Содержание:
Задание…………………………………………………………………………………………….3
Принцип работы проектируемого устройства ……………………………………………….4
Алгоритм работы вычислительного устройства …………………………………………....5
Описание принципиальной электрической схемы……………………………………….....9
Реализация дополнительных требований к системе……………………………………..18
Выводы…………………………………………………………………………………………....21
Список используемых источников………………………………………………..…………..22
- Приложение………………………………………………………………………………………23
Задание 25
Разработать программу, реализующую цифровой эквивалент непрерывной передаточной функции
.
По заданной структурной схеме разработать принципиальную электрическую схему цифровой системы, обрабатывающей сигналы с датчиков по разработанной программе.
Дополнительные требования к системе.
вычислительное устройство должно усреднять сигналы с датчиков;
если сигнал с одного из датчиков отличается от других более чем на 3, то этот датчик должен быть исключен из процедуры отработки;
в качестве ЦАП использовать широтно-импульсный модулятор;
величина пульсаций на выходе усилителя не должна превышать 1;
при отклонении сигнала на выходе ЦАП от ожидаемого более чем на 7, необходимо провести коррекцию коэффициента усиления, программируемого усилителя. При невозможности коррекции, нужно выдать световой сигнал “АВАРИЯ”.
4. Электрические характеристики системы.
Сигнал на выходах датчиков изменяется в пределах 8В;
Разрядность ЦАП-а: 10 битов;
Напряжение на выходе ЦАП-а: 5В;
Выходной ток ЦАП-а: 1.5А.
1.Принцип работы проектируемого устройства
Центральным элементом рассматриваемой схемы является вычислительное устройство – микропроцессор (со встроенным АЦП), которое реализует цифровой эквивалент непрерывной передаточной функции.
Как показано на схеме, на вход вычислительного устройства поступает три аналоговых сигнала с выходов трех датчиков, подключенных к объекту управления. Использование трех каналов с датчиков позволяет повысить надежность системы, так как, при помощи ВУ можно определить какой из датчиков неисправен, и не использовать его при обработке.
Сигнал с каждого датчика поступает на АЦП в микропроцессоре, соответствующего данному каналу, где вычисляется значение выходного сигнала по разностному уравнению, соответствующему заданной передаточной функции.
Полученное значение выходного сигнала с вычислительного устройства поступает на ЦАП, в качестве которого используется ШИМ.
Выход ЦАП соединен с программируемым усилителем. Сигнал с усилителя поступает на объект управления и ВУ, и при необходимости происходит коррекция коэффициента усиления.
2. Алгоритм работы вычислительного устройства
Для того чтобы реализовать цифровой эквивалент передаточной функции, необходимо перейти от передаточной функции к соответствующему разностному уравнению при определенном интервале дискретности .
Этой передаточной функции соответствует переходный процесс, изображенный на рисунке.2.1
рисунок 2.1
Этой передаточной функции соответствует следующее дифференциальное уравнение
Заменим производные на их машинные эквиваленты:
Это уравнение является готовым алгоритмом работы ВУ для получения текущего значения выходной координаты yn по значениям входной и выходной координат в предшествующие моменты времени.
Величина равна времени выполнения одного цикла получения значения выходной величины. Оно может быть оценено по числу и типу команд, составляющих данный цикл вычислений (и уточнено после экспериментальной проверки).
При этом задача проектирования существенно упрощается, если частота выборки входного сигнала существенно больше частоты высшей гармоники во входном сигнале:
,
и, если между величиной дискретизации сигнала по уровню и максимальным значением входного сигнала выполняется соотношение:
<<
Если условия не удовлетворены, то проектирование ЦФ по дифференциальному уравнению может дать недопустимо большую ошибку в работе фильтра. В этом случае интервал t ограничивается теоремой Котельникова. Смысл ее в том, что сигналы, с ограниченной частотой fmax спектром, могут быть однозначно представлены последовательностями своих значений, взятых через интервал времени, удовлетворяющий соотношению:
Считается достаточным, если частота опроса на порядок выше величины fmax:
.
Программа состоит из 622 команд по 0.5 мкс каждая, исходя из этого, можно вычислить время, за которое выполняется цикл: