Данное издание является практическим пособием по применению различных интерфейсов для подключения аналоговых периферийных устройств к компьютерам, микропроцессорам и микроконтроллерам. Раскрывается специфика применения таких интерфейсов, как I2C, SPI/Microware, SMBus, RS-232/485/422, токовая петля 4-20 мА и др.
Дается обзор большого количества современных датчиков: температурных, оптических, ПЗС, магнитных, тензодатчиков и т. д. Подробно описываются контроллеры, АЦП и ЦАПы, их элементы — УВХ, ИОН, кодеки, эн-кодеры. Рассмотрены исполнительные устройства — двигатели, терморегуляторы — и вопросы их управления в составе систем автоматического управления различного типа (релейного, пропорционального и ПИД). Книга снабжена иллюстрациями, наглядно представляющими аппаратные и программные особенности применения элементов аналоговой и цифровой техники. Заинтересует не только начинающих радиолюбителей, но и специалистов, имеющих стаж работы с аналоговой и цифровой техникой, а также студентов технических колледжей и вузов.
СОДЕРЖАНИЕ:
Доступно только для пользователейГлава 1. Параметры системы 1.1. Динамический диапазон - 15 1.2. Точность измерения напряжения - 16 1.3. Калибровка - 16 1.4. Пропускная способность шины - 19 1.5. Производительность процессора - 20 1.5.1. Прерывания - 21 1.5.2. Интерфейсы - 21 1.5.3. Поддержка на аппаратном уровне - 21 1.5.4. Требования к процессору - 22 1.5.5. Требования к операционной системе - 22 1.5.6. Язык программирования и компилятор - 22 1.6. Ограничение скорости - 22 1.6.1. Затраты - 23 1.6.2. Электромагнитная совместимость - 23 1.7. Другие системные ограничения - 24 1.7.1. Периферийные устройства - 24 1.7.2. Общие интерфейсы - 24 1.7.3. Приоритет задач - 24 1.7.4. Системные требования - 25 1.7.5. Разрядность цифрового слова - 27 1.7.6. Интерфейсы - 27 1.8. Частота дискретизации и наложение - 27
Глава 2. Аналого-цифровые преобразователи 2.1. Общие сведения - 30 2.2. Описание АЦП - 32 2.2.1. Опорное напряжение - 33 2.2.2. Выходное слово - 33 2.2.3. Разрешение - 33 2.3. Типы АЦП - 34 2.3.1. Следящий АЦП - 34 2.3.2. Параллельный АЦП - 36 2.3.3. АЦП последовательных приближений - 37 2.3.4. АЦП двойного интегрирования - 38 2.3.5. Сигма-дельта АЦП - 40 2.3.6. Составной АЦП - 43 2.4. Сравнение типов АЦП по основным показателям - 44 2.5. Устройства выборки-хранения - 45 2.6. Реальные компоненты - 48 2.6.1. Входные уровни - 48 2.6.2. Встроенный источник опорного напряжения - 49 2.6.3. Дополнительная емкость на входе опорного напряжения - 49 2.6.4. Встроенное УВХ - 49 2.7. Интерфейс микропроцессора - 49 2.7.1. Кодирование выходного слова - 49 2.7.2. Параллельный интерфейс - 50 2.7.3. Время доступа - 52 2.7.4. Выход BUSY - 54 2.7.5. Время освобождения шины - 54 2.7.6. Связь сигналов шины управления с АЦП - 55 2.7.7. Задержка между преобразованиями - 55 2.7.8. Величина погрешности преобразования - 56 2.8. Синхронные интерфейсы - 56 2.9. Последовательные интерфейсы - 58 2.9.1. Периферийный последовательный интерфейс SPI/Microwire - 58 2.9.2. Шина I2С - 61 2.9.3. Шина SMBus - 63 2.9.4. Специализированные последовательные интерфейсы - 64 2.10. Многоканальные АЦП - 65 2.11. Встроенные в микроконтроллер АЦП - 65 2.12. Кодеки - 67 2.13. Прерывания - 67 2.14. Многофункциональные выводы микроконтроллеров - 68 2.15. В рабочую тетрадь разработчика - 70
Глава 4. Измерение временных параметров 4.1. Общие сведения - 121 4.2. Измерение периода или частоты - 125 4.3. Смешение частот - 127 4.4. Преобразователи напряжение-частота - 129 4.4.1. Применение ПНЧ - 130 4.4.2. Фильтрация - 131 4.5. Тактовая частота и диапазон - 131 4.6. Увеличение точности при ограниченном разрешении - 133 Глава 5. Методы управления - 139 5.1. Управление с разомкнутой петлей обратной связи - 139 5.2. Отрицательная обратная связь - 139 5.3. Микропроцессорные системы управления - 140 5.4. Система релейного управления - 141 5.5. Температурный перегрев - 144 5.6. Система пропорционального управления - 144 5.7. Пропорционально-интегрально-диф.ференциальное управление - 148 5.7.1. Вклад операции дифференцирования в алгоритм управления - 151 5.7.2. Вклад операции интегрирования в алгоритм управления - 153 5.7.3. ПИД-управление в целом - 155 5.7.4. Способы применения системы ПИД-управления - 156 5.7.5. Насыщение - 157 5.7.6. Программное обеспечение - 159 5.7.7. Временная задержка - 159 5.7.8. Резкие изменения сигнала - 160 5.7.9. Специальные требования - 161 5.8. Управление двигателем - 161 5.8.1. Пример постоянной скорости вращения круговой карусели - 163 5.8.2. Позиционирование - 165 5.8.3. Программное обеспечение - 167 5.9. Управление с предсказанием - 168 5.10. Измерение и анализ реакции петли обратной связи - 169 5.10.1. Логический анализатор/Цифровой осциллограф - 170 5.10.2. Измерение параметров двигателя - 171 5.10.3. Доступное программное обеспечение - 173 5.11. Примеры программирования ПИД-систем - 173 5.11.1. Основная петля ПИД-управления - 173 5.11.2. Функция запрета первоначального действия - 174 5.11.3. Фильтрация входного шума - 174 5.11.4. Предотвращения выхода управляющего параметра за допустимые пределы - 175 5.11.5. Предотвращение выхода управляющего параметра за пределы средней величины - 176 5.11.6. Реализация данных примеров - 177 5.12. В рабочую тетрадь разработчика - 178
Глава 7. Двигатели 7.1. Шаговые двигатели - 206 7.1.1. Биполярные и однополярные шаговые двигатели - 208 7.1.2. Резонанс - 210 7.1.3. Полушаговый режим двигателя - 211 7.1.4. Микрошаговый режим двигателя - 214 7.1.5. Управление шаговым двигателем - 215 7.1.6. Сквозной ток - 216 7.1.7. Контроль тока - 220 7.1.8. ИС управления двигателем - 221 7.1.9. Управление по методу прерывания - 222 7.1.10. Методы управления и резонанс - 224 7.1.11. Линейное управление - 225 7.2. Двигатели постоянного тока - 226 7.2.1. Управление двигателями постоянного тока - 227 7.2.2. Бесколлекторные двигатели постоянного тока - 230 7.2.3. Энкодеры - 234 7.2.4. ИС контроллеров двигателей постоянного тока - 237 7.2.5. Программируемые контроллеры - 242 7.3. Достоинства и недостатки различных типов двигателей - 244 7.4. Порядок включения питания логических цепей и двигателя - 246 7.5. Вращающий момент двигателя - 248 7.5.1. Вращающий момент при заторможенном двигателе - 248 7.5.2. Противодействующее электромагнитное поле - 248 7.5.3. Вращающий момент и скорость - 248 7.6. Реальное применение шагового двигателя - 249
Глава 8. Электромагнитные помехи 8.1. Связь по земле - 254 8.1.1. Ток двигателя - 258 8.1.2. Самонаведенные токовые ошибки - 259 8.2. Электростатический разряд - 260 8.2.1. Самонаведенный электростатический разряд - 260 8.2.2. Защита от электростатического разряда - 261
Глава 9. Системы высокой точности 9.1. Общие сведения - 264 9.2. Входное напряжение смещения - 266 9.3. Входное сопротивление - 267 9.4. Частотные характеристики - 268 9.5. Влияние температуры на сопротивление резисторов - 269 9.6. Источник опорного напряжения - 270 9.7. Влияние изменения температуры в целом - 272 9.8. Заземление и шумы - 273 9.9. Печатная плата - 275 9.9.1. Заземление на печатной плате - 275 9.9.2. Источник питания - 277 9.10. Статистическая погрешность - 278 9.11. Опорное напряжение от источника питания - 280 9.12. Резюме - 280
Глава 10. Стандартные интерфейсы 10.1. Интерфейс IEEE 1451.2 - 281 10.1.1. Электрические параметры - 281 10.1.2. Параметры датчиков - 282 10.1.3. Международная система единиц измерения СИ - 282 10.2. Последовательный периферийный интерфейс токовая петля 4-20 мА - 283 10.3. Интерфейс Fieldbus - 283
Глава 11. Аналоговая схемотехника 11.1. Питание микроконтроллера и напряжение смешения - 286 11.2. Наборы резисторов - 288 11.3. Многовходовые системы управления - 289 11.4. Управление цепями переменного тока - 291 11.5. Схемы контроля напряжения питания - 293 11.6. Управление биполярными транзисторами - 294 11.6.1. Преобразование логических уровней - 296 11.6.2. Скорость переключения - 296 11.6.3. Высоковольтные ключи - 297 11.7. МОП-транзисторы - 297 11.7.1. Управление МОП-транзистороми - 297 11.7.2. МОП-транзистор для коммутации - 299 11.8. Измерение параметров сигнала отрицательной полярности - 301 11.9. Пример системы управления - 302 11.9.1. Релейное управление - 305 11.9.2. Пропорциональное управление - 305 11.9.3. ПИД-регулирование - 309 11.9.4. Пропорционально-интегральное управление - 313 Приложение А. Операционные усилители - 314 Приложение Б. Широтно-импульсная модуляция - 326 Приложение В. Полезные сайты в Интернете - 339 Приложение Г. Программа Python для главы 11. Данные Excel для главы 4 - 340 Словарь терминов - 345 Предметный указатель - 348
Автор: Болл Стюарт Р.( перев. с англ.) Издательство: Додэка-ХХI Серия: Программируемые системы Год издания: 2007 Страниц: 360 Формат: DJVU/rar Размер: 6.57 Mb
Скачать: Аналоговые интерфейсы микроконтроллеров
