Аппаратная реализация ввода аналоговых сигналов на основе ШИМ
Существуют несколько способов ввода аналоговых сигналов в цифровую систему, альтернативных аналого-цифровому преобразованию. Одним из них является формирование широтно-модулированных импульсов по аналоговому сигналу и измерение их длительности микропроцессорным устройством. Несомненными достоинствами такого подхода являются:
· простота и дешевизна схемотехнической реализации, особенно в случае, когда используется микроконтроллер без встроенного АЦП;
· возможность передачи ШИМ-сигнала на значительное расстояние без существенных искажений (т.е. частота низкая, а крутизну фронтов легко обеспечить триггером Шмитта); это удобно в случае, если микропроцессорный регулятор невозможно разместить близко от датчика аналогового сигнала;
· наличие в составе практически любых микроконтроллеров (МК) средств измерения интервалов времени – таймеров.
Принцип преобразования аналогового сигнала в последовательность ШИМ-импульсов показан на рис.22.1.
Рис. 22.1. Принципы формирования входных ШИМ-импульсов для МК
Обозначение Gp соответствует генератору пилообразных (треугольных) импульсов, которые задают период ШИМ-сигналов, подаваемых на МК.
Если длительность активной (“1”) фазы ШИМ-импульса в каждом периоде TШИМобозначить как  , то можно представить следующие зависимости:
 – связь длительности импульса и уровня сигнала с датчика;
 – определение коэффициента широтно-импульсной модуляции;
Простейшая схема формирователя ШИМ-импульсов на операционных усилителях (ОУ) представлена на рис. 22.2. В его состав дополнительно по сравнению с рис. 22.1 введено согласующее устройство для приведения диапазона сигнала Ud(t) к диапазону напряжения генератора пилообразного напряжения Ug(t), т.е. Ug max .
Рис. 22.2. Формирователь ШИМ-импульсов по входному аналоговому сигналу
В данной схеме формируются импульсы без вертикального спада, однако это не изменяет принципов формирования ШИМ, изложенных ранее.
Период формируемых импульсов определяется соотношением:
 , а частота ШИМ –  .
Желательно подбирать соотношение Us к Ugmax таким образом, чтобы обеспечить Us max < Ug max. При этом будет обеспечиваться наличие интервала времени Dt: 
Этот интервал Dt необходим для гарантированного выполнения процедуры обработки прерывания от таймера МК, на котором выполняется измерение длительности входных ШИМ-импульсов.
|
