Thiết kế bộ xử lý PWM 12 bit dựa trên máy vi tính chip đơn

Trong các thiết bị phát và bộ điều khiển được chế tạo bởi các máy vi tính đơn chip, khi cần xuất tín hiệu DC 1-5V hoặc 4-20mA, thường sử dụng chip D / A, thường là một mảnh trên mỗi kênh. Khi độ chính xác của tín hiệu đầu ra cao, số bit của chip D / A sẽ tăng tương ứng. Trong các dụng cụ công nghiệp, nó thường được tăng lên 12 chữ số. Giá của D / A 12 bit hiện cao hơn nhiều so với máy vi tính đơn chip và nó chiếm rất nhiều dòng giao diện. Đặc biệt là khi cần cách ly, số lượng máy photocopy yêu cầu tương đương với số lượng dòng giao diện, gây ra sự gia tăng lớn về số lượng linh kiện và làm tăng khối lượng và chi phí. Nếu đầu ra D / A được hoàn thành ở chế độ PWM trong thiết bị được điều khiển bởi máy vi tính chip đơn, chi phí sẽ giảm xuống còn khoảng một phần mười của chip D / A 12 bit. Chúng tôi đã áp dụng phương pháp này trong đồng hồ đo dòng S và hiệu quả sử dụng là rất lý tưởng. Dưới đây mô tả nguyên tắc thành phần của chế độ PWM D / A.

[二]. Nguyên tắc mạch

    Nói chung, độ chính xác của bộ chuyển đổi D / A 12 bit trong hướng dẫn sử dụng là ± 1 / 2LSB và chỉ số độ lệch nhiệt độ toàn diện là 20-50ppm / ℃. Hai chỉ số trên có thể đáp ứng các yêu cầu trong thiết bị 0,2 cấp. Mạch có thể đạt được hai chỉ số trên.

    Có lợi khi sử dụng op amp để đệm đầu ra của bộ lọc RC. Nó không chỉ cải thiện khả năng tải của mạch lọc mà còn cải thiện tính tuyến tính. Thông qua các thí nghiệm, có thể biết rằng hiệu ứng đệm của mức khuếch đại hoạt động này là một liên kết quan trọng để đảm bảo độ chính xác và tuyến tính của toàn bộ D / A. Mặc dù bộ lọc RC không có tải và hoạt động trong điều kiện rất lý tưởng, Vo không hoàn toàn tỷ lệ thuận với chu kỳ làm việc.

    Điều này là do các tụ điện được sử dụng không phải là một tụ điện thuần túy, có chứa một lượng điện cảm nhất định. Khi chu kỳ nhiệm vụ cực kỳ nhỏ, vì xung rất hẹp, tần số của sóng hài bậc cao do nó tạo ra rất cao và độ tự cảm của cuộn cảm đối với sóng hài bậc cao là tương đối lớn. Do đó, tại vị trí của cạnh xung, mặc dù điện áp thay đổi rất lớn, Nhưng thực tế sạc tụ điện là rất nhỏ. Điều này tạo ra phi tuyến trong các xung hẹp. Khi sử dụng tụ điện không cảm ứng, độ phi tuyến này được cải thiện rất nhiều, nhưng nó vẫn không thể hoàn toàn nhất quán. Vì công suất của tụ điện không cảm ứng quá nhỏ và giá cao, nó không có ý nghĩa thực tế trong mạch lọc với hằng số thời gian lớn. Trong sử dụng thực tế, phương pháp để giải quyết vấn đề này là từ bỏ phần phi tuyến tính của gốc và chỉ sử dụng phần tuyến tính. Trong các dụng cụ công nghiệp, tín hiệu tiêu chuẩn thường là 1-5V hoặc 4-20mA. Phần phi tuyến tính của đường cong 2 dưới 0,4V, do đó, khi tín hiệu đầu ra 1-5V được sử dụng, độ chính xác là 0,03% và đáp ứng đầy đủ các yêu cầu D / A 12 bit.

    Ngoài việc đáp ứng các yêu cầu chính xác, đặc điểm nhiệt độ cũng phải đáp ứng các yêu cầu. Những lý do chính ảnh hưởng đến đặc tính nhiệt độ là đặc điểm nhiệt độ của nguồn cấp chính xác 5V và bộ khuếch đại hoạt động. Để không làm cho giá quá cao, hãy chọn diode điều chỉnh điện áp chính xác 2DW232, điện trở của bộ khuếch đại hoạt động và điện trở của bộ lọc phải được khớp và hệ số nhiệt độ là ≤25ppm. Bộ khuếch đại hoạt động có thể được chọn với độ trôi nhiệt độ ≤ 10uV / ℃. Nói chung, bộ khuếch đại hoạt động trôi ở nhiệt độ thấp giá rẻ có thể đáp ứng chỉ số này. Sau khi áp dụng các biện pháp trên, tổng độ trôi của D / A là 33ppm / ℃.

[3]. Dữ liệu đo được

    Do mạch này được sử dụng trong các dụng cụ chính xác 0,2 cấp, nên các đặc tính tuyến tính và nhiệt độ phải đáp ứng các yêu cầu. Ngoài ra, dữ liệu này là lỗi giữa giá trị cung cấp điện 4-20mA và giá trị hiện tại sau khi đo chuyển đổi V / I. Lỗi này cũng bao gồm lỗi chuyển đổi V / I. Do đó, lỗi D / A thực tế nhỏ hơn tổng lỗi.

    Có thể thấy từ dữ liệu trên, độ tuyến tính của thang đo đầy đủ là 0,04%, độ lệch nhiệt độ của thang đo đầy đủ là 0,033% / 10 ° C, thời gian đáp ứng của hệ thống là khoảng 2,2 giây và thời gian sử dụng khi tín hiệu đầu ra khác 0,1% so với giá trị tiêu chuẩn là 11 giây.

[四]. Kết luận

    Mạch D / A được mô tả ở trên có cấu trúc đơn giản và nguyên tắc dễ hiểu. Nó có thể được áp dụng cho cả máy vi tính đơn chip 8098 và 8031. Tác giả sử dụng đầu vào và đầu ra tốc độ cao bốn kênh của máy vi tính đơn chip 8098 để điều khiển đồng thời bốn đầu ra D / A chính xác. Mạch chuyển đổi V / I được thêm vào ở phía sau để tạo ra đầu ra dòng điện 4-20mA tiêu chuẩn. Sau hơn một năm áp dụng trường, mạch có hiệu ứng rất tốt và phù hợp với tất cả các yêu cầu của thiết bị 0,2 cấp hiện tại.