Страница: 2/8
Еще один путь решения поставленной задачи - преобразование сопротивления непосредственно в код. Имеется множество различных схем, реализующих такое преобразование. Принцип их действия основан на измерении (электронно-счетным методом) временного интервала, равного постоянной времени цепи разряда конденсатора через измеряемое сопротивление.
Рассмотрим одну из схем со средними характеристиками точности измерения. Упрощенная структурная схема такого измерителя сопротивления представлена на рис. 1, а временные диаграммы его работы на рис. 2.
Рис. 1. Структурная схема измерителя сопротивления 
Рис. 2. Временные диаграммы измерителя сопротивления
Перед началом измерения сопротивления RX образцовый конденсатор C контактами реле К1 подключается к источнику U0 и полностью заряжается до этого напряжения. Затем управляющее устройство переключает контакты реле К1, и конденсатор С начинает разряжаться через резистор RX. Одновременно с началом разряда (момент t0) управляющее устройство выдает импульс, которым триггер переводится в состояние 1.
При этом открывается временной селектор, и на вход электронного счетчика начинают поступать импульсы от генератора счетных импульсов.
В момент t1 напряжение U1 на конденсаторе станет равным напряжению U2, сравнивающее устройство выдаст импульс, который вернет триггер в состояние 0, и счет импульсов прекратится. За время δt = t1 - t0 счетчик подсчитывает m импульсов, следовавших с периодом TK. Так как δt = RX x C = m x TK (при U1 = U2), то измеряемое сопротивление будет вычисляться по формуле:
RX = m x TK/C = kR x m.
Основные недостатки такого прибора: большое количество компонентов и зависимость точности измерения от стабильности значения образцовой емкости.
Появление на рынке электронных компонентов недорогих микроконтроллеров (МК) со встроенным аналоговым компаратором позволило решить поставленную задачу, минимизировав описанную схему измерения.
После анализа существующих микроконтроллеров (имеющих аналоговый компаратор) была выбрана серия AVR, к которой относятся AT89C2313 и AT89C8515. Микросхемы данной серии имеют следующие особенности:
достаточно высокую производительность (как показали расчеты, МК типа AT89C1051, AT89C2051 и PIC16CE625 для предложенной схемы измерения не подходят из-за низкой производительности, а высокая частота МК типа SX18AC не позволяет увеличить разрядность схемы измерения, т.к. на высокой частоте проявляется влияние аналоговых параметров схемы);
асинхронный последовательный порт UART (в SX18AC и PIC16CE625 его нет);
сторожевой таймер, что особенно важно для автономных приборов;
электрически стираемая перезаписываемая память данных EEPROM для хранения калибровочной характеристики и различных коэффициентов (отсутствует в SX18AC);
широкая номенклатура микроконтроллеров, совмещающих на одном кристалле различные виды периферийных устройств и имеющих встроенный аналоговый компаратор.
Схема цифрового измерителя температуры (рис. 3) разработана на основе описанной выше схемы измерения (рис. 1) с применением МК серии AVR. Отличие от оригинала в том, что параллельно цепи разряда конденсатора через измеряемое сопротивление RX добавлена цепь разряда на образцовое сопротивление RО. Сравнение происходит в каждом такте измерения. Это позволяет исключить влияние других параметров схемы (например, стабильности характеристик конденсатора) на точность измерения. Применение в схеме электронных ключей с низким сопротивлением в открытом состоянии (например, полевых транзисторов) позволило уменьшить нижний порог измерения сопротивления почти до нуля.
Реферат опубликован: 4/04/2010