Измерительные устройства на базе микропроцессора Atmega (+ CD)
Категория: Разное | автор: potatunchik | Просмотров: +1248
Рассмотрено применение микропроцессоров для создания измерительных устройств. Приведены основные средства и методы измерения. Подробно описаны основные компоненты измерительных систем, датчики, АЦП и ЦАП, генераторы сигналов, исполнительные устройства, индикаторы, линии передачи данных и интерфейсы. Изложены принципы построения систем автоматического управления. Приведены примеры реализации различных устройств и учебные задания. Материал ориентирован на применение микропроцессоров ATmega128 компании Atmel, а также недорогих и доступных комплектующих.Рассмотрено моделирование измерительных систем на ПК с помощью программы-имитатора.
Для профессиональных инженеров-электронщиков и радиолюбителей.
Оглавление:
Глава 1. Цель данной книги
Глава 2. Что такое измерения, что и как можно измерять
2.1. Что такое измерение
2.2. Управление и регулирование
2.2.1. Прямое управление
2.2.2. Управление с обратной связью
2.2.3. Замкнутый контур автоматического регулирования
2.3. Зачем нужна цифровая измерительная техника в аналоговом мире?
2.4. Другая сторона измерений
2.5. С какой точностью нужно проводить измерения?
2.6. Программные измерения или аппаратные?
2.7. О программировании
Глава 3. Измерения — программные или аппаратные?
3.1. Что и когда следует выбирать
3.2. Роль процессора в измерительной технике
Глава 4. Моделирование
4.1. Основные принципы моделирования
4.2. Использование программы-симулятора
4.2.1. Установка
4.2.2. Запуск симулятора
4.3. Принцип работы симулятора
4.4. Описание объектов моделирования
4.4.1. Аналого-цифровой преобразователь
4.4.2. "Черный ящик" АЦП
4.4.3. ATmegal28
4.4.4. Цифроаналоговый преобразователь
4.4.5. Интегратор
4.4.6. Компаратор
4.4.7. Светодиод
4.4.8. Матрица светодиодов
4.4.9. Объект регулирования
4.4.10. Выключатель
4.4.11. Клавиатура
4.4.12. Клавиша
4.5. Решение проблем и обновление ПО
Глава 5. Регистрация и обработка данных измерений
5.1. Фундаментальные параметры серий измерений
5.1.1. Минимальное и максимальное измеряемые значения
5.1.2. Среднее значение
5.1.3. Скользящее среднее
5.1.4. Среднеквадратическое отклонение
5.1.5. Скорость изменения
5.1.6. Период серии измерений
5.1.7. Частота дискретизации
5.2. Упражнение — сбор и оценка серий измерений
5.2.1. Сбор данных неискаженных функций
5.2.2. Сбор случайных замеров
5.2.3. Сбор замеров с искажениями
5.3. Методика обработки стохастических измерений
5.3.1. Практический пример измерений с применением корреляции
5.4. Ошибки измерений
5.4.1. Динамические ошибки измерений
5.5. Рекомендации по выполнению заданий из данной главы
Глава 6. Измерения с помощью датчиков
6.1. Измерение температуры
6.1.1. Резистивный термометр
6.1.2. Термистор
6.1.3. Термодатчик на основе p-n-перехода
6.2. Измерение силы и давления
6.2.1. Измерение с помощью металлического тензодатчика
6.2.2. Пьезорезистивный датчик
6.2.3. Пьезоэлектрический датчик
6.2.4. Емкостной и индуктивный датчики
6.3. Ускорение
6.4. Яркость
6.4.1. Фотоэлементы и фотоумножители
6.4.2. Фоторезисторы
6.4.3. Фотодиоды
6.4.4. Солнечные элементы и батареи
6.4.5. Фототранзистор
6.5. Магнитные поля
6.6. Измерение линейного и углового перемещения
6.6.1. Измерение посредством подвижного сердечника
6.6.2. Измерение с помощью измерительного потенциометра
6.6.3. Измерение с помощью линейного кодового датчика
6.6.4. Измерения посредством измерительных преобразователей
6.7. Переключатель
6.7.1. Аппаратное устранение дребезга контактов
6.7.2. Программное устранение дребезга контактов
Глава 7. Передача данных измерений
7.1. Помехи при передаче
7.7.1. Помехи, наведенные полями
7.1.2. Помехи, возникающие за счет разности потенциалов
7.1.3. Помехи, вызванные отражениями в линии
7.1.4. Ошибки, возникающие за счет среды передачи
7.2. Варианты передачи данных
7.2.1. Передача аналоговых замеров
7.2.2. Передача цифровых значений
Глава 8. Предварительная обработка результатов измерений
8.1. Аналоговые схемы фильтрации
8.2. Цифровые фильтры
8.2.1. Формирование среднего значения
8.2.2. Накопленное среднее значение
8.2.3. Медианный фильтр
8.3. Выпрямитель
8.3.1. Однополупериодный выпрямитель
8.3.2. Двухполупериодный выпрямитель
8.3.3. Погрешности активных выпрямителей
8.4. Мультиплексор
8.4.1. Пассивный аналоговый переключатель
8.4.2. КМОП-переключатель
8.5. Устройства выборки и хранения
8.5.1. Автономные устройства выборки и хранения
8.5.2. Интегральные микросхемы выборки и хранения
8.6. Источники опорного напряжения
8.6.1. Получение стабильного напряжения
8.6.2. Опорные токи
8.7. Специализированные устройства
8.7.1. Логарифмирующий усилитель
8.7.2. Переключаемый инвертор
8.7.3. Коммутируемые усилители
Глава 9. Аналого-цифровой преобразователь
9.1. Классификация АЦП
9.2. Сравнивающий АЦП
9.2.1. Параллельный АЦП
9.2.2. Последовательный АЦП с пилообразным напряжением (пилообразный преобразователь)
9.2.3. АЦП последовательных приближений (ступенчатый преобразователь)
9.2.4. АЦП следящего типа
9.2.5. Последовательная аппроксимация
9.2.6. Погрешность сравнивающих АЦП
9.2.7. Сравнение АЦП разных типов
9.3. Интегрирующие АЦП
9.3.1. АЦП с двукратным интегрированием
9.3.2. Преобразователь "частота-напряжение"
9.3.3. Многократные АЦП
9.3.4. АЦП с балансировкой заряда
9.3.5. Сигма-дельта АЦП
9.3.6. ШИМ-преобразователь
9.3.7. Погрешность интегрирующих АЦП
9.4. Погрешности АЦП
9.5. Подавление помех наложения
9.6. Коммерческие схемы АЦП
9.6.1. Микросхемы АЦП
9.6.2. Системы сбора данных
9.6.3. Микросхемы для мультиметров
9.6.4. Альтернативные решения
9.7. Рекомендации по выполнению заданий к главе
Глава 10. Цифроаналоговый преобразователь
10.1. Взвешенное суммирование токов
10.2. Схема R2R
10.3. Преобразователь "частота-напряжение"
10.4. Преобразование при помощи широтно-импульсной модуляции (ШИМ-преобразователь)
10.5. Погрешность цифроаналоговых преобразователей
10.6. Микросхемы ЦАП
10.7. Примеры применения ЦАП
10.7.1. Умножение напряжений
10.7.2. Регулировка усиления с помощью ЦАП
10.7.3. Цифровой регулируемый компаратор
Глава 11. Системы автоматического регулирования
11.1. Общие положения
11.1.1. Непрерывные линейные регуляторы
11.1.2. Дискретные регуляторы
11.2. Пример системы регулирования
11.2.1. Двухпозиционный регулятор
11.2.2. Многопозиционный регулятор
11.2.3. Непрерывное регулирование
11.2.4. Влияние временной характеристики объекта регулирования
11.3. Рекомендации по выполнению заданий к главе
Глава 12. Отображение результатов измерения на дисплее
12.1. Несколько основных идей
12.2. Алфавитно-цифровое представление
12.3. Графическое представление
Глава 13. Индикация состояния и результатов измерения
13.1. Вывод информации при помощи светодиодов
13.1.1. Работа с отдельными светодиодами
13.1.2. Варианты расположения светодиодов
13.2. Метод временного мультиплексирования
13.3. Применение жидкокристаллических дисплеев
13.4. Схемы для управления индикаторами
Глава 14. Управление нагрузкой
14.1. Проблемы, возникающие при подключении больших нагрузок
14.2. Микросхемы управления
14.3. Применение тиристоров при постоянном напряжении
14.4. Работа тиристора при сетевом напряжении
Глава 15. Генерирование сигналов
15.1. Ограничения при генерировании сигналов с помощью процессора
15.2. Сигналы прямоугольной формы
15.2.1. Генерация частоты и формирование импульсов посредством программного обеспечения
15.2.2. Формирование импульсов с помощью аппаратных средств контроллера
15.2.3. Формирование импульсов с помощью внешних аппаратных средств
15.3. Синусоидальные сигналы
15.3.1. Цифровые генераторы синусоидальных колебаний
15.3.2. Непосредственный цифровой синтез
15.3.3. Аналоговые генераторы синусоидальных сигналов
15.4. Специальные функции
15.4.1. Аналоговая генерация монотонных сигналов
15.4.2. Цифровая генерация функций
15.5. Кодовые последовательности импульсов
15.6. Интегральные генераторы функций
Глава 16. Измерение частоты и времени
16.1. Измерение частоты
16.2. Погрешность при измерении частоты
16.3. Режимы измерения частоты и длительности
16.4. Измерение частоты с помощью микроконтроллера
16.5. Структура цифровых счетчиков
Глава 17. Еще несколько схем и средств измерений
17.1. Измерение сопротивления
17.2. Измерение емкостей
17.3. Измерение амплитудно-частотной характеристики
17.4. Вспомогательная шкала для осциллографа
Глава 18. Измерения в цифровых схемах
18.1. Определение уровней и логических состояний
18.2. Регистрация изменения цифровых сигналов во времени
18.3. Логические компараторы
18.4. Сигнатурный анализ
Глава 19. Каналы передачи информации и интерфейсы
19.1. Аналоговые каналы передачи
19.1.1. Передача напряжения
19.1.2. Логометрическая передача напряжения
19.1.3. Передача тока
19.1.4. Передача частоты и широтно-импульсная модуляция
19.1.5. Четырех- и шестипроводный интерфейс
19.2. Цифровые каналы передачи
19.2.1. Группа интерфейсов CAN
19.2.2. LON
19.2.3. HART
19.2.4. RS485
19.2.5. Profi-Bus
19.2.6. I2C
19.2.7. SPI
19.2.8. IEEE 1451
Содержание электронного архива
Папка Adobe
Папка Simulator (Симулятор)
Папка Aufgaben (Задания)
Папка Zusatz (Дополнения)
Вызов меню компакт-диска
Загрузка AVR-Studio
Литература
Предметный указатель
Автор: Шонфелдер Г.
Название: Измерительные устройства на базе микропроцессора Atmega (+ CD)
Издательство: БХВ-Петербург
Год: 2012
Формат: DjVu + zip
Рассмотрено применение микропроцессоров для создания измерительных устройств. Приведены основные средства и методы измерения. Подробно описаны основные компоненты измерительных систем, датчики, АЦП и ЦАП, генераторы сигналов, исполнительные устройства, индикаторы, линии передачи данных и интерфейсы. Изложены принципы построения систем автоматического управления. Приведены примеры реализации различных устройств и учебные задания. Материал ориентирован на применение микропроцессоров ATmega128 компании Atmel, а также недорогих и доступных комплектующих.Рассмотрено моделирование измерительных систем на ПК с помощью программы-имитатора.
Для профессиональных инженеров-электронщиков и радиолюбителей.
Оглавление:
Глава 1. Цель данной книги
Глава 2. Что такое измерения, что и как можно измерять
2.1. Что такое измерение
2.2. Управление и регулирование
2.2.1. Прямое управление
2.2.2. Управление с обратной связью
2.2.3. Замкнутый контур автоматического регулирования
2.3. Зачем нужна цифровая измерительная техника в аналоговом мире?
2.4. Другая сторона измерений
2.5. С какой точностью нужно проводить измерения?
2.6. Программные измерения или аппаратные?
2.7. О программировании
Глава 3. Измерения — программные или аппаратные?
3.1. Что и когда следует выбирать
3.2. Роль процессора в измерительной технике
Глава 4. Моделирование
4.1. Основные принципы моделирования
4.2. Использование программы-симулятора
4.2.1. Установка
4.2.2. Запуск симулятора
4.3. Принцип работы симулятора
4.4. Описание объектов моделирования
4.4.1. Аналого-цифровой преобразователь
4.4.2. "Черный ящик" АЦП
4.4.3. ATmegal28
4.4.4. Цифроаналоговый преобразователь
4.4.5. Интегратор
4.4.6. Компаратор
4.4.7. Светодиод
4.4.8. Матрица светодиодов
4.4.9. Объект регулирования
4.4.10. Выключатель
4.4.11. Клавиатура
4.4.12. Клавиша
4.5. Решение проблем и обновление ПО
Глава 5. Регистрация и обработка данных измерений
5.1. Фундаментальные параметры серий измерений
5.1.1. Минимальное и максимальное измеряемые значения
5.1.2. Среднее значение
5.1.3. Скользящее среднее
5.1.4. Среднеквадратическое отклонение
5.1.5. Скорость изменения
5.1.6. Период серии измерений
5.1.7. Частота дискретизации
5.2. Упражнение — сбор и оценка серий измерений
5.2.1. Сбор данных неискаженных функций
5.2.2. Сбор случайных замеров
5.2.3. Сбор замеров с искажениями
5.3. Методика обработки стохастических измерений
5.3.1. Практический пример измерений с применением корреляции
5.4. Ошибки измерений
5.4.1. Динамические ошибки измерений
5.5. Рекомендации по выполнению заданий из данной главы
Глава 6. Измерения с помощью датчиков
6.1. Измерение температуры
6.1.1. Резистивный термометр
6.1.2. Термистор
6.1.3. Термодатчик на основе p-n-перехода
6.2. Измерение силы и давления
6.2.1. Измерение с помощью металлического тензодатчика
6.2.2. Пьезорезистивный датчик
6.2.3. Пьезоэлектрический датчик
6.2.4. Емкостной и индуктивный датчики
6.3. Ускорение
6.4. Яркость
6.4.1. Фотоэлементы и фотоумножители
6.4.2. Фоторезисторы
6.4.3. Фотодиоды
6.4.4. Солнечные элементы и батареи
6.4.5. Фототранзистор
6.5. Магнитные поля
6.6. Измерение линейного и углового перемещения
6.6.1. Измерение посредством подвижного сердечника
6.6.2. Измерение с помощью измерительного потенциометра
6.6.3. Измерение с помощью линейного кодового датчика
6.6.4. Измерения посредством измерительных преобразователей
6.7. Переключатель
6.7.1. Аппаратное устранение дребезга контактов
6.7.2. Программное устранение дребезга контактов
Глава 7. Передача данных измерений
7.1. Помехи при передаче
7.7.1. Помехи, наведенные полями
7.1.2. Помехи, возникающие за счет разности потенциалов
7.1.3. Помехи, вызванные отражениями в линии
7.1.4. Ошибки, возникающие за счет среды передачи
7.2. Варианты передачи данных
7.2.1. Передача аналоговых замеров
7.2.2. Передача цифровых значений
Глава 8. Предварительная обработка результатов измерений
8.1. Аналоговые схемы фильтрации
8.2. Цифровые фильтры
8.2.1. Формирование среднего значения
8.2.2. Накопленное среднее значение
8.2.3. Медианный фильтр
8.3. Выпрямитель
8.3.1. Однополупериодный выпрямитель
8.3.2. Двухполупериодный выпрямитель
8.3.3. Погрешности активных выпрямителей
8.4. Мультиплексор
8.4.1. Пассивный аналоговый переключатель
8.4.2. КМОП-переключатель
8.5. Устройства выборки и хранения
8.5.1. Автономные устройства выборки и хранения
8.5.2. Интегральные микросхемы выборки и хранения
8.6. Источники опорного напряжения
8.6.1. Получение стабильного напряжения
8.6.2. Опорные токи
8.7. Специализированные устройства
8.7.1. Логарифмирующий усилитель
8.7.2. Переключаемый инвертор
8.7.3. Коммутируемые усилители
Глава 9. Аналого-цифровой преобразователь
9.1. Классификация АЦП
9.2. Сравнивающий АЦП
9.2.1. Параллельный АЦП
9.2.2. Последовательный АЦП с пилообразным напряжением (пилообразный преобразователь)
9.2.3. АЦП последовательных приближений (ступенчатый преобразователь)
9.2.4. АЦП следящего типа
9.2.5. Последовательная аппроксимация
9.2.6. Погрешность сравнивающих АЦП
9.2.7. Сравнение АЦП разных типов
9.3. Интегрирующие АЦП
9.3.1. АЦП с двукратным интегрированием
9.3.2. Преобразователь "частота-напряжение"
9.3.3. Многократные АЦП
9.3.4. АЦП с балансировкой заряда
9.3.5. Сигма-дельта АЦП
9.3.6. ШИМ-преобразователь
9.3.7. Погрешность интегрирующих АЦП
9.4. Погрешности АЦП
9.5. Подавление помех наложения
9.6. Коммерческие схемы АЦП
9.6.1. Микросхемы АЦП
9.6.2. Системы сбора данных
9.6.3. Микросхемы для мультиметров
9.6.4. Альтернативные решения
9.7. Рекомендации по выполнению заданий к главе
Глава 10. Цифроаналоговый преобразователь
10.1. Взвешенное суммирование токов
10.2. Схема R2R
10.3. Преобразователь "частота-напряжение"
10.4. Преобразование при помощи широтно-импульсной модуляции (ШИМ-преобразователь)
10.5. Погрешность цифроаналоговых преобразователей
10.6. Микросхемы ЦАП
10.7. Примеры применения ЦАП
10.7.1. Умножение напряжений
10.7.2. Регулировка усиления с помощью ЦАП
10.7.3. Цифровой регулируемый компаратор
Глава 11. Системы автоматического регулирования
11.1. Общие положения
11.1.1. Непрерывные линейные регуляторы
11.1.2. Дискретные регуляторы
11.2. Пример системы регулирования
11.2.1. Двухпозиционный регулятор
11.2.2. Многопозиционный регулятор
11.2.3. Непрерывное регулирование
11.2.4. Влияние временной характеристики объекта регулирования
11.3. Рекомендации по выполнению заданий к главе
Глава 12. Отображение результатов измерения на дисплее
12.1. Несколько основных идей
12.2. Алфавитно-цифровое представление
12.3. Графическое представление
Глава 13. Индикация состояния и результатов измерения
13.1. Вывод информации при помощи светодиодов
13.1.1. Работа с отдельными светодиодами
13.1.2. Варианты расположения светодиодов
13.2. Метод временного мультиплексирования
13.3. Применение жидкокристаллических дисплеев
13.4. Схемы для управления индикаторами
Глава 14. Управление нагрузкой
14.1. Проблемы, возникающие при подключении больших нагрузок
14.2. Микросхемы управления
14.3. Применение тиристоров при постоянном напряжении
14.4. Работа тиристора при сетевом напряжении
Глава 15. Генерирование сигналов
15.1. Ограничения при генерировании сигналов с помощью процессора
15.2. Сигналы прямоугольной формы
15.2.1. Генерация частоты и формирование импульсов посредством программного обеспечения
15.2.2. Формирование импульсов с помощью аппаратных средств контроллера
15.2.3. Формирование импульсов с помощью внешних аппаратных средств
15.3. Синусоидальные сигналы
15.3.1. Цифровые генераторы синусоидальных колебаний
15.3.2. Непосредственный цифровой синтез
15.3.3. Аналоговые генераторы синусоидальных сигналов
15.4. Специальные функции
15.4.1. Аналоговая генерация монотонных сигналов
15.4.2. Цифровая генерация функций
15.5. Кодовые последовательности импульсов
15.6. Интегральные генераторы функций
Глава 16. Измерение частоты и времени
16.1. Измерение частоты
16.2. Погрешность при измерении частоты
16.3. Режимы измерения частоты и длительности
16.4. Измерение частоты с помощью микроконтроллера
16.5. Структура цифровых счетчиков
Глава 17. Еще несколько схем и средств измерений
17.1. Измерение сопротивления
17.2. Измерение емкостей
17.3. Измерение амплитудно-частотной характеристики
17.4. Вспомогательная шкала для осциллографа
Глава 18. Измерения в цифровых схемах
18.1. Определение уровней и логических состояний
18.2. Регистрация изменения цифровых сигналов во времени
18.3. Логические компараторы
18.4. Сигнатурный анализ
Глава 19. Каналы передачи информации и интерфейсы
19.1. Аналоговые каналы передачи
19.1.1. Передача напряжения
19.1.2. Логометрическая передача напряжения
19.1.3. Передача тока
19.1.4. Передача частоты и широтно-импульсная модуляция
19.1.5. Четырех- и шестипроводный интерфейс
19.2. Цифровые каналы передачи
19.2.1. Группа интерфейсов CAN
19.2.2. LON
19.2.3. HART
19.2.4. RS485
19.2.5. Profi-Bus
19.2.6. I2C
19.2.7. SPI
19.2.8. IEEE 1451
Содержание электронного архива
Папка Adobe
Папка Simulator (Симулятор)
Папка Aufgaben (Задания)
Папка Zusatz (Дополнения)
Вызов меню компакт-диска
Загрузка AVR-Studio
Литература
Предметный указатель
Автор: Шонфелдер Г.
Название: Измерительные устройства на базе микропроцессора Atmega (+ CD)
Издательство: БХВ-Петербург
Год: 2012
Формат: DjVu + zip
Смотрите также:
