Современная электроника №2/2021

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 20 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021 Цифровой вольтметр с высоким разрешением Часть 4. Настройка устройств Рис. 24. График зависимости показаний АЦП от входного напряжения в безразмерных координатах Рис. 25. Калибровка нуля: а) индикация процесса калибровки; б) результат калибровки Статья посвящена цифровому вольтметру с разрешением 6 десятичных разрядов на базе микроконтроллера EFM8LB12, оснащённому 14-разрядным SAR АЦП. Высокое разрешение прибора получено в результате использования известного метода передискретизации и осреднения, позволяющего существенно поднять разрешающую способность АЦП. В предыдущих частях были представлены принципиальные схемы устройств и программные средства. Отдельно было уделено внимание разводке и изготовлению печатных плат. Заключительная часть посвящена настройке прибора. Алексей Кузьминов (compmicrosys@mail.ru ) Настройка приборов заключается в проведении процедур калибровки нуля и полной шкалы, а также в настрой- ке аттенюатора (делителя входного напряжения) подстроечными резисто- рами R4 и R6 (см. рис. 1, 4). Но прежде чем описывать эти процедуры, стоит уделить некоторое внимание сути кали- бровки нуля и полной шкалы. На рисунке 24 приведён график зависимости показаний АЦП (ось y) от входного напряжения (ось x), построенный в безразмерных коор- динатах. Это означает, что показания АЦП и входное напряжение отнесе- ны к значению опорного напряже- ния, составляющему в данном слу- чае 3 В, но оно может быть и любым другим. Чёрным цветом показа- на идеальная прямая передаточной функции АЦП, уравнение которой: у = х (или y = Kx + B, где K = 1, а B = 0). Коэффициент K – это тангенс угла наклона прямой, а B – смещение. На графике приведены две реаль- ные передаточные функции (синяя и красная прямые), имеющие раз- ный наклон и смещение. Тот факт, что это именно прямые, а не кривые, будет обоснован далее. Синяя прямая, как можно заметить, пересекает ось y при y = 0,2 (B = 0,2). Обозначим это сме- щение V0 и будем называть его сме- щением нуля. Тангенс угла наклона K этой прямой равен 0,5. Как скорректи- ровать показания АЦП, если они соот- ветствуют синей прямой? Например, при x = 0,6 показания АЦП, очевидно, будут 0,5, а в идеальном случае (чёр- ная прямая) – 0,6. Чтобы скорректи- ровать показания АЦП, необходимо, во-первых, устранить смещение V0 и, во-вторых, скорректировать коэф- фициент наклона прямой. Пусть пока- зания АЦП равны V (например, V=0,5 при x = 0,6). Для коррекции, очевидно, вначале нужно из показания V вычесть смещение V0, затем найти реаль- ный тангенс угла наклона или реаль- ный коэффициент k р : k р = (V1–V0)/1. Далее следует определить, во сколько раз реальный коэффициент k р мень- ше идеального (равного 1): 1/k р = 1/ (V1–V0). Обозначим 1/k р = k и назо- вём k коэффициентом коррекции. Если теперь умножить разность (V–V0) на коэффициент коррекции k, то мы полу- чим скорректированное (правильное) значение показаний V к =k(V – V0). Про- верим полученную формулу. Имеем: k = 1/(0,7 – 0,2) = 1/0,5 = 2; V–V0 = 0,5 – 0,2 = 0,3; V к =k(V – V0) = 2 × 0,3 = 0,6. Это как раз и есть правильное значе- ние при x = 0,6. Таким образом, для нахождения пра- вильного значения измеренного АЦП напряженияVсначаланеобходимоопре- делить коэффициент k = 1/(V1 – V0), затем вычислить разность V – V0 и умножить её на k: V к =k(V – V0). Для нахождения V0, очевидно, тре- буется подать на вход АЦП нулевой потенциал, т.е. соединить сигнал CALV с «землёй» в разъёме XC1 (см. рис. 1, 4). Для этого между контактами 2 и 3 потребуется установить перемычку. Назовём эту процедуру калибров- кой нуля. Для того чтобы «сообщить» микроконтроллеру о том, что требу- ется произвести калибровку нуля (т.е. запустить подпрограмму калибровки нуля), в разъёме XC2 (рис. 1, 4) потребу- ется заземлить сигнал CAL0, т.е. подать на него низкий уровень напряжения (лог. 0). Для этого необходимо соеди- нить контакты 1 и 2 разъема XC2. Кро- ме того, потребуется снять с разъёма XD (рис. 1, 4) ответную часть XD1 (см. рис. 2б, 5г), соединяющую его с переключа- телем диапазона измерений, или, дру- гими словами, отключить аттенюатор, чтобы он не мешал калибровке. Таким образом, процедура калибровки нуля заключается в следующем: 1. перед включением питания соеди- нить джамперами контакты 2, 3 в разъёме XC1 и контакты 1 и 2 в разъ- ёме XC2; 2. снять с разъёма XD ответную часть XD1; 3. включить питание. «Обнаружив», что требуется выпол- нить калибровку нуля, микроконтрол- 1,0 0,9 V1 V0 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 tg α = 0,5 tg α = 0,75 tg α = 1 0,3 0,2 0,1 0,05 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 х y α α α а б

RkJQdWJsaXNoZXIy MTQ4NjUy