Формирователь кусочно-линейной зависимости

Структурная схема устройства

микросхема программирование микроконтроллер напряжение

Рассмотрим структуру предлагаемого устройства.

Рис. 1 Структурная схема устройства ПК — персональный компьютер;

МК — микроконтроллер;

ЦАП — цифро-аналоговый преобразователь.

Персональный компьютер общается с микроконтроллером через СОМ порт. В качестве переходной платы для связи ПК и МК была выбрана микросхема МАХ232. Это периферийное устройство, предназначенное для преобразования сигналов, которые поступают их СОМ порта, в Rx, Tx сигналы управления микроконтроллером.

Рис. 2 Расположение выводов микросхемы МА232.

В качестве микроконтроллера был выбран ATmega8 с резонатором, работающим на частоте 10МГц.

Рис. 3 Расположение выводов МК ATmega8

ЦАП выбирался исходя из следующих параметров:

· Обеспечение необходимой дискретности напряжения.

· Обеспечение выходного напряжения от 0 до 10 В.

Необходимая дискретность напряжения 0.1%. Поэтому дискретность ЦАП должна быть не ниже 10, т.к.. В качестве цифро-аналогового преобразователя выбрано последовательный ЦАП МАХ5661. Он имеет дискретность 16, что удовлетворяет заданному условию.

Максимальное выходное напряжение — 10.2 В. Максимальный выходной ток — 20мА.

В связи с необходимостью усиления выходного тока в выходную цепь был включен повторитель на интегральном усилителе (ОУ) LA6500. Выходной ток этого ОУ равен 1А, что удовлетворяет выходным условиям.

Так как напряжение питания равно 5 В, а питание для некоторых схем требует более высоких значений, используется преобразователь напряжения МАХ8572.

Рис. 4 Расположение выводов МАХ8572

Принцип работы заключается в следующем алгоритме:

1. ПК пересылает управляющую программу на МК.

2. МК пересылает полученные данные на компьютер при нажатии клавиши S1.

3. После проверки корректности данных, при нажатии клавиши S2 микроконтроллер передает заданное напряжение на ЦАП.

Программная среда

В качестве программной среды была выбрана программа, предназначения для программирования AVR микроконтроллеров — imagecraft. Она поддерживает язык С, а также позволяет делать вставки кода на ассемблере.

Написанный сценарий состоит из 2 файлов, находящихся в одном проекте. В одном из этих файлов хранятся контрольные точки зависимости U (t). Имеет он следующий вид:

N = 5; const float t[] = { 2, 3, 2, 4, 1 }; const float U[] = { 1, 2, 4, 5, 2 };

Где, N — количество интервалов;

t — Интервалы времени;

U — Значение напряжения в моменты времени.

На рис. 5 показано построение зависимости U (t). Цельной линией показано напряжение, которое будет выдавать ЦАП, с учетом дискретности хода по времени — 0.1 с.

Рис. 5 Построение U (t)

Проверка корректности полученных данных

При нажатии на клавишу S1 МК пересылает на компьютер данные U и t.

Для их передачи используются стандартные функции выдачи текстовых сообщений. Поэтому для их приема необходимо использовать программную среду, которая позволяет считывать сообщения из портов.

Примером такой программной среды является программа HyperTerminal — стандартная утилита, поставляемая с ОС Windows вплоть до версии ХР. В более новых версиях (Windows Vista, Windows 7) была убрана в связи с редким использованием СОМ порта на современных компьютерах.

После приема данных оператор может наглядно оценить правильность переданной зависимости U (t). Для формирования напряжения на выходе ЦАП оператору необходимо нажать клавишу S2.

Программирование ЦАП

В начале запуска формирователя необходимо выставить настройки для ЦАП. Рассмотрим временные диаграммы работы:

Рис. 6 Временные диаграммы входящих сигналов ЦАП Как видно из диаграмм, для передачи информации на ЦАП необходимо реализовать синхронную передачу 3 сигналов:

· СS

· SCLK

· DIN

Помимо этих трех сигналов необходимо задавать режим работы ЦАП. Их различают 2:

· Режим выходного тока

· Режим выходного напряжения В данной работе ЦАП работает в режиме выходного напряжения. Для этого необходимо на его входы CNF0, CNF1 подавать логические 0 и 1 соответственно. Программирование ЦАП происходит в 2 этапа: передача настроек и передача данных. Первые 8 бит С8, С7… С0 отвечают за регистр режима передачи данных. Биты D15, D14… D0 в зависимости от режима передачи данных несут в себе либо настройки работы ЦАП либо значение напряжения. Точность выходного напряжения равна 0.16 В. Поэтому для получения выходного напряжения 10 В необходимо передать на ЦАП управляющее слово равное 62 500 или же 1 111 010 000 100 100 в двоичной системе исчисления.

Таблица

При этом регистр режима передачи данных должен быть установлен в значения:

Таблица

Рис.

Листинг программы