Si ta bëni ADC kuptimin aktual: 5 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:13

Në këtë Instructable ne do të përshkruajmë se si të zbatojmë një konvertues analog-dixhital 8-bitësh (ADC) në SLG46855V që mund të ndiejë rrymën e ngarkesës dhe ndërfaqen me një MCU nëpërmjet I2C. Ky dizajn mund të përdoret për aplikime të ndryshme të ndjeshmërisë aktuale si ammetra, sisteme të zbulimit të defekteve dhe matës të karburantit.

Më poshtë kemi përshkruar hapat e nevojshëm për të kuptuar se si zgjidhja është programuar për të krijuar kuptimin aktual ADC. Sidoqoftë, nëse thjesht doni të merrni rezultatin e programimit, shkarkoni softuerin GreenPAK për të parë Skedarin e Dizajnit të GreenPAK të përfunduar tashmë. Lidheni Kompletin e Zhvillimit GreenPAK me kompjuterin tuaj dhe goditni programin për të krijuar kuptimin aktual ADC.

Hapi 1: Arkitektura ADC

ADC në thelb përbëhet nga një krahasues analog dhe një konvertues dixhital në analog (DAC). Krahasuesi ndjen tensionin e hyrjes kundrejt tensionit të daljes DAC, dhe më pas kontrollon nëse do të rrisë ose zvogëlojë kodin e hyrjes DAC, në mënyrë që dalja DAC të konvergojë me tensionin e hyrjes. Kodi hyrës DAC që rezulton bëhet kodi dixhital i daljes ADC.

Në zbatimin tonë, ne krijojmë një DAC duke përdorur një rrjet rezistence të kontrolluar nga modulimi i gjerësisë së pulsit (PWM). Ne lehtë mund të krijojmë një dalje të saktë PWM të kontrolluar në mënyrë dixhitale duke përdorur GreenPAK. PWM kur filtrohet bëhet tensioni ynë analog dhe kështu shërben si një DAC efektive. Një avantazh i veçantë i kësaj qasjeje është se është e lehtë të vendosësh tensionet që korrespondojnë me kodin zero dhe shkallën e plotë (kompensimi dhe fitimi në mënyrë ekuivalente) thjesht duke rregulluar vlerat e rezistencës. Për shembull, një përdorues dëshiron të lexojë në mënyrë ideale kodin zero nga një sensor i temperaturës pa rrymë (0 µA) që korrespondon me 4.3 V, dhe kod në shkallë të plotë në 1000 µA që korrespondon me 3.9 V (Tabela 1). Kjo zbatohet lehtësisht thjesht duke vendosur disa vlera të rezistencës. Duke e bërë gamën ADC të përputhet me gamën e sensorit të interesit, ne përdorim më së shumti rezolucionin ADC.

Një konsideratë e projektimit për këtë arkitekturë është se një frekuencë e brendshme PWM duhet të jetë shumë më e shpejtë se norma e azhurnimit ADC për të parandaluar sjelljen e nënvlerësuar të lakut të saj të kontrollit. Së paku duhet të jetë më e gjatë se ora e numëruesit të të dhënave ADC e ndarë me 256. Në këtë dizajn, periudha e përditësimit ADC është vendosur në 1.3312 ms.

Hapi 2: Qarku i brendshëm

ADC fleksibël bazohet në modelin e paraqitur në Dialog Semiconductor AN-1177. Shpejtësia e orës rritet nga 1 MHz në 12.5 MHz në mënyrë që të regjistrojë numëruesin ADC pasi SLG46855 ka një orë 25 MHz në dispozicion. Kjo lejon një normë shumë më të shpejtë të azhurnimit për zgjidhjen më të mirë të mostrës. LUT që mat orën e të dhënave ADC ndryshon kështu që do të kalojë përmes sinjalit 12.5 MHz kur PWM DFF është i ulët.

Hapi 3: Qarku i jashtëm

Një rezistencë e jashtme dhe një rrjet kondensatorësh përdoren për të kthyer një PWM në një tension analog siç tregohet në skemën e qarkut në figurën 1. Vlerat llogariten për rezolucionin maksimal për rrymën maksimale që pajisja do të ndiejë. Për të arritur këtë fleksibilitet, ne shtojmë rezistorë R1 dhe R2 paralelisht me VDD dhe tokëzimin. Ndarësi i rezistencës ndan VBAT në anën e ulët të intervalit të tensionit. Raporti ndarës për një VBAT minimale të pritshme mund të zgjidhet duke përdorur ekuacionin 1.

Hapi 4: Udhëzimet e Leximit të I2C

Tabela 1 përshkruan strukturën e komandës I2C për të lexuar përsëri të dhënat e ruajtura në CNT0. Komandat I2C kërkojnë një bit të fillimit, bajt të kontrollit, adresën e fjalës, bitin e leximit dhe bitin e ndalimit.

Një shembull komandë I2C për të lexuar vlerën e numëruar të CNT0 është shkruar më poshtë:

[0x10 0xA5] [0x11 R]

Vlera e numëruar që lexohet përsëri do të jetë vlera e kodit ADC. Si shembull, një kod Arduino përfshihet në skedarin ZIP të këtij shënimi të aplikacionit në faqen e internetit të Dialog.

Hapi 5: Rezultatet

Për të testuar saktësinë e modelit të sensit aktual ADC, vlerat e matura në një rrymë të caktuar të ngarkesës dhe nivelin VDD u krahasuan me një vlerë teorike. Vlerat teorike të ADC u llogaritën me ekuacionin 2.

ILOAD që lidhet me një vlerë ADC gjendet me ekuacionin 3.

Për rezultatet e mëposhtme kam përdorur këto vlera përbërëse të paraqitura në Tabelën 3.

Zgjidhja e vlerës ADC në konvertimin ILOAD mund të llogaritet duke përdorur ekuacionin 3 me vlerat e matura në Tabelën 2 dhe vlerën ADC të vendosur në 1. Me një VBAT prej 3.9 V rezolucioni është 4.96 µA/div.

Për të optimizuar qarkun e ndjesisë aktuale ADC në një nivel minimal VDD prej 3.6 V me një rrymë maksimale prej 1100 µA dhe një rezistencë sensi 381 Ω, koeficienti ideal i ndarjes do të ishte 0.884, bazuar në ekuacionin 1. Me vlerat e dhëna në Tabelën 2, pjesëtuesi aktual ka një koeficient ndarës prej 0.876. Meqenëse kjo është pak më pak, do të lejojë një gamë pak më të madhe të rrymës së ngarkesës, kështu që vlerat e ADC janë afër gamës së plotë, por nuk do të tejmbushin. Vlera aktuale e ndarësit llogaritet me ekuacionin 4.

Mbi (Figurat 2-6, Tabelat 4-6) janë matjet e marra të qarkut në tre nivele tensioni: 4.3 V, 3.9 V dhe 3.6 V. Çdo nivel shfaq një grafik që tregon ndryshimin midis vlerave ADC të matura dhe teorike. Vlerat teorike janë të rrumbullakosura në numrin e plotë më të afërt. Ekziston një grafik përmbledhës për të krahasuar dallimet në tre nivelet e tensionit. Më pas ekziston një grafik që tregon korrelacionin midis vlerave teorike ADC dhe rrymës së ngarkesës në nivele të ndryshme të tensionit.

Përfundim

Pajisja u testua në tre nivele të tensionit: 3.6 V, 3.9 V dhe 4.3 V. Gama e këtyre tensioneve modelon një bateri të plotë litium -jon që shkarkon në nivelin e saj nominal. Nga tre nivelet e tensionit, vërehet se pajisja ishte zakonisht më e saktë në 3.9 V për qarkun e jashtëm të zgjedhur. Dallimi midis vlerave ADC të matura dhe teorike ishte vetëm 1 vlerë dhjetore jashtë rrymave të ngarkesës prej 700 - 1000 µA. Në gamën e dhënë të tensionit, vlerat e matura të ADC ishin 3 pikë dhjetore mbi kushtet nominale në rastin më të keq. Rregullime të mëtejshme në ndarësin e rezistencës mund të bëhen për të optimizuar nivele të ndryshme të tensionit VDD.