7.8 Мікропроцесорний вимірювач струму та напруги
Мікропроцесорні вольтметри та амперметри досить поширені в техніці вимірювання на постійному і змінному струмах. У них найбільш повно реалізовані переваги мікропроцесорних вимірювальних приладів: подальше підвищення точності, розширення вимірювальних можливостей, спрощення і полегшення керування, можливість одержання різних математичних функцій виміряних значень, статистична обробка результатів спостережень, самокалібрування і самодіагностика, підвищення надійності та економічності, можливість побудови програмувальних багатофункціональних приладів.
В найзагальнішому вигляді структурні схеми мікропроцесорних вольтметра та амперметра представлені на рис.7.9, а, б.
Вхідний блок містить аналогові перетворювачі – це, насамперед, атенюатор і підсилювач, але в деяких приладах до складу цього блока може входити також вимірювальний перетворювач напруги змінного струму в напругу постійного струму.
Як видно із рис.7.9, амперметр відрізняється від вольтметра лише наявністю перетворювача струму в напругу (вимірювального шунта R). Тому в подальшому будемо розглядати мікропроцесорний вольтметр.
А) мікропроцесорний вольтметр
Б) мікропроцесорний амперметр
Рисунок 7.9
Обов'язковим вузлом кожного мікропроцесорного вольтметра є аналого-цифровий перетворювач (АЦП). Сучасна мікроелектронна техніка надає розробнику вимірювальних приладів АЦП в інтегральному виконанні, що випускаються у вигляді інтегральних схем. Але не слід думати, що наявність АЦП і мікропроцесора повністю гарантують успішне створення приладу. Побудова мікропроцесорного вольтметра вимагає правильного вибору АЦП, що служить основним вимірювальним перетворювачем, раціонального вибору МП, здійснення їхнього поєднання, визначення необхідних характеристик інших модулів МПС, розробки програмного забезпечення.
Джерело опорної напруги використовується для забезпечення високостабільної опорної напруги U0, відносно якої проводяться вимірювання в АЦП. Рівняння перетворення АЦП має вигляд:
, (7.8)
де n – розрядність АЦП.
Деякі мікроконтролери Atmel (Atmega603/103, AT90S4433, AT90S8535, ATtiny15) мають у своєму складі вбудований 10-розрядний АЦП із вхідним багатоканальним мультиплексором, що значно спрощує реалізацію вольтметрів. Для живлення АЦП в них використовуються два окремих виводи AVCC, AGND. Опорна напруга U0 подається на вивід AREF.
Структурна схема вольтметра на основі мікроконтролерів ATMEL представлена на рис.7.10. АЦП може працювати в двох режимах: режимі однократного перетворення і режимі циклічного перетворення. В режимі однократного перетворення кожне перетворення ініціалізується програмою. В режимі циклічного перетворення АЦП здійснює виборку і поновлення вмісту регістра даних АЦП неперервно. Вибір режиму здійснюється встановленням певних бітів в регістрі керування АЦП. На рис.7.11 представлено алгоритм виконання вимірювальної процедури у мікропроцесорному вольтметрі.
Рисунок 7.10
Рисунок 7.11