Лабораторная работа 4 - задание

Задание на лабораторную работу №4 по МПУ (для гр. 0586 и 0587).

Применение аналого-цифрового преобразователя

Цель работы: освоение принципов работы с аналого-цифровым преобразователем микроконтроллера AT91SAM7S и получения результатов измерений.

Бригада

Задание

1Прибор измерения концентрации газа O2 с выходным токовым сигналом 4… 20 мА позволяет измерять концентрации в диапазоне 0...21 об.%. Пределы допустимой основной погрешности: в диапазоне 0...4 об.% абсолютная погрешность ±0,4 об.%, а в диапазоне 4...21 об.% относительная погрешность ±10%. Нормирующий преобразователь, подключённый к каналу 4 АЦП, имеет входное сопротивление Rвх = 100 Ом, коэффициент усиления 1,6.

По нажатию на кнопку на отладочной плате необходимо запускать непрерывный контроль уровня концентрации газа методом «скользящего среднего». Количество усредняемых отчётов на каждом шаге – 350. В случае падения концентрации ниже 15% необходимо зажигать светодиод на отладочной плате. При превышении 20% светодиод необходимо гасить.

Частота тактирования АЦП — 1,5 МГц. Время выборки — 4 мкс.

2Термопара типа ТПР используется в плавильной установке для измерения

температуры в диапазоне 0…+500 оС. Основная погрешность не превышает

± 2,4°С для диапазона измерений от 0 до +600 оС. Определить требования к параметрам выходного сигнала нормирующего преобразователя, который будет подключён к каналу 4 АЦП. Реализовать одиночное измерение температуры по каждому нажатию на кнопку на отладочной плате. Если температура по результатам любого из последних 10 измерений превышает 390 оС, следует зажигать светодиод на отладочной плате. При снижении температуры ниже 340 оС по результатам всех из последних 5 измерений, следует гасить светодиод.

Частота тактирования АЦП — 375 кГц. Время выборки — 0,032 мс.

3Анемометр, предназначенный для измерения скорости ветра до 32 м/с с абсолютной погрешностью ± 0,8 м/с выдаёт сигнал в диапазоне 0...1,0 В, который поступает на вход нормирующего преобразователя, имеющего коэффициент усиления 3. Нормирующий преобразователь подключён к каналу 4 АЦП. Нажатие на кнопку на отладочной плате должно запускать постоянное измерение скорости ветра в цикле до тех пор, пока кнопка не будет нажата повторно. Если средняя скорость ветра по окончании цикла измерений превышает 10 м/с, необходимо зажечь светодиод на отладочной плате. Во время измерений светодиод не должен гореть.

Частота тактирования АЦП — 1,6 МГц. Время выборки — 5 мкс.

4Измерительный сигнал, меняющийся в диапазоне 0... 1,0 В. вследствие шумов в измерительном преобразователе имеет на выходе СКО равное 0,001 В. По каждому нажатию на кнопку на отладочной плате необходимо производить однократное измерения уровня сигнала. Результаты последних 20 измерений, а также их среднее значение хранить в оперативной памяти. Если уровень сигнала по результатам однократного измерения превышает 0,7 В, необходимо зажечь светодиод на отладочной плате. Если уровень сигнала меньше или равен 0,7 В, светодиод необходимо гасить. Определить, нужно ли использовать нормирующий преобразователь и, если да, то с какими характеристиками. Использовать канал 4 АЦП.

Частота тактирования АЦП — 1 МГц. Время выборки — 13 мкс.

5На вход нормирующего преобразователя, подключённого к каналу 4 АЦП поступает случайный сигнал (с нормальным распределением), имеющий математическое ожидание, равное 15 В. Диапазон возможных значений сигнала: 0 … 35 В. Коэффициент усиления нормирующего преобразователя 0,08. По нажатию на кнопку на отладочной плате необходимо выполнить серию из 20000 измерений, по результатам которой зажечь светодиод на отладочной плате, если СКО сигнала превышает 2 В. По окончании серии повторное нажатие на кнопку должно запускать новую серию измерений.

Частота тактирования АЦП — 3 МГц. Время выборки — 1 мкс.

6Преобразователь уровня кислотности позволяет измерять pH в диапазоне -2...20 с абсолютной погрешностью не более ± 0,02. Выходной сигнал 4…20 мА заведён на вход нормирующего преобразователя с входным сопротивлением 80 Ом и коэффициентом усиления 2. Нормирующий преобразователь подключён к 4му каналу АЦП. Постоянно контролировать целостность цепи от измерительного преобразователя до АЦП и в случае обрыва зажигать светодиод на отладочной плате. По нажатию на кнопку на отладочной плате необходимо произвести серию из 100 измерений и определить среднее значение pH. Если среднее значение ниже 3,0, необходимо зажигать второй светодиод.

Частота тактирования АЦП — 1,2 МГц. Время выборки — 7,5 мкс.

При расчётах принять опорное напряжение АЦП равным 3,3 В., частоту главного тактового генератора (Master Clock, MCK) равной 48 МГц.

Отчёт должен содержать:

•текст задания;

•структурную схему измерительного канала;

•функцию обратного преобразования измерительного канала (в виде формулы);

•обоснование выбора разрядности преобразования;

•оценку погрешностей измерительного канала;

•алгоритм решения задачи;

•исходный текст программы с комментариями;

•выводы.