МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦИФРОАНАЛОГОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ШИМ В СИСТЕМЕ LabWIEW

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

М.И. Ледовской
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦИФРОАНАЛОГОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ШИМ В СИСТЕМЕ LabWIEW
При разработке интеллектуальных микроконтроллерных модулей (ИММ) [1], предназначенных для управления техническими объектами и процессами, возникает необходимость моделирования задачи цифроаналогового преобразования. Примером может служить задача преобразования цифрового значения управляющего сигнала, полученного в микроконтроллере, в напряжение соответствующего уровня.
Традиционным способом технического решения данной задачи является использование цифроаналоговых преобразователей (ЦАП). Однако при использовании микроконтроллеров AVR более простой альтернативой является цифроаналоговое преобразование на основе ШИМ-сигналов [2].
В настоящей работе рассматривается моделирование цифроаналогового преобразования на основе ШИМ микроконтроллеров AVR в системе Lab VIEW фирмы National Instruments [3,4]. Предлагается виртуальный прибор, который можно использовать в качестве инженерного инструментария при разработке ИММ. Прибор позволяет автоматизировать решение ряда задач анализа и синтеза ЦАП на основе ШИМ микроконтроллеров AVR.
Кроме того, данный прибор целесообразно использовать в учебном процессе, как электронное учебно-методическое пособие в составе виртуальной учебной лаборатории. Прибор обеспечивает наглядную визуализацию принципа цифроаналогового преобразования на основе ШИМ и способствует успешному изучению данной темы в дисциплинах, посвященных архитектуре и применению микроконтроллеров AVR.
На рис. 1 приведена лицевая панель прибора & quot-Цифроаналоговое преобразование на основе ШИМ микроконтроллеров АVR& quot-. В состав лицевой панели входят следующие блоки:
— блок АУЯ контроллер содержит регуляторы Разрешение ШИМ, Преобразуемое значение, Тактовая частота АУЯ, Делитель частоты Т/С1, Лог. "-0"- и Лог. "-1"-, индикатор Регистр OCR1 Т/С1, а также кнопку STOP-
— блок Измеритель ШИМ-сигнала содержит регулятор Периоды, а также индикаторы Частота, Заполнение, Импульс и индикатор-осциллограф ШИМ-сигнала-
— блок ФНЧ Баттерворта содержит регуляторы Частота среза, Порядок и переключатель Установившийся режим/Переходной процесс-
— блок Аналоговый сигнал содержит индикатор-осциллограф аналогового сигнала и индикатор-осциллограф погрешности цифроаналогового преобразования, которая представляется относительными значениями (процентами). Аналоговый сигнал и погрешность могут индицироваться в
двух режимах работы ФНЧ в соответствии с состоянием переключателя Установившийся режим/Переходной процесс.
Рис. 1. Лицевая панель виртуального прибора & quot-Цифроаналоговое преобразование на основе ШИМ микроконтроллеров А? Я& quot-
Рис. 2. Блок-схема виртуального прибора & quot-Цифроаналоговое преобразование на основе ШИМ микроконтроллеров А? Я& quot-
Блок-схема прибора, приведенная на рис. 2, обеспечивает решение следующих задач:
1) генерирование ШИМ-сигнала, исходя из установленных значений регуляторов Разрешение ШИМ, Преобразуемое значение, Тактовая частота АУЯ, Делитель частоты Т/С1, Лог. "-0"- и Лог. "-1"-. При этом моделируется пересчет преобразуемых вещественных значений из интервала [0,1] в целочисленный формат регистра OCR1 таймера/счетчика Т/С1. ШИМ-сигнал формируется в режиме неинвертирующего широтноимпульсного модулятора. Для генерирования ШИМ-сигнала используется функция Signal Generator by Duratin (Генератор сигналов заданной длительности) системы LabVIEW 7. 1-
2) вычисление параметров ШИМ-сигнала Частота, Заполнение, Импульс. Длительность ШИМ-сигнала определяется, исходя из состояния регулятора Периоды-
3) фильтрацию ШИМ-сигнала, исходя из установленных значений регуляторов Частота среза, Порядок и переключателя Установившийся режим/Переходной процесс. Данная задача решается путем моделирования ФНЧ Баттерворта с помощью функции Batterworth Filter (Фильтр Бат-терворта) системы LabVIEW 7. 1-
4) вычисление относительной погрешности цифроаналогового преобразования. При этом с помощью переключателя Установившийся режим/Переходной процесс обеспечивается наблюдение погрешности в соответствующем режиме ФНЧ.
Виртуальный прибор предназначен для следующих целей:
— наглядная иллюстрация принципа цифроаналогового преобразования на основе ШИМ микроконтроллеров АVR-
— исследование параметров ШИМ-сигнала в зависимости от настроек АVR контроллера-
— исследование погрешности цифроаналогового преобразования в зависимости от настроек АVR контроллера и ФНЧ Баттерворта-
— исследование параметров переходного процесса в зависимости от настроек ФНЧ Баттерворта-
— выбор настроек АVR контроллера и ФНЧ Баттерворта, обеспечивающих цифроаналоговое преобразование с требуемой погрешностью и заданным временем установления.
При использовании в учебном процессе работу с прибором рекомендуется выполнять в следующем порядке:
1. Загрузить виртуальный прибор, открыв файл ЦАП на основе ШИМ AVR. vi в системе LabVIEW 7. 1, и запустить его после загрузки.
2. Изменяя состояние регулятора Преобразуемое значение блока АУЯ контроллер, наблюдать состояние индикаторов Регистр OCR1 Т/С1, Заполнение и ШИМ-сигнал на индикаторе-осциллографе блока Измеритель ШИМ-сигнала. Длительность ШИМ-сигнала устанавливается с помощью регулятора Периоды.
Изменяя состояние регуляторов Тактовая частота АУЯ и Делитель частоты Т/С1, наблюдать состояние индикаторов Частота и Импульс.
Изменяя состояние регуляторов Лог. "-0"- и Лог. "-1"- наблюдать нижний и верхний уровень ШИМ-сигнала.
Выполнить перечисленные действия для различных состояний регулятора Разрешение ШИМ. Определить диапазон возможных значений частоты ШИМ іШим.
3. Изменяя состояния регуляторов Частота среза и Порядок блока ФНЧ Баттерворта, наблюдать аналоговый сигнал и погрешность цифроаналогового преобразования на индикаторах-осциллографах блока Аналоговый сигнал. Контролировать получаемый результат в двух режимах ФНЧ, задаваемых с помощью переключателя Установившийся режим/Переходной процесс.
4. Задавшись частотой /ШИМ, исследовать зависимость погрешности цифроаналогового преобразования и времени установления от частоты среза в диапазоне 0,125 /ШИМ & lt-<- 0,5/ШИМ для различных значений порядка ФНЧ.
5. Подобрать разрешение ШИМ, частоту /ШИМ, частоту срезаи порядок ФНЧ Баттерворта так, чтобы относительная погрешность цифроаналогового преобразования бщАП не превышала 0,1%. Определить время установления для этой погрешности.
6. Остановить виртуальный прибор. Переключить регулятор Преобразуемое значение в режим индикатора. Модернизировать блок-схему прибора таким образом, чтобы в качестве преобразуемого значения выступала вещественная величина 0,5-(Біп (і/500)+1), где і - параметр внешнего цикла на блок-схеме. Преобразуемая величина должна выводиться в индикатор Преобразуемое значение.
7. Запустить прибор и наблюдать его работу в динамическом режиме, когда состояние индикатора Преобразуемое значение автоматически изменяется по синусоидальному закону.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Пьявченко О. Н. Концептуальное представление о прецизионных интеллектуальных микропроцессорных модулях ввода, измерений и обработки аналоговых сигналов. Известия ТРТУ. — Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2007. № 3 (75).
— С. 3−13.
2. Трамперт В. Измерение, управление и регулирование с помощью ЛУЯ микроконтроллеров. — Киев: МК-Пресс, 2006. — 208 с.
3. Суранов А. Я. LabVIEW 7: Справочник по функциям. — М.: ДМК Пресс, 2005. — 512 с.
4. Евдокимов Ю. К. и др. LabVIEW для радиоинженера: от виртуальной модели до реального прибора. Практическое руководство для работы в программной среде LabVIEW. — М: ДМК Пресс, 2007. — 400 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой