Современная электроника №9/2018

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 60 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2018 В таблице приведены результа- ты, взятые из 5-й строки каждой из 6 серий измерений. С увеличением N прослеживается явная тенденция к уменьшению разброса значений напряжений. Если при N =8 в 4-й стро- ке присутствует только одно значение (1,20004 В), отличающееся от осталь- ных (1,20005 В), то в следующих двух строках 5-й знак после запятой уже не меняется. Это позволяет утверж- дать, что максимальная точность результата достигается уже при N =16 и осреднения при N =32 проводить не имеет смысла. Поскольку при N =16 Δ t =0,334 с, то, выбрав интервал вре- мени, через который необходимо про- изводить измерения Δ t =0,4 с, можно быть уверенным, что АЦП LB12 успе- ет произвести преобразования с мак- симальной точностью. Другими сло- вами, максимальная точность резуль- тата может быть достигнута при Δ t не более 0,4 с. Представляет интерес сравнение результатов АЦП LB12 с результатами АЦП F067 [1]. 5-й знак после запятой для F067 не меняется при Δ t =0,5 с, a для LB12 этот интервал времени Δ t не пре- вышает 0,4 с. Кроме того, минимальный интервал времени Δ t при измерениях F067 составляет 0,1 с, в то время как минимальный интервал времени для LB12 составляет 0,022 с при N =1. Дру- гими словами, LB12 позволяет исполь- зовать интервалы времени Δ t =0,025 с и Δ t =0,05 с, а F067 такой возможностью не обладает. Из сравнения LB12 и F067 следует явное преимущество первого перед вторым по скорости измерений, тогда как по точности измерений они друг от друга не отличаются. Здесь необходимо отметить, что точность до 5-го знака после запя- той в большинстве случаев является избыточной. Даже цифровые вольт- метры и мультиметры, измеряющие напряжение с точностью до 4-го знака после запятой, сто ′ ят довольно доро- го, а цена приборов с разрешением до 5-го знака после запятой может достигать нескольких тысяч долла- ров. Стоимость же LB12 составляет не более $2. Как известно, SAR-АЦП имеют несколько строго детерминирован- ных типов погрешностей: интеграль- ная нелинейность, погрешность нуля и полной шкалы, погрешность каж- дого канала. Кроме того, для предот- вращения перенапряжений на входах АЦП перед ними в обязательном поряд- ке необходимо устанавливать микро- схемы защиты, например MAX4507, одновременно предохраняющую от перенапряжений 8 каналов. Сопро- тивления каждого канала таких микро- схем также несколько отличаются меж- ду собой. Детерминированность всех этих погрешностей легко компенси- руется вводом специальных калибро- вочных коэффициентов для каждого канала, и впоследствии в программе для компьютера каждое из измерен- ных напряжений по конкретному каналу компенсируется путём умно- жения на соответствующий калибро- вочный коэффициент. Умножение в компьютере занимает ничтожно малое время и не оказывает никакого влия- ния на скорость вывода результатов. Опыт показывает, что однажды вве- дённые коэффициенты не изменяют- ся в течение достаточно долгого време- ни, исчисляемого месяцами и годами. В ΔΣ -АЦП, например в ADS1210, кали- бровку нуля и полной шкалы прихо- дится проводить перед каждым измере- нием. В таких АЦП перед измерением также требуется установка цифрово- го фильтра, на что тратится дополни- тельное время. Помимо прочего, доста- точно высокая стоимость ΔΣ -АЦП не выдерживает никакой конкуренции с SAR-АЦП. З АКЛЮЧЕНИЕ Результаты, приведённые в статье, свидетельствуют о том, что метод передискретизации и осреднения, применённый для АЦП микрокон- троллера EFM8LB12F64, позволяет использовать этот микроконтрол- лер вместо C8051F067 в самых раз- личных средствах измерения напря- жений, в том числе в компьютерно- микроконтроллерных системах сбора и обработки измерительной инфор- мации. Применение микроконтролле- ра EFM8LB12F64 в подобных системах позволит существенно улучшить их скоростные характеристики и надёж- ность, значительно снизить стоимость и тем самым повысить их конкуренто- способность. Л ИТЕРАТУРА 1. Кузьминов А. Как заставить встроенный в микроконтроллер АЦП поразрядного уравновешивания работать с разрешени- ем дельта-сигма-АЦП. Современная элек- троника. 2012. № 3. 2. Кузьминов А. Преобразователь интер- фейсов USB-SPI на базе нового 51-совместимого микроконтроллера EFM8UB1. Современная электроника. 2017. № 1–3. 3. Кузьминов А.Ю. Связь между компьюте- ром и микроконтроллером. Современ- ные аппаратные и программные сред- ства. –М.: Перо, 2018. 4. Кузьминов А. Изготовление устройств на печатныхплатах с высокимразрешением в домашних условиях. Технологии в элек- троннойпромышленности. 2010.№8–10. 2011.№1, 2. 5. Кузьминов А. Технология изготовления печатных плат с высоким разрешени- ем в любительских условиях. Радио. 2017. № 10. 6. ImprovingADCResolutionbyOversampling and Averaging. AN118: www.silabs.com . Результаты работы АЦП LB12 при различных значениях N Режим измерений Номер канала 1 2 3 4 5 6 7 8 U, В N =1, Δ t =0,022 с 1,20007 1,20003 1,20006 1,20007 1,20004 1,20003 1,20002 1,20005 N =2, Δ t =0,042 с 1,20004 1,20007 1,20007 1,20004 1,20005 1,20008 1,20005 1,20002 N =4, Δ t =0,085 с 1,20006 1,20004 1,20007 1,20004 1,20006 1,20004 1,20005 1,20004 N =8, Δ t =0,167 с 1,20005 1,20005 1,20005 1,20005 1,20005 1,20004 1,20005 1,20005 N =16, Δ t =0,334 с 1,20005 1,20005 1,20005 1,20005 1,20005 1,20005 1,20005 1,20005 N =32, Δ t =0,667 с 1,20005 1,20005 1,20005 1,20005 1,20005 1,20005 1,20005 1,20005