1 / 49

ELEMENTI AUTOMATIZACIJE POSTROJENJA

A/D pretvarači. D/A pretvarači. Mikrokontroleri. ELEMENTI AUTOMATIZACIJE POSTROJENJA. PM motori Koračni motori. Prethodno predavanje. Uzimanje uzoraka iz kontinuiranog signala A/D pretvarači D/A pretvarači. SADRŽAJ. Uzimanje uzorka iz kontinuiranog analognog signala. SAMPLE AND HOLD.

rogan-sharp
Télécharger la présentation

ELEMENTI AUTOMATIZACIJE POSTROJENJA

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. A/D pretvarači. D/A pretvarači. Mikrokontroleri. ELEMENTI AUTOMATIZACIJE POSTROJENJA

  2. PM motori Koračni motori Predavanje 9 - EAP Prethodno predavanje

  3. Uzimanje uzoraka iz kontinuiranog signala A/D pretvarači D/A pretvarači Predavanje 9 - EAP SADRŽAJ

  4. Uzimanje uzorka iz kontinuiranog analognog signala Predavanje 9 - EAP SAMPLE AND HOLD Sklop za uzimanje uzorka analognog signala i njegovo pamćenje

  5. Upravljanje – frekvencija uzorkovanja • Napon na kondenzatoru • Pražnjenje kondenzatora – engl. leakage Predavanje 9 - EAP SAMPLE AND HOLD

  6. Načelo rada analogno/digitalnog pretvornika. A/D pretvornik ne pretvara u digitalni oblik cjelokupan analogni signal već samo uzorke u vremenu Predavanje 9 - EAP A/D pretvarači Uzorkovanje analognog signala u vremenu.

  7. Gustoća uzorkovanja odrediti će kvalitetu "praćenja" oblika analognog signala. • Između dva uzorkovanja vrši se pretvorba veličine uzorka u binarnu kombinaciju. • To znači da će se za 8 bitne binarne kombinacije veličini uzorka moći pridružiti jedna od 256 binarnih kombinacija. • Povećani broj bita u kombinaciji omogućiti će finije "praćenje" veličine uzorka - razlučivost. • Veća gustoća uzorkovanja i veća razlučivost usložnjavaju izradu A/D pretvornika. Predavanje 9 - EAP A/D pretvarači

  8. Predavanje 9 - EAP A/D pretvarači

  9. Metode A/D pretvorbe: • Wilkinsonova metoda • Temelji se na pretvorbi amplitude ulaznog signala u vrijeme, a zatim se mjerenjem tog vremena dobije binarni broj. • Metoda sukcesivne aproksimacije • mjereni ulazni napon uspoređuje sa sumom stepeničastih naponskih koraka tako dugo dok ta suma ne bude približno jednaka mjerenoj ulaznoj veličini. Pritom su ti stepeničasti koraci promjenljive veličine. Predavanje 9 - EAP A/D pretvarači

  10. A/D pretvornik zasnovan na načelu usporedbe promatranog ulaznog signala s poznatim pilastim signalom jedan je od najjednostavnijih načina Predavanje 9 - EAP A/D pretvarači Wilkinsova metoda

  11. Prema opisanom načelu rada jasno je da će vrijednost uzorka prilikom brojanja uvijek biti manja od stvarne vrijednosti ulaznog analognog napona, jer brojanje prestaje u momentu izjednačavanja pilastog i mjerenog napona. • Vrijeme potrebno za A/D konverziju nije konstantno. Predavanje 9 - EAP A/D pretvarači

  12. Generator sukcesivne aproksimacije - konstantno vrijeme konverzije, brži. • Brzina pretvorbe do 5 Msps, razlučivost 8-16 bita. • Pretvorba se obavlja postupkom binarnog pretraživanja. Predavanje 9 - EAP A/D pretvarači

  13. Primjer komparatora realiziran pomoću jednog operacijskog pojačala Predavanje 9 - EAP A/D pretvarači

  14. Sigma – delta pretvarači. • Brzina pretvorbe do 1 Msps (tipično 0,1 Msps), razlučivost 14-20bita). • Ulazni signal se kompenzira u povratnoj vezi preko 1-bit A/D i D/Apretvarača frekvencijom višestruko većom od osnovne frekvencijeA/D pretvarača. • Gustoća logičkih jedinica u signalu y(n)proporcionalna je vrijednosti ulaznog signala. Predavanje 9 - EAP A/D pretvarači

  15. Flash ADC • Naziva se i paralelni A/D pretvarač • Koristi niz komparatora, a svaki komparator uspoređuje ulazni signal s jedinstvenim referentnim naponom. • Izlazi komparatora povezani su s enkoderom koji za izlaz ima binarni broj Predavanje 9 - EAP A/D pretvarači

  16. Flash ADC • Primjer 3-bitnog flash AD pretvarača: • velika brzina pretvorbe (većaod 1Gsps) • mala razlučivost(do 8 bita) • pretvorba se obavlja u jednomkoraku • pretvarač sadrži 2N-1komparatora • naponsko djelilo sa 2Notpornika generira referentnenapone s kojima seuspoređuje ulazni napon Predavanje 9 - EAP A/D pretvarači

  17. Višekanalni mjerni sustav s objedinjenim podsustavima: Predavanje 9 - EAP A/D pretvarači

  18. Multiplekseromogućava da se u pravilnim vremenski razmacima omogući diskretno praćenje svih fizikalnih veličina na ulazu. • Komponente-podsustavi koje slijede iza multipleksera imaju slijedeću zadaću: 1. Pojačalo s filtrom • Pojačalo ima zadaću pojačati ili smanjiti ulazni analogni signal na odgovarajuću veličinu. • Često se koristi normalizirana vrijednost na izlazu iz pojačala. • Filtar ima zadaću da otkloni sve više harmonike povrh frekvencije uzorkovanja. Predavanje 9 - EAP A/D pretvarači

  19. 2. S/H (Sample & Hold) sklop • Sample&Hold sklop ima zadaću da u trenutku uzorkovanja očita vrijednost analognog signala na ulazu je ga zadrži sve do narednog uzorkovanja. • Na neki način djeluje kao memorija za pamćenje analogne vrijednosti između uzorkovanja kako se na ulazu u A/D sklop ne bi mijenjala vrijednost tijekom pretvorbe. Predavanje 9 - EAP A/D pretvarači

  20. A/D pretvornik • Analogno-digitalni pretvornik će u vremenu između dva uzorkovanja izvršiti pretvorbe analogne vrijednosti u binarni zapis, najčešće u BCD kodu. Port računala • Port računala je međusklop (kanal) koji binarnu vrijednost isporučuje na sabirnicu računala i zadaje se kao brojčana vrijednost prema preporuci proizvođača. • Moguće je da će trebati povesti računa da ne dođe do IRQ konflikta. Predavanje 9 - EAP A/D pretvarači

  21. Digitalno analogni (D/A) pretvarač predstavlja sučelje između digitalnih i analognih sustava. • Digitalno analogni pretvarač prihvaća na svom ulazu n bitni paralelni digitalni kod, a na izlazu daje odgovarajuću analognu vrijednost napona ili struje. Predavanje 9 - EAP D/A pretvarači

  22. Unatoč mnogim prednostima koje imaju digitalno kodirani signali, ipak je analogni prikaz u mnogo slučajeva povoljniji. • Primjer: cjelokupnim uvidom u skalu mjernog instrumenta može brzo odrediti prema položaju kazaljke instrumenta gdje je otprilike mjerena veličina u odnosu na promatrani mjerni opseg. • Načini realizacije D/A pretvarača su vrlo raznoliki ali u načelu koriste mrežom otpora ili mrežom strujnih izvora u takozvanoj paralelnoj pretvorbi kada se u jednom koraku binarnoj kombinaciji dodjeljuje izlazni signal. Predavanje 9 - EAP D/A pretvarači

  23. Predavanje 9 - EAP • Iznos analognog izlaznog napona n bitnog ulaznog binarnog koda slijedi iz izraza • pri čemu je Viz = analogni izlazni napon; Vref = referentni analogni ulazni napon; b0 = bit najveće težine ulaznog binarnog koda; bn-1 = bit najmanje težine ulaznog binarnog koda D/A pretvarači

  24. Predavanje 9 - EAP • Operaciono pojačalo se koristi na izlazu sklopa radi strujno naponske pretvorbe. • Kod primjena koje zahtjevaju brze D/A pretvorbe uz ograničeno područje izlaznog napona, strujno naponska pretvorba se ostvaruje pomoću otpornika, čime se uklanja kašnjenje u radu operacionog pojačala. D/A pretvarači

  25. Digitalno-Analogni pretvornik s težinskim otporima: Predavanje 9 - EAP D/A pretvarači

  26. Naziv paralelna pretvorba dolaziod toga što se istovremeno na sve sklopke dovode odgovarajući bit-ovi od LSB do MSB bit-a (bit-ovi najveće i najmanje težinske vrijednosti). • Sklopkama upravljaju binarne kombinacije, u primjeru sa slike veličine 4 bit-a. • Sklopke po izvedbi mogu biti elektromehaničke ili elektroničke, češće ove druge. • Odnos izlaznog i ulaznog (referentnog) napona pojednostavljeno se može prikazati matematičkim izrazom: Predavanje 9 - EAP D/A pretvarači

  27. Nedostatak prikazanog sklopa je u tome što se zahtijevaju točni odnosi između pojedinih otpornika. • Posljedica: radije se pribjegava takozvanoj R-2R otpornoj mreži koja koristi samo dvije vrijednosti otpornika što je tehnološki čini jednostavnijom za izradu. Predavanje 9 - EAP D/A pretvarači

  28. Svaka sklopka s prethodne slike doprinosi svojom težinskom komponentom vrijednosti izlaznog napona, što dovodi do izlaznog napona koji je proporcionalan ulaznom binarnom kodu. • Pretvarač je praktičan za izvedbu, brz i pouzdan u radu. Predavanje 9 - EAP D/A pretvarači

  29. Primjer osam bitnog R-2R D/A pretvarača predstavlja integrirani krug AD558. Predavanje 9 - EAP D/A pretvarači Complete 8-bit DAC Voltage Output-2 Reference Single-Supply Operation: +5 V to +15 V Full Microprocessor Interface Fast: 1 ±s Voltage settling to ±1/2 LSB Low Power: 75 mW No User Trims Guaranteed Monotonic Over Temperature All Errors Specified Tmin to Tmax Small 16-Pin DIP and 20-PIN PLCC Packages Single Laser-Wafer-Trimmed Chip for Hybrids

  30. Primjer osam bitnog R-2R D/A pretvarača predstavlja integrirani krug AD558. Predavanje 9 - EAP D/A pretvarači

  31. Mikrokontroleri su elektronički uređaji koji slično kao i računala, imaju zadaću da zamjene čovjeka u kontroli dijela proizvodnog procesa ili gotovo cijelog proizvodnog procesa. • PC • standardni ulaz: tipkovnica i miš (eventualno igrača palica) standardni izlaz: monitor ili tiskač • Mikrokontroler • Standardni ulaz i izlaz? • Mikrokontroleri uglavnom dizajnirani za specifične zadaće vrlo raznolike od slučaja do slučaja. Predavanje 9 - EAP mikrokontroleri

  32. Ulazi mikrokontrolera: • analogni • digitalni • Podatke isporučuje nekakav mjerni pretvornik (senzor). Predavanje 9 - EAP mikrokontroleri

  33. Izlazi iz mikrokontrolera: • analogni • digitalni • Analogni izlazi, bilo naponski ili strujni, mogu se elektromehaničkim sklopovima pretvoriti u neku korisnu radnju kao promjena položaja nekog predmeta, povećanje brzine vrtnje motora i slično. • Najjednostavniji primjer je lampica upozorenja koja upozorava čovjeka na promjenu ili neispravnost. Predavanje 9 - EAP mikrokontroleri

  34. Ulaz i izlaz mikrokontrolera nije isključivo vezan na komunikaciju sa strojem. • Vrlo rijetko kontroler nema neki vid komunikacije prema korisniku, na primjer s lampicama ili s digitalnim pokazivačem. • Nisu rijetki slučajevi da se za komunikaciju s čovjekom koristi računalo tipa PC. • Mikrokontroleri prema načinu izrade i komunikacije s okolišem mogu svrstati u jednu od dvije osnovne kategorije: • Mikrokontroler kao samostalna upravljačka jedinica • Mikrokontroler kao osobita kartica u jednom od utora PC računala, Predavanje 9 - EAP mikrokontroleri

  35. Mikrokontroler radi na načelu vrlo bliskom računalu. • On je u istinu malo računalo, a složenost mu ovisi o složenosti zadaće koju ima nadzirati Predavanje 9 - EAP Mikrokontroleri: blok-shema

  36. Koje će sve elemente sadržavati i koliko moćne ovisiti će o njegovoj namijeni. • CPU je jednostavniji od sklopova namijenjenih PC konfiguracijama, obično nekad popularni Zilog-Z80 ili neki iz porodice INTEL- ovih procesora. Predavanje 9 - EAP Mikrokontroleri

  37. Relativno mali radni takt reda 10MHz • Mali broj jednostavnih instrukcija, red veličine oko 100 • Radna memorija (RAM) reda KB • Stalna memorija s programskim kodom u PROM ili EPROM izvedbi • Brojači različitih namjena kao sat, brojač impulsa i drugi • Brojač za nadzor ispravnog rada - WDT (Watch Dog Timer) • Ulazno/Izlazni kanali (port-ovi) za prihvat i slanje podataka • A/D i D/A pretvornici razlučivosti prema namjeni, uobičajeno 8 bit-ni • Širok raspon napona napajanja • Svi navedeni elementi ne moraju biti nužno zastupljenu u mikrokontroleru. • Od namjene mikrokontrolera ovisiti će njegov izbor te će jedni imati više U/I port-ova, a drugi više multipleksiranih A/D pretvornika i slično. Predavanje 9 - EAP Mikrokontroleri - svojstva

  38. Predavanje 9 - EAP Mikrokontroleri - Primjer:Siemens SAB 80535

  39. Predavanje 9 - EAP • 8 bit-ni mikrokontroler (CPU) i proizvodi se u dvije verzije, 80515 i 80535. • Prva sadrži programsku memoriju (ROM) ugrađenu u mikrokontroler i izrađuje se po narudžbi s željenim programskim kodom. • Druga ne posjeduje ugrađenu programsku memoriju već se ona dodaje izvana. • Po ostalim elementima potpuno su identični. Mikrokontroleri - Primjer:Siemens SAB 80535

  40. Predavanje 9 - EAP • Vrijeme izvršavanja instrukcije: 1 mikrosekunda • Radni takt: • 12MHz kojeg daje oscilator s kristalom kvarca dodanim izvan čip-a. • 256 Bajt-a unutrašnje radne memorije: • 128 Bajt-a osigurano za 41 registar opće namijene • Akumulator i 32 registra posebne namijene • Aritmetički i pokazivački registri • Registri za prijenos podataka izmeđi CPU i periferija. Mikrokontroleri - Primjer:Siemens SAB 80535

  41. Predavanje 9 - EAP • Unutrašnja radna (RAM) i programska (ROM) memorija mogu se proširiti do 64KB dodacima izvana. • Hoće li se izvršavati kod iz radne ili programske memorije ovisi o stanju na izvodu EA (External memory Access). • Pristup vanjskoj memoriji upravlja se preko izvoda PSEN (Program Store ENable). • Izvodi: • normalno napajanje • pričuvno napajanje • referentni napon • reset mikrokontrolera • ... Mikrokontroleri - Primjer:Siemens SAB 80535

  42. Predavanje 9 - EAP • Razrađena mogućnost prekida (Interrupt) programa s ukupno 12 mogućih izvora prekida uz moguću raspodjelu na 4 prioritetna nivoa. • ’Watchdog' koji se može pomoću programa aktivirati ali ne i isključiti. • U/I portovi (P0-P5) su 8 bit-ni i dvosmjerni • A/D pretvornik - 8 bit-ni. • Radi po načelu sukscesivne aproksimacije. • Vrijeme uzorkovanja je 5 mikrosekundi, a vrijeme pretvorbe 20 mikrosekundi. Mikrokontroleri - Primjer:Siemens SAB 80535

  43. Predavanje 9 - EAP • S&H sklop za pamćenje vrijednosti uzorka analognog signala. • Multiplekser vodi brigu o 8 mogućih analognih ulaza za korištenje. • Mikrokontroler sadrži tri 16 bit-na brojača. Svaki od njih može se definirati kao klasičan brojač, dijelilo ili nešto drugo koristeći interni ili vanjski takt Mikrokontroleri - Primjer:Siemens SAB 80535

  44. Predavanje 9 - EAP • Mikrokontroler koristi skup od 111 instrukcija od čega je 49 instrukcija duljine 1B, 45 duljine 2B i 17 duljine 3B. Instrukcije se mogu podijeliti na: • Instrukcije za prijenos • Aritmetičke instrukcije • Instrukcije za kontrolu prijenosa Mikrokontroleri - Primjer:Siemens SAB 80535

  45. Predavanje 9 - EAP • Specijalno dizajnirani brojač. • Ako program upisan u memoriju mikrokontrolera ispravno radi on će povremeno u prikladnim vremenskim razmacima (do 100ms) vratiti kontrolni brojač na početnu vrijednost. • Ako pak brojač u svom radu odbroji do kraja, zadnjim brojem stavlja na znanje CPU mikrokontrolera da je došlo do nepravilnosti u radu programa jer nije bio vraćen na početnu vrijednost. • CPU pokreće programsku rutini za ponovnu inicijalizaciju mikrokontrolera ili se odvija neka druga predviđena zaštitna radnja Mikrokontroleri - WDT sustavnadzora

  46. Predavanje 9 - EAP • Na taj način onemogućava se duži nepravilan rad mikrokontrolera bez obzira na razloge uzroka nepravilnosti. • Ova metoda nadzora višestruko povećava sigurnost sustava kojeg mikrokontroler nadzire Mikrokontroleri - WDT sustavnadzora

  47. Predavanje 9 - EAP • Robustnost: • Obično se u sklopu uređaja s mikrokontrolera nalazi i mala baterija kojoj vijek trajanja doseže i do 10 godina. • Zajedno sa sustavom WDT za nadzor ispravnog rada mikrokontrolera, proizlazi da će podaci u RAM- u uvijek biti očuvani te da za redovnim servisom gotovo da nema potrebe. • Naravno, baterija zamjenjuje i napajanje cjelokupnog sklopa u slučaju nestanka struje, slično kao što rade on-line UPS uređaji Mikrokontroleri

  48. Predavanje 9 - EAP • Mikrokontroleri s EPROM memorijom pogodni su za razvoj uređaja jer omogućavaju reprogramiranje sadržaja EPROM-a. • Vrste uređaja za programiranje EPROM-a • samostalni uređaji s vlastitim procesorom i sučeljem za upis podataka u EPROM • uređaji koji se obično priključe na paralelni (CENTRONICS) port računala koje im tada služi kao sučelje. • U drugom slučaju su znatno jeftiniji ali je potrebna odgovarajuća programska potpora za upis programskog koda u EPROM Mikrokontroleri

  49. Predavanje 9 - EAP • Programska potpora mora: • Osigurati potpun pristup EPROM-u putem izbornika • Automatski prepoznati grafičku karticu računala i frekvenciju sistemskog takta porta te je prilagoditi uređaju • Automatski prepoznati koja vrsta EPROM-a je umetnuta u uređaj za programiranje, tip i proizvođača • Omogućiti brisanje prethodnog sadržaja EPROM-a • Uspoređivanje sadržaja dvaju EPROM-a • Upisivanje programskog koda u EPROM • Očitavanje upisanog koda i testiranje Mikrokontroleri

More Related