22.4.3. Коррекция погрешности цпп с пзу

Достоинства и ограничения рассмотренных алгоритмов связаны с исполь­зованием ЦПУ в комплексе с микроЭВМ, которая является потребителем информации ЦПУ и реализует коррекцию.

Преобразователь с умеренным быстродействием в результате взаимодей­ствия с микроЭВМ приобретает высокую точность и стабильность в широком диапазоне внешних воздействий. Если микроЭВМ имеет в системе команд умножение и деление (например микропроцессоры серий KI8I0 и К588 [34]), то вся подпрограмма коррекции такого ЦПУ занимает десятки микросекунд, т. е. время на два порядка меньшее, чем время цикла преобразования инте­грирующего ЦПП.

Однако построение отсчетной части усложняется за счет введения допол­нительных ключей на входе, т. е. в определенной мере снижается основное достоинство такого ЦПУ — простота. Затрудняется автономная работа, сни­жается быстродействие, требуется дополнительное машинное время. Отмечен­ные недостатки ограничивают применение рассмотренных способов коррекции устройствами с низким быстродействием.

В системах повышенного быстродействия и многоканальных ЦПУ нахо­дят применение циклические проебразователи с поразрядным уравновешиванием, что упрощает его сопряжение с микроЭВМ н при соответствующем построении ведет к экономии машинного времени. Возникает возможность и автомати­ческой коррекции статической погрешности отсчетной части преобразователя с использованием внешней микроЭВМ и внутренней памяти преобразователя. Статическая погрешность отсчетной части преобразователя угол—амплитуда-код на основе СКВТ является превалирующей составляющей полной погреш­ности преобразования и определяется нелинейностью характеристик анало­говых элементов, таких как операционные усилители, компараторы напряже­ния, цифро-аналоговые преобразователи и т. п. Жесткие требования по точ­ности и разрешающей способности, предъявляемые к преобразователям, вы­нуждают разработчика использовать прецизионные аналоговые элементы,

требующие тщательной юстировки, что приводит к усложнению схемных ре­шений, возрастанию объема аппаратуры, необходимости регулировочных ра­бот и в конечном итоге — к повышению трудоемкости изготовления и стои­мости преобразователя.

Применяя микроЭВМ, эталонный прецизионный ЦАП и ПЗУ, можно, не предъявляя жестких требований к точности компонентов, получить погреш­ность отсчетной части, не превышающую погрешности эталонного ЦАП.

Алгоритм коррекции статической погрешности таков. МикроЭВМ, запро­граммированная на решение поставленной задачи, выдает в шину данных ШД коды синуса и косинуса эталонного угла, принимающего значения от 0 до — разрядность эталонного ЦАП. Коды синуса и косинуса пре­образуются эталонным ЦАП в напряжения, пропорциональные синусу и ко­синусу эталонного угла, и подаются на входы преобразователя. На выходе преобразователя формируется код цифрового эквивалента угла, поступаю­щий по ЩД в микроЭВМ, которая определяет разность между эталонным и реальным кодами и выдает эту величину на печать. В результате весь массив статической погрешности преобразователя фиксируется на бумажном носите­ле. Далее эта информация заносится в ПЗУ, входящее в состав преобра­зователя, причем на адресные входы ПЗУ подаются значения кода реального угла. Код с выхода преобразователя суммируется с выходным кодом ПЗУ, в результате чего на выходе сумматора формируется код угла, соответствующий эталонному значению. Применение ПЗУ позволяет обеспечить ремонтопригод­ность преобразователя.

При коррекции погрешности преобразователя, формирующего в качестве промежуточной величины код тангенса угла в диапазоне 0°—45° (см. рис. 12.8), алгоритм коррекции видоизменяется. Каждому идеальному значению кода угла на выходе преобразователя соответствуют три старших разряда кода уг­ла и соответствующий этим разрядам код тангенса в диапазоне 0°—45°, ко­торые выводятся на печать совместно с эталонным кодом. Эталонный код угла записывается в ПЗУ, входящее в состав преобразователя. На адресные входы ПЗУ подаются код трех старших разрядов угла и соответствующий ему код тангенса угла. Следовательно, в ПЗУ хранится полный массив скорректи­рованных значений кода угла.

Таким образом, описанный алгоритм позволяет достичь статической точ­ности преобразователя на уровне 14 бит, применяя обычные аналоговые эле­менты, исключить затраты ручного труда на регулировку и одновременно ав­томатизировать контроль точности преобразователя, что существенно снижа­ет затраты на его изготовление.

Рассмотренные здесь алгоритмические способы коррекции ЦПУ с помощью микроЭВМ не исключают использования широко известных для АЦП методов улучшения их точностных характеристик с помощью вычислительных средств.

Они не исчерпывают всего многообразия методов коррекции ЦПУ с мик-роЭВМ. Потенциальные возможности МП позволяют производить статистичес­кую обработку погрешностей и вычисление систематической погрешности, среднеквадратического отклонения случайных погрешностей [11]. Это создает широкие возможности для коррекции систематических и динамических по­грешностей ЦПП. Этому в определенной мере способствуют работы [23, 80], посвященные определению закономерностей, связывающих точность преобра­зователя с погрешностями входящих в него элементов, что необходимо для

решения общих вопросов построения ЦПП и выбора элементов его структуры, а также для количественной оценки погрешностей конкретного преобразова­теля, структура и схемотехника которого отвечают перспективным тенденци­ям развития этой области техники.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Отметим основные тенденции развития ЦПП.

1. Технические возможности ЦПП, а также их технологичность и стои­ мость решающим образом зависят от развития микроэлектроники. Поэтому жизнеспособными окажутся те принципы построения ЦПП, в которых будет максимально упрощен первичный преобразователь и основные функции пре­ образования будут возложены на электронный узел. Таким требованиям в первую очередь отвечают преобразователи перемещение — аналоговый сиг­ нал — код с использованием в качестве первичных преобразователей много­ полюсных и двухполюсных вращающихся трансформаторов, а также накапли­ вающие ЦПП с фотоэлектрическим квантующим первичным преобразовате­ лем. Развитие ЦПП с другими принципами действия определяется конкрет­ ными особенностями применения, например жесткими условиями эксплуатации.

2. Многообразие схемотехнических принципов построения и большое чис­ ло индивидуальных разработок ЦПП должны быть заменены несколькими унифицированными разработками электронных схем с высокой степенью ин­ теграции — в виде модулей, гибридных и твердотельных БИС. Это позволит закрыть значительную долю потребности в ЦПП, а индивидуальные разработ­ ки будут направлены на разумное использование этих БИС или создание ЦПП специального применения.

3. Развитие волоконных оптических линий связи диктует необходимость создания первичных преобразователей с оптическим (а не электрическим) представлением выходной информации. Это существенно упростит ЦПП в целом, особенно если их рассматривать с единых позиций вместе с приемни­ ками информации.

А. Возможность использования микропроцессорных БИС позволяет перей­ти от прямого пути получения высокой точности преобразования к компенса­ционному, при котором ставится задача создать ЦПП в своей основе, не столь точным, сколь стабильным и простым. Если удастся преодолеть трудности, связанные с ограниченным быстродействием микропроцессоров, и решить во­просы гарантированной стабильности ЦПП до коррекции, то выигрыш должен быть большим.

5. Широкие возможности микроэлектроники позволяют на базе одного первичного преобразователя создавать компактные преобразователи нескольких параметров, например перемещения, скорости и ускорения в код. Частично эти вопросы изложены в настоящей книге. Однако возможности этого направле­ ния еще далеко не использованы.

6. Современные ЦПП — сложные высокоточные и быстродействующие устройства. Остается актуальной задача их самоконтроля в условиях эксплуа­ тации. Это особенно важно потому, что зачастую получаемая от ЦПП инфор­ мация полностью воспринимается на веру и не подлежит коррекции. В усло-

виях повышения надежности аппаратуры ЦПП могут оказаться слабым зве­ном.

7. Каков бы ни был уровень унификации, при столь широкой области использования ЦПП нельзя обойтись без разработок, направленных на удо­ влетворение нестандартных (для всех потребителей) требований, например по точности, быстродействию, условиям внешних воздействий и т. п. Горизонты этой работы трудно даже определить.

8. В ближайшей перспективе создание ЦПП, по всей видимости, должно происходить в тесной связи с разработкой других преобразователей информа­ ции, поскольку все они должны объединяться в единую информационно-вычис­ лительную систему, обеспечивающую их совместную работу по точности выполнения функциональной задачи, приоритетности и т. п. Естественно, что такая система должна иметь соответствующие вычислительные средства, реали­ зованные, как и ЦПП, с высокой степенью интеграции.