Современная электроника №2/2021

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 22 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021 чёрточка, дополнительно показыва- ющая, что производится калибров- ка полной шкалы. Результат должен строго равняться «3,00000». После окончания калибровки с разъёмов XC1 и XC2 необходимо снять обе перемычки. Далее следует произвести настрой- ку аттенюатора подстроечными рези- сторами R4 и R6 (см. рис. 1, 4). Для это- го потребуется перемычка, с помощью которой необходимо подать опорное напряжение (сигнал Vref) с разъёма XC1 (1-й контакт) на вход прибора – сигнал Вх+ разъёма XUвх (2-й кон- такт). Такую перемычку можно изго- товить из одножильного провода (например, МГТФ-0,2) длиной около 5 см. На один конец провода нужно припаять ответное для разъёма XUвх цанговое гнездо, а на второй – гнездо, ответное для штыря с шагом 1,27 мм для разъёма XC1. Перед включением питания необходимо установить эту перемычку, а также подключить разъ- ём от кабеля для переключателя диа- пазона к разъёму XD. Диапазон изме- рений следует установить 0…60 В. После включения питания резисто- ром R6 настроить показание ЖКИ, рав- ным по возможности 3,0000 В. Далее (можно, не выключая питания) пере- ключить диапазон на 0…6 В и настро- ить резистором R4 показание ЖКИ, равным 3,00000 В. После этого пита- ние следует выключить, а перемыч- ку снять. На этом настройка прибора заканчивается. Здесь следует добавить следую- щее. В справочном листке на микро- контроллер EFM8LB12 указаны четы- Рис. 27. Измерение напряжения: а) щелочной батарейки АА; б) батареи «Крона» ре вида погрешностей, из которых максимальная – погрешность накло- на. В нашем случае это погрешность полной шкалы. Погрешность смеще- ния нуля на несколько битов мень- ше; ещё на несколько битов мень- ше интегральная нелинейность. И последняя погрешность – диффе- ренциальная нелинейность. Она ещё на несколько битов меньше. Пря- мое измерение напряжения показа- ло, что погрешность смещения нуля (V0) практически равна нулю (по крайней мере, при том методе изме- рения напряжения и его осреднения по 65536 значениям). Другими сло- вами, 5-й знак после запятой в диа- пазоне 0…6 В нулевой. В связи с этим, в принципе, калибровка нуля практи- чески ничего существенного не даёт, и её вполне можно исключить. Одна- ко этот факт, а также то, что погреш- ность интегральной нелинейности на несколько битов меньше погреш- ности смещения нуля, означает, что погрешность интегральной нелиней- ности ничтожно мала, и её учитывать не имеет практического смысла. То же самое касается и дифференциальной нелинейности. А раз так, то с достаточ- но большой точностью можно конста- тировать, что красная и синяя линии, приведённые на рисунке 25 для при- мера, – это прямые (а не кривые), и все рассуждения по поводу формулы получения реального напряжения с учётом погрешностей смещения нуля и полной шкалы вполне логичны. Кста- ти, прямое измерение показало также, что погрешность полной шкалы явля- ется относительно малой величиной. а б Корректирующий коэффициент пол- ной шкалы, по результатам проведён- ных измерений, варьировался от 1,01 до 1,015, т.е. погрешность составляет всего от 1 до 1,5%. Примеры работы вольтметра Измерение вольтметром напряже- ния новой батарейки АА (см. рис. 27а) показывает, что её напряжение суще- ственно выше 1,5 В. В то же время изме- рение напряжения батареи типа «Кро- на», которая проработала более 4 лет (см. рис. 27б), показывает, что её напря- жение уже несколько меньше номи- нального значения 9 В. Заключение За высокое разрешение вольтме- тра неизбежно приходится платить: прибор не имеет защиты ни от пере- полюсовки, ни от превышения изме- ряемого напряжения максимальных значений на использованных диа- пазонах. Однако в ситуациях, когда требуется произвести всего два–три относительно точных измерения напряжения, чтобы удостоверить- ся в полученных результатах, покуп- ка дорогостоящего прибора являет- ся нецелесообразной. Вот в таких случаях описанный прибор и может оказать неоценимую помощь. Приме- нённый метод передискретизации и осреднения, позволяющий суще- ственно поднять разрешающую спо- собность АЦП, можно использовать не только в других микроконтроллерах со встроенными АЦП, но и в отдель- ных относительно скоростных АЦП, сопряжённых с микроконтроллером. Подобную конструкцию устройства и программные средства можно приме- нить не только для измерения напря- жения, но и в более широких обла- стях. Если оборудовать подобное устройство различными датчиками физических величин (например, дат- чиками давления, температуры, силы, влажности и т.п.), то можно получить достаточно точные автономные изме- рители этих величин (манометры, барометры, термометры, динамоме- тры, влагомеры и т.п.) с цифровой индикацией. Даже описанный в дан- ной статье прибор можно использовать для относительно точного измерения сопротивления, для этого необходим только прецизионный резистор. Таким образом, область применения опи- санного устройства, на взгляд автора, довольно широка.