2.3. Преобразование сигналов
Систему управления можно представить в виде устройства, на входы I (Input) которого подаются аналоговые AI и дискретные DI сигналы от датчиков, а с выхода О (Output) снимаются аналоговые АО и дискретные DO команды управления объектом (рис. 2.50).
Рис. 2.50. Схема управлением объектом
Для подключения распределенных по оборудованию датчиков и исполнительных устройств к быстродействующему микропроцессорному устройству управления необходимы защита от дребезга контактов на входе устройства, гальваническая развязка входных и выходных сигналов, преобразование импульсов напряжения входных устройств в форму внутренних сигналов микропроцессорного устройства, преобразование выходных сигналов в напряжения управления исполнительными устройствами, аналого-циф-ровое (АЦП) и цифроаналоговое (ЦАП) преобразования (рис. 2.51).
Рис. 2.51. Сопряжение аналоговых датчиков и исполнительных
устройств с микроЭВМ
Дребезг контактов – это кратковременное отскакивание контактов датчика друг от друга после их первого замыкания. Продолжительность отскакивания достаточна для перехода быстродейству-ющего устройства управления, к которому подключен датчик, в не-предусмотренное алгоритмом состояние. Для защиты от дребезга контактов вводят инерционные элементы на входе (а) или специальные подпрограммы (б) в программе работы порта ввода (рис. 2.52).
Рис. 2.52. Защита от дребезга контактов датчика:
а – аппаратная; б – программная
Гальваническая развязка между датчиками и устройством управления необходима для защиты микроЭВМ от бросков напряжения на входе, например при попадании высокого напряжения в линию связи, а также для исключения связи датчиков через устройство управления. В качестве устройств гальванической развязки применяют оптическую пару, реле, трансформатор или геркон, не имеющие электрического контакта между входом и выходом (рис. 2.53). Эти устройства часто дополняют индикаторами сигнала. Гальваническая развязка требуется также для выходов микроЭВМ.
Рис. 2.53. Способы гальванической развязки на входе
программируемого контроллера:
а – оптическая пара; б – реле; в – магнитоуправляемый
контакт; г – трансформатор
Формирование искаженных линией связи сигналов от разнообразных датчиков в уровень внутреннего напряжения устройства управления осуществляют с помощью триггера (рис. 2.54). При напряжении на входе выше заданного уровня триггер переходит в состояние «1», при снижении – в состояние «0».
Рис. 2.54. Преобразование произвольного сигнала датчика
В стандартный вид
Для защиты от импульсных помех в линии связи применяют интегратор (рис. 2.55). При появлении импульсной помехи в интеграторе происходят заряд и разряд конденсатора.
Рис. 2.55. Фильтрация импульсных помех в линии связи
микроЭВМ с датчиком
Особенно трудно ввести в цифровое устройство управления аналоговые сигналы датчиков. Чтобы уменьшить стоимость входных устройств, применяют поочередную обработку сигналов нескольких датчиков на одном входе устройства управления с помощью мультиплексора, схемы выборки-запоминания, аналого-цифро-вого преобразователя и порта ввода-вывода (рис. 2.56).
Порт ввода-вывода управляет мультиплексором, поочередно подключающим датчики к входу управляющего устройства, и схемой выборки-запоминания, сохраняющей сигнал на время его преобразования в цифровую форму с помощью АЦП. Для исключения потерь информации при преобразовании аналогового сигнала датчика в цифровую форму преобразование сигнала надо проводить как можно чаще, но это потребует увеличения быстродействия АЦП. Поэтому частоту выборки сигнала задают по правилу Котельникова: аналоговый сигнал восстанавливается полностью, если частота выборки его значений вдвое больше максимальной частоты в спектре сигнала. Цифровой сигнал поступает в порт ввода-выво-да, который выводит его на шины микропроцессора, а затем включает мультиплексор, схему выборки-запоминания и АЦП для приема сигнала следующего датчика.
Рис. 2.56. Ввод аналоговых сигналов в микропроцессорное
устройство управления
Простой аналого-цифровой преобразователь параллельного типа состоит из нескольких параллельно включенных компарато- ров K1,…, Kn, каждый из которых с помощью резисторов R1,…, Rn настроен на определенный уровень входного напряжения Uвх (рис. 2.57). Выходы компараторов соединены с входом шифратора, преобразующего набор двухпозиционных состояний компараторов в цифровой код выходного напряжения.
Цифроаналоговый преобразователь формирует аналоговое напряжение в зависимости от цифрового кода на входе. Он может быть реализован в виде усилителя У, вход которого соединен с делителями напряжения, их число равно числу разрядов входного кода (рис. 2.58).
Рис. 2.57. Параллельный аналого-цифровой преобразователь
Рис. 2.58. Цифроаналоговый преобразователь