Аналоговые интерфейсы микроконтроллеров (2000,00 руб.)

Стр.5

Стр.6

Стр.7

Стр.8

Стр.9

Стр.10

Стр.11

Стр.12

УДК 004.32 ББК 32.973 Б79 Болл Стюарт Р. Б79 Аналоговые интерфейсы микроконтроллеров. — М.: ДМК Пресс, 2017.—354 с.: ил. (Серия «Программируемые системы»). ISBN 9785970605264 Данное издание является практическим пособием по применению различных интерфейсов для подключения аналоговых периферийных устройств к компьюте рам, микропроцессорам и микроконтроллерам. Раскрывается специфика приме нения таких интерфейсов, как I2С, SPI/Microware, SMBus, RS232/485/422, токо вая петля 420 мА и др. Дается обзор большого количества современных датчиков: температурных, оптических, ПЗС, магнитных, тензодатчиков и т. д. Подробно описываются контроллеры, АЦП и ЦАПы, их элементы — УВХ, ИОН, кодеки, эн кодеры. Рассмотрены исполнительные устройства — двигатели, терморегуляторы — и вопросы их управления в составе систем автоматического управления различ ного типа (релейного, пропорционального и ПИД). Книга снабжена иллюстраци ями, наглядно представляющими аппаратные и программные особенности при менения элементов аналоговой и цифровой техники. Заинтересует не только начинающих радиолюбителей, но и специалистов, имеющих стаж работы с аналоговой и цифровой техникой, а также студентов тех нических колледжей и вузов. УДК 004.32 ББК 32.973 Все права защищены. Никакая часть этого издания не может быть воспроизведена в любой форме или любыми средствами, электронными или механическими, включая фотографирование, ксероко пирование или иные средства копирования или сохранения информации, без письменного разреше ния издательства. договору с Elsevier Inc., 200 Wheeler Road, 6th Floor, Burlington, MA01803, USA. © Elsevier Science (USA) ISBN 0750677236 (англ.) ISBN 9785941201426 (Додэка) ISBN 9785970605264 (ДМКПресс) ©Макет, Издательский дом «ДодэкаXXI» ©Издание, ДМК Пресс, 2017 Настоящее издание «Аналоговые интерфейсы микроконтроллеров» Стюарта Болла Р. выполнено по

Стр.5

Оглавление IJ 5 ОГЛАВЛЕНИЕ Принятые сокращения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Глава 1. Параметры системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.1. Динамический диапазон. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.2. Точность измерения напряжения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.3. Калибровка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.4. Пропускная способность шины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.5. Производительность процессора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.5.1. Прерывания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.5.2. Интерфейсы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.5.3. Поддержка на аппаратном уровне . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.5.4. Требования к процессору . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.5.5. Требования к операционной системе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.5.6. Язык программирования и компилятор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.6. Ограничение скорости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.6.1. Затраты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.6.2. Электромагнитная совместимость. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.7. Другие системные ограничения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.7.1. Периферийные устройства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.7.2. Общие интерфейсы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.7.3. Приоритет задач . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.7.4. Системные требования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 1.7.5. Разрядность цифрового слова. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 1.7.6. Интерфейсы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 1.8. Частота дискретизации и наложение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Глава 2. Аналогоцифровые преобразователи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.1. Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.2. Описание АЦП. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.2.1. Опорное напряжение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.2.2. Выходное слово . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Стр.6

6 IJ Оглавление 2.2.3. Разрешение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.3. Типы АЦП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.3.1. Следящий АЦП. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.3.2. Параллельный АЦП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.3.3. АЦП последовательных приближений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.3.4. АЦП двойного интегрирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.3.5. Сигмадельта АЦП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.3.6. Составной АЦП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.4. Сравнение типов АЦП по основным показателям . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.5. Устройства выборкихранения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.6. Реальные компоненты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 2.6.1. Входные уровни . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 2.6.2. Встроенный источник опорного напряжения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.6.3. Дополнительная емкость на входе опорного напряжения . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.6.4. Встроенное УВХ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.7. Интерфейс микропроцессора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.7.1. Кодирование выходного слова . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.7.2. Параллельный интерфейс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2.7.3. Время доступа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 2.7.4. Выход BUSY. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.7.5. Время освобождения шины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.7.6. Связь сигналов шины управления с АЦП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 2.7.7. Задержка между преобразованиями . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 2.7.8. Величина погрешности преобразования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 2.8. Синхронные интерфейсы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 2.9. Последовательные интерфейсы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 2.9.1. Периферийный последовательный интерфейс SPI/Microwire. . . . . . . . . . . . 58 2.9.2. Шина I2C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 2.9.3. Шина SMBus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 2.9.4. Специализированные последовательные интерфейсы . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 2.10. Многоканальные АЦП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 2.11. Встроенные в микроконтроллер АЦП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 2.12. Кодеки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 2.13. Прерывания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 2.14. Многофункциональные выводы микроконтроллеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 2.15. В рабочую тетрадь разработчика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Глава 3. Датчики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 3.1. Температурные датчики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 3.1.1. Терморезисторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 3.1.2. Масштабирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 3.1.3. Влияние разброса параметров компонентов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

Стр.7

Оглавление IJ 7 3.1.4. Резистивные температурные датчики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 3.1.5. Термопары . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 3.1.6. Полупроводниковые температурные датчики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 3.2. Оптические датчики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 3.2.1. Щелевой оптрон . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 3.2.2. Отражательный оптрон . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 3.2.3. Особенности работы в ИКдиапазоне. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 3.2.4. Механическая нестабильность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 3.2.5. Датчик защитного кожуха . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 3.2.6. Управление несколькими датчиками . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 3.2.7. Оптрон с закрытым оптическим каналом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 3.2.8. Дискретные оптические датчики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 3.3. Приборы с зарядовой связью. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 3.3.1. Основы работы ПЗС. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 3.3.2. Управление экспозицией . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 3.3.3. ПЗСлинейки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 3.3.4. Распознавание цвета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 3.3.5. Трехлинейные ПЗС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 3.3.6. Методы цветовой обработки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 3.3.7. Чувствительная площадь ПЗСматрицы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 3.3.8. Темновой заряд . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 3.3.9. Двойная коррелированная выборка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 3.3.10. Неравномерность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 3.3.11. Питание ПЗС. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 3.3.12. АЦП ПЗС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 3.4. Датчики магнитного поля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 3.4.1. Датчики Холла. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 3.4.2. Линейные дифференциальные трансформаторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 3.4.3. Датчики с переменным магнитным сопротивлением . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 3.5. Полупроводниковые тензодатчики движения/ускорения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 3.6. Металлические тензодатчики веса/силы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 3.7. Ключи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Глава 4. Измерение временных параметров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 4.1. Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 4.2. Измерение периода или частоты. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 4.3. Смешение частот . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 4.4. Преобразователи напряжениечастота . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 4.4.1. Применение ПНЧ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 4.4.2. Фильтрация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 4.5. Тактовая частота и диапазон . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 4.6. Увеличение точности при ограниченном разрешении . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

Стр.8

8 IJ Оглавление Глава 5. Методы управления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .139 5.1. Управление с разомкнутой петлей обратной связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 5.2. Отрицательная обратная связь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 5.3. Микропроцессорные системы управления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 5.4. Система релейного управления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 5.5. Температурный перегрев . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 5.6. Система пропорционального управления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 5.7. Пропорциональноинтегральнодифференциальное управление . . . . . . . . . . . . . . 148 5.7.1. Вклад операции дифференцирования в алгоритм управления. . . . . . . . . . . 151 5.7.2. Вклад операции интегрирования в алгоритм управления . . . . . . . . . . . . . . . 153 5.7.3. ПИДуправление в целом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 5.7.4. Способы применения системы ПИДуправления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 5.7.5. Насыщение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 5.7.6. Программное обеспечение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 5.7.7. Временная задержка. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 5.7.8. Резкие изменения сигнала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 5.7.9. Специальные требования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 5.8. Управление двигателем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 5.8.1. Пример постоянной скорости вращения круговой карусели . . . . . . . . . . . . 163 5.8.2. Позиционирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 5.8.3. Программное обеспечение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 5.9. Управление с предсказанием. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 5.10. Измерение и анализ реакции петли обратной связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 5.10.1. Логический анализатор/Цифровой осциллограф. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 5.10.2. Измерение параметров двигателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 5.10.3. Доступное программное обеспечение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 5.11. Примеры программирования ПИДсистем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 5.11.1. Основная петля ПИДуправления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 5.11.2. Функция запрета первоначального действия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 5.11.3. Фильтрация входного шума . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 5.11.4. Предотвращения выхода управляющего параметра за допустимые пределы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 175 5.11.5. Предотвращение выхода управляющего параметра за пределы средней величины. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 176 5.11.6. Реализация данных примеров. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 5.12. В рабочую тетрадь разработчика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 Глава 6. Соленоиды, реле и другие исполнительные устройства . . . . . . . . . . . . . . .179 6.1. Соленоиды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 6.1.1. Реле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 6.1.2. Интерфейс соленоидов и реле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 6.1.3. Включение/удержание реле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 6.2. Нагревательные элементы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

Стр.9

Оглавление IJ 9 6.2.1. Обрыв нагревателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 6.2.2. Обрыв датчика. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 6.2.3. Нагреватель на основе термометра сопротивления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 6.3. Охладители . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 6.3.1. Охладитель Пельтье . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 6.3.2. Вентиляторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 6.4. Светодиоды. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 6.4.1. Оптроны с закрытыми оптическими каналами. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 6.4.2. Одновременное включение нескольких светодиодов . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 6.5. ЦАП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 6.6. Цифровые потенциометры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 6.7. Аналоговые ключи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 6.7.1. Типы аналоговых ключей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 6.7.2. Применение аналоговых ключей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 6.7.3. Мультиплексоры. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 Глава 7. Двигатели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 7.1. Шаговые двигатели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 7.1.1. Биполярные и однополярные шаговые двигатели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 7.1.2. Резонанс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 7.1.3. Полушаговый режим двигателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 7.1.4. Микрошаговый режим двигателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 7.1.5. Управление шаговым двигателем. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 7.1.6. Сквозной ток . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 7.1.7. Контроль тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 7.1.8. ИС управления двигателем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 7.1.9. Управление по методу прерывания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 7.1.10. Методы управления и резонанс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 7.1.11. Линейное управление. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 7.2. Двигатели постоянного тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 7.2.1. Управление двигателями постоянного тока. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 7.2.2. Бесколлекторные двигатели постоянного тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 7.2.3. Энкодеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 7.2.4. ИС контроллеров двигателей постоянного тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 7.2.5. Программируемые контроллеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 7.3. Достоинства и недостатки различных типов двигателей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 7.4. Порядок включения питания логических цепей и двигателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 7.5. Вращающий момент двигателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 7.5.1. Вращающий момент при заторможенном двигателе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 7.5.2. Противодействующее электромагнитное поле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 7.5.3. Вращающий момент и скорость. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 7.6. Реальное применение шагового двигателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249

Стр.10

10 IJ Оглавление Глава 8. Электромагнитные помехи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 8.1. Связь по земле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 8.1.1. Ток двигателя. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258 8.1.2. Самонаведенные токовые ошибки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259 8.2. Электростатический разряд . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260 8.2.1. Самонаведенный электростатический разряд. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260 8.2.2. Защита от электростатического разряда . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 Глава 9. Системы высокой точности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 9.1. Общие сведения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 9.2. Входное напряжение смещения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266 9.3. Входное сопротивление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 9.4. Частотные характеристики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 9.5. Влияние температуры на сопротивление резисторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 9.6. Источник опорного напряжения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 9.7. Влияние изменения температуры в целом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 9.8. Заземление и шумы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 9.9. Печатная плата . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 9.9.1. Заземление на печатной плате . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 9.9.2. Источник питания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 9.10. Статистическая погрешность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 9.11. Опорное напряжение от источника питания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 9.12. Резюме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 Глава 10. Стандартные интерфейсы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .281 10.1. Интерфейс IEEE 1451.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 10.1.1. Электрические параметры. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 10.1.2. Параметры датчиков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 10.1.3. Международная система единиц измерения СИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 10.2. Последовательный периферийный интерфейс токовая петля 420 мА . . . . . . . . . 283 10.3. Интерфейс Fieldbus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 Глава 11. Аналоговая схемотехника . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .286 11.1. Питание микроконтроллера и напряжение смещения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 11.2. Наборы резисторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288 11.3. Многовходовые системы управления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 11.4. Управление цепями переменного тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 11.5. Схемы контроля напряжения питания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 11.6. Управление биполярными транзисторами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 11.6.1. Преобразование логических уровней . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 11.6.2. Скорость переключения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 11.6.3. Высоковольтные ключи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 11.7. МОПтранзисторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297

Стр.11

Оглавление IJ 11 11.7.1. Управление МОПтранзистороми. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 11.7.2. МОПтранзистор для коммутации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 11.8. Измерение параметров сигнала отрицательной полярности . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 11.9. Пример системы управления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 11.9.1. Релейное управление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305 11.9.2. Пропорциональное управление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305 11.9.3. ПИДрегулирование. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 11.9.4. Пропорциональноинтегральное управление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 Приложение A. Операционные усилители . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314 Приложение Б. Широтноимпульсная модуляция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326 Приложение В. Полезные сайты в Интернете . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339 Приложение Г. Программа Python для главы 11. Данные Excel для главы 4 . . . . . . . . . . 340 Словарь терминов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345 Предметный указатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348

Стр.12