. Как указано выше, микроконтроллеры работают в широком диапазоне частот. При помощи внешнего тактового генератора можно задать любую частоту синхронизации.

Занятие 54

Дата добавления: 2022-01-22; просмотров: 21; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 3 4 5 6 789 10 11 12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!