Устройства на Atmega

Глава 2. Что такое измерения, что и как можно измерять 3
2.1. Что такое измерение 3
2.2. Управление и регулирование 4
2.2.1. Прямое управление 4
2.2.2. Управление с обратной связью 5
2.2.3. Замкнутый контур автоматического регулирования 5
2.3. Зачем нужна цифровая измерительная техника в аналоговом мире? 6
2.4. Другая сторона измерений 7
2.5. С какой точностью нужно проводить измерения? 8
2.6. Программные измерения или аппаратные? 8
2.7. О программировании 9

Глава 3. Измерения — программные или аппаратные? 11
3.1. Что и когда следует выбирать 11
3.2. Роль процессора в измерительной технике 12

Глава 4. Моделирование 15
4.1. Основные принципы моделирования 15
4.2. Использование программы-симулятора 16
4.2.1. Установка 16
4.2.2. Запуск симулятора 16
4.3. Принцип работы симулятора 17
4.4. Описание объектов моделирования 17
4.4.1. Аналого-цифровой преобразователь 17
4.4.2. "Черный ящик" АЦП 18
4.4.3. ATmegal28 19
4.4.4. Цифроаналоговый преобразователь 19
4.4.5. Интегратор 20
4.4.6. Компаратор 21
4.4.7. Светодиод 21
4.4.8. Матрица светодиодов 21
4.4.9. Объект регулирования 22
4.4.10. Выключатель 23
4.4.11. Клавиатура 23
4.4.12. Клавиша 23
4.5. Решение проблем и обновление ПО 24

Глава 5. Регистрация и обработка данных измерений 25
5.1. Фундаментальные параметры серий измерений 25
5.1.1. Минимальное и максимальное измеряемые значения 26
5.1.2. Среднее значение 26
5.1.3. Скользящее среднее 26
5.1.4. Среднеквадратическое отклонение 28
5.1.5. Скорость изменения 29
5.1.6. Период серии измерений 29
5.1.7. Частота дискретизации 29
5.2. Упражнение — сбор и оценка серий измерений 30
5.2.1. Сбор данных неискаженных функций 30
5.2.2. Сбор случайных замеров 36
5.2.3. Сбор замеров с искажениями 36
5.3. Методика обработки стохастических измерений 38
5.3.1. Практический пример измерений с применением корреляции 39
5.4. Ошибки измерений 40
5.4.1. Динамические ошибки измерений 42
5.5. Рекомендации по выполнению заданий из данной главы 42

Глава 6. Измерения с помощью датчиков 45
6.1. Измерение температуры 45
6.1.1. Резистивный термометр 45
6.1.2. Термистор 47
6.1.3. Термодатчик на основе/>-п-перехода 48
6.2. Измерение силы и давления 49
6.2.1. Измерение с помощью металлического тензодатчика 49
6.2.2. Пьезорезистивный датчик 51
6.2.3. Пьезоэлектрический датчик 51
6.2.4. Емкостной и индуктивный датчики 51
6.3. Ускорение 52
6.4. Яркость 53
6.4.1. Фотоэлементы и фотоумножители 55
6.4.2. Фоторезисторы 55
6.4.3. Фотодиоды 56
6.4.4. Солнечные элементы и батареи 57
6.4.5. Фототранзистор 58
6.5. Магнитные поля 59
6.6. Измерение линейного и углового перемещения 62
6.6.1. Измерение посредством подвижного сердечника 62
6.6.2. Измерение с помощью измерительного потенциометра 63
6.6.3. Измерение с помощью линейного кодового датчика 64
6.6.4. Измерения посредством измерительных преобразователей 64
6.7. Переключатель 68
6.7.1. Аппаратное устранение дребезга контактов 69
6.7.2. Программное устранение дребезга контактов 70

Глава 7. Передача данных измерений 73
7.1. Помехи при передаче 73
7.7.1. Помехи, наведенные полями 73
7.1.2. Помехи, возникающие за счет разности потенциалов 81
7.1.3. Помехи, вызванные отражениями в линии 81
7.1.4. Ошибки, возникающие за счет среды передачи 84
7.2. Варианты передачи данных 84
7.2.1. Передача аналоговых замеров 84
7.2.2. Передача цифровых значений 86

Глава 8. Предварительная обработка результатов измерений 91
8.1. Аналоговые схемы фильтрации 91
8.2. Цифровые фильтры 96
8.2.1. Формирование среднего значения 96
8.2.2. Накопленное среднее значение 97
8.2.3. Медианный фильтр 99
8.3. Выпрямитель 100
8.3.1. Однополупериодный выпрямитель 100
8.3.2. Двухполупериодный выпрямитель 101
8.3.3. Погрешности активных выпрямителей 103
8.4. Мультиплексор 103
8.4.1. Пассивный аналоговый переключатель 104
8.4.2. КМОП-переключатель 105
8.5. Устройства выборки и хранения 106
8.5.1. Автономные устройства выборки и хранения 106
8.5.2. Интегральные микросхемы выборки и хранения 108
8.6. Источники опорного напряжения 110
8.6.1. Получение стабильного напряжения 110
8.6.2. Опорные токи 113
8.7. Специализированные устройства 115
8.7.1. Логарифмирующий усилитель 115
8.7.2. Переключаемый инвертор 117
8.7.3. Коммутируемые усилители 118

Глава 9. Аналого-цифровой преобразователь 121
9.1. Классификация АЦП 121
9.2. Сравнивающий АЦП 121
9.2.1. Параллельный АЦП 122
9.2.2. Последовательный АЦП с пилообразным напряжением (пилообразный преобразователь) 124
9.2.3. АЦП последовательных приближений (ступенчатый преобразователь) 125
9.2.4. АЦП следящего типа 127
9.2.5. Последовательная аппроксимация 128
9.2.6. Погрешность сравнивающих АЦП 129
9.2.7. Сравнение АЦП разных типов 129
9.3. Интегрирующие АЦП 130
9.3.1. АЦП с двукратным интегрированием 130
9.3.2. Преобразователь "частота-напряжение” 133
9.3.3. Многократные АЦП 136
9.3.4. АЦП с балансировкой заряда 137
9.3.5. Сигма-дельта АЦП 139
9.3.6. ШИМ-преобразователь 140
9.3.7. Погрешность интегрирующих АЦП 140
9.4. Погрешности АЦП 141
9.5. Подавление помех наложения 141
9.6. Коммерческие схемы АЦП 143
9.6.1. Микросхемы АЦП 143
9.6.2. Системы сбора данных 144
9.6.3. Микросхемы для мультиметров 146
9.6.4. Альтернативные решения 148
9.7. Рекомендации по выполнению заданий к главе 148

Глава 10. Цифроаналоговый преобразователь 151
10.1. Взвешенное суммирование токов 151
10.2. Схема R2R 152
10.3. Преобразователь "частота-напряжение” 154
10.4. Преобразование при помощи широтно-импульсной модуляции ШИМ-преобразователь 156
10.5. Погрешность цифроаналоговых преобразователей 158
10.6. Микросхемы ЦАП 158
10.7. Примеры применения ЦАП 159
10.7.1. Умножение напряжений 159
10.7.2. Регулировка усиления с помощью ЦАП 160
10.7.3. Цифровой регулируемый компаратор 160

Глава 11. Системы автоматического регулирования 163
11.1. Общие положения 163
11.1.1. Непрерывные линейные регуляторы 164
11.1.2. Дискретные регуляторы 166
11.2. Пример системы регулирования 166
11.2.1. Двухпозиционный регулятор 168
11.2.2. Многопозиционный регулятор 169
11.2.3. Непрерывное регулирование 169
11.2.4. Влияние временной характеристики объекта регулирования 170
11.3. Рекомендации по выполнению заданий к главе 172

Глава 12. Отображение результатов измерения на дисплее 173
12.1. Несколько основных идей 173
12.2. Алфавитно-цифровое представление 174
12.3. Графическое представление 175

Глава 13. Индикация состояния и результатов измерения 177
13.1. Вывод информации при помощи светодиодов 177
13.1.1. Работа с отдельными светодиодами 177
13.1.2. Варианты расположения светодиодов 181
13.2. Метод временного мультиплексирования 183
13.3. Применение жидкокристаллических дисплеев 186
13.4. Схемы для управления индикаторами 189

Глава 14. Управление нагрузкой 195
14.1. Проблемы, возникающие при подключении больших нагрузок 195
14.2. Микросхемы управления 197
14.3. Применение тиристоров при постоянном напряжении 199
14.4. Работа тиристора при сетевом напряжении 200

Глава 15. Генерирование сигналов 201
15.1. Ограничения при генерировании сигналов с помощью процессора 201
15.2. Сигналы прямоугольной формы 202
15.2.1. Генерация частоты и формирование импульсов посредством программного обеспечения 203
15.2.2. Формирование импульсов с помощью аппаратных средств контроллера 203
15.2.3. Формирование импульсов с помощью внешних аппаратных средств 204
15.3. Синусоидальные сигналы 209
15.3.1. Цифровые генераторы синусоидальных колебаний 209
15.3.2. Непосредственный цифровой синтез 211
15.3.3. Аналоговые генераторы синусоидальных сигналов 212
15.4. Специальные функции 215
15.4.1. Аналоговая генерация монотонных сигналов 215
15.4.2. Цифровая генерация функций 217
15.5. Кодовые последовательности импульсов 217
15.6. Интегральные генераторы функций 218

Глава 16. Измерение частоты и времени 221
16.1. Измерение частоты 221
16.2. Погрешность при измерении частоты 222
16.3. Режимы измерения частоты и длительности 223
16.4. Измерение частоты с помощью микроконтроллера 225
16.5. Структура цифровых счетчиков 225

Глава 17. Еще несколько схем и средств измерений 229
17.1. Измерение сопротивления 229
17.2. Измерение емкостей 231
17.3. Измерение амплитудно-частотной характеристики 233
17.4. Вспомогательная шкала для осциллографа 233

Глава 18. Измерения в цифровых схемах 235
18.1. Определение уровней и логических состояний 235
18.2. Регистрация изменения цифровых сигналов во времени 236
18.3. Логические компараторы 238
18.4. Сигнатурный анализ 239

Глава 19. Каналы передачи информации и интерфейсы 241
19.1. Аналоговые каналы передачи 241
19.1.1. Передача напряжения 242
19.1.2. Логометрическая передача напряжения 243
19.1.3. Передача тока 243
19.1.4. Передача частоты и широтно-импульсная модуляция 244
19.1.5. Четырех- и шестипроводный интерфейс 246
19.2. Цифровые каналы передачи 247
19.2.1. Группа интерфейсов CAN 249
19.2.2. LON 250
19.2.3. HART 250
19.2.4. RS485 251
19.2.5. Profi-Bus 252
19.2.6.12C 253
19.2.7. SPI 254
19.2.8. IEEE 1451 255

Содержание CD 257
Папка Adobe 257
Папка Simulator (Симулятор) 257
Папка Aufgaben (Задания) 257
Папка Zusatz (Дополнения 257
Вызов меню компакт-диска 258
Загрузка AVR-Studio 259
Литература 261