- •Содержание
- •Понятие вычислительной системы
- •Организация микроконтроллерных систем управления
- •Микроконтроллеры. Основные сведения
- •Интерфейсы связи с датчиками Сигнальные интерфейсы и цифровые интерфейсы
- •Прием импульсно-дискретных сигналов
- •Демодуляция квадратурно-модулированного сигнала
- •Прием аналоговых сигналов
- •Схемотехника ацп
- •Ацп последовательного счета
- •Ацп последовательного приближения
- •Расширение разрядности. Метод передискретизации
- •Стандартные интерфейсы связи Интерфейсы связи
- •Топологии сетей
- •Последовательный интерфейс i2с
- •Состояние старт и стоп
- •Подтверждение
- •Адресация в шине i2c
- •Преимущества
- •Последовательный интерфейс spi Введение
- •Электрическое подключение
- •Протокол передачи
- •Cравнение с шиной i2c
- •Последовательный интерфейс rs-232
- •Can интерфейс
- •Описание стандарта
- •Контроль ошибок
- •Скорость передачи и длина сети
- •Методы выявления и устранения ошибок данных при передаче
- •Блоковые коды
- •Свёрточные коды
- •Коды обнаружения Циклический избыточный код (crc)
- •Бит чётности
- •Формализованный алгоритм расчёта crc16
- •Корректирующие коды
- •Каскадное кодирование. Итеративное декодирование
- •Выбор кода
- •Некоторые методы (алгоритмы) обработки сигналов
- •Калибровка сигнала
- •Компенсация сигнала
- •Табличные вычисления и тарировочные таблицы Табличные вычисления
- •Тарировочные таблицы
- •Коррекция нуля, обнуление
- •Фильтрация
- •Разностное уравнение дискретного фильтра
- •Рекурсивные (бих) и нерекурсивные (ких) фильтры
- •Устойчивость
- •Зависимости частотных свойств звеньев системы регулирования
- •Регуляторы
- •Регулятор типа п – пропорциональный
- •Регулятор типа пи – пропорционально-интегральный
- •Регулятор типа пид – пропорционально-интегрально-дифференциальный
- •Реализация регуляторов
- •Примерная реализация ядра регулятора на языке Си
- •Выбор длительности такта
- •Вычисления с плавающей и фиксированной точкой
- •Основы технологии разработки программного обеспечения Структура программы на языке Си
- •Компиляция программы
- •Директивы препроцессора
- •Присоединение файла
- •Макросы
- •Условная компиляция
- •Типы переменных
- •Математические операторы
- •Операторы цикла
- •Условный оператор
- •Оператор выбора
Прием аналоговых сигналов
Для приема аналоговых сигналов используются встроенные аналогово-цифровые преобразователи, АЦП.
Основные характеристики АЦП:
Разрядность – степень, в которую надо возвести число 2, чтобы получить количество дискретных уровней числа, поставленного в соответствии уровню входного сигнала. Например, разрядность АЦП n = 8. Это значит, что уровни входных сигналов будут преобразованы в числа от 0 до 2^(n-1)=255. Встроенные АЦП МК обычно обладают разрядностью 10-12 бит.
Скорость преобразования – частота дискретизации: частота, с которой обновляется цифровое значение на выходе АЦП. Обычно измеряется в единицах преобразования в секунду (samples per second, SPS). Встроенные АЦП обычно обладают скоростью до 100-200 SPS.
Источник опорного напряжения (ИОН)– напряжение, в долях которого осуществляется приведение к коду входного напряжения. Например, если опорное напряжение Uоп=5В, а разрядность АЦП n=8, то входной сигнал будет преобразовываться с разрешением по напряжению dU = Uоп / 2^n = 19.5 мВ. Т.о. если на вход такого АЦП подано Uвх=2.72 В, то после преобразование получится код, равный Uвх / dU = 139. АЦП МК обычно имеют встроенные ИОН. Величины напряжений обычно бывают 2.5 В, 3.3В, 5В. Также обычно есть возможность подключения внешнего ИОН с любым нужным напряжением из допустимого конструкцией диапазона.
dU также известно как значение младшего бита (last significant bit, LSB), то есть величина напряжения, изменение на которую входного сигнала АЦП изменит младший бит выходного кода.
Если критерии выбора разрядности и величины опорного напряжения более или менее ясны, то вопросу частоты дискретизации следует уделить особое внимание.
Теорема Котельникова в формулировке автора гласит: «Любую функцию f(t), состоящую из частот от 0 до fc, можно передавать с любой точностью при помощи чисел, следующих друг за другом через 1/(2*fc) секунд.»
Иными словами это означает, что для точного восстановления сигнала после его преобразования в цифровую форму частота дискретизации должна быть в два раза выше самой высокой частоты в спектре оцифровываемого сигнала.
Если же это условие не будет выполнено, то возникнет вредное явление «наложение спектров» или «алиасинг» (aliasing), заключающееся в том, что составляющие сигнала с частотой выше частоты Найквиста после преобразования отразятся в область низких частот к частоте, равной разности исходной частоты и частоты Найквиста.
Очевидно, что это приведет к искажению полученного сигнала, поэтому частота дискретизации должна выбираться исходя из спектра входного сигнала.
Следует, однако, знать, что даже если спектр полезного сигнала удовлетворяет нашему критерию, то реальный физический сигнал всегда несет в себе некоторое количество вредных шумов (например, наводки от проходящих рядом сигналов), чей спектр может не удовлетворять критерию Найквиста. Для того, чтобы уменьшить их вредное влияние на преобразование, входной сигнал всегда подвергают фильтрации, т.е. пропускают через фильтр нижних частот (ФНЧ) (в простейшем случае – RC-фильтр), который располагают как можно ближе к входному выводу микросхемы МК.
Параметры этого фильтра подбирают таким образом, чтобы действующее значение напряжения шумовой составляющей сигнала после прохождения фильтра было меньше значения напряжения младшего бита АЦП.