Elektroteknik för MF1016. Föreläsning 8 Mikrokontrollern ansluts till omvärden. - Analoga ingångar, A/D-omvandlare o upplösningen och dess betydelse. o Potentiometer som gasreglage eller volymratt. o Förstärkning behövs ofta före A/D omvandling T ex temperaturmätning. o En A/D omvandlare men flera kanaler. o Kondensator på ingången laddas upp, tar tid o Mätkortet från labbet som exempel - Digitala ingångar och framförallt utgångar o elektrisk modell - Beräkning av strömförbrukningen till ett antal kretsar. o T ex en mikrokontroller med sina anslutna laster - Beräkning av förluster och dimensionering av kylflänsar till elektronikkomponenter. o Tex en spänningsregulatorkrets
MMK, KTH Elektroteknik Föreläsning 10 o upplösningen och dess betydelse. Repetition av upplösning
Elektroteknik för MF1016. Föreläsning 8 o Potentiometer som gasreglage eller volymratt. Exempel från laborationen MIK, en potentiometer ger 0-3,3V (Vref = 3,3V) på A/D omvandlaringång som i sin tur ger talet 0-1023 (10 bitar). Detta kan styra duty cycle på en PWM utgång och i sin tur varvtalet på en likströmsmotor. potvarde = GET_AD(0); //Ger 0 till 1023 //Räkna ut lämplig värde på variabeln dutycycle ur värdet på potvarde PWM0(dutycycle);
MMK, KTH Elektroteknik Föreläsning 10 o Förstärkning behövs ofta före A/D omvandling T ex temperaturmätning. Ofta är spänningen från en givare som ska A/D omvandlas för liten. Till exempel är spänningen från givaren mellan 0 till 100mV blir det tal som används: 0V ger 0 0,1V ger 0,1V*1023/3,3V = 31 Vi utnyttjar bara ca 3% av talområdet och får låg upplösning i mätning av det som ska mätas. Användning av A/D-omvandlare, t ex temperaturmätning. Ofta kan A/D-omvandlarens upplösning utnyttjas bättre om signalen förstärks. I vårt exempel nedan antar vi att referensspänningen Vref = 5V och att antalet bitar är 10. Utan förstärkare: Tabell för termistor: [ C] [kω] -10 44.0 0 23.1 10 18.2 25 10 40 6.405 50 5.754 70 2.954 100 1.229
Elektroteknik för MF1016. Föreläsning 8 Med förstärkare se koppling nedan. Förstärkaren består av ett antal motstånd och en så kallad operationsförstärkare (triangeln nedan):
MMK, KTH Elektroteknik Föreläsning 10 Förstärkning och flyttning av nivå kallas signalkonditionering. Detta kan göras genom att välja motstånden i OP-kopplingen ovan.
Elektroteknik för MF1016. Föreläsning 8 En A/D omvandlare men flera kanaler. I ett mätkort eller i en mikrokontroller används endast en A/D-omvandlare. En multiplexer (en växel eller väljare) används för att erhålla många så kallade A/D omvandlarkanaler. Anledningen är att vi vill mäta många olika storheter samtidigt med samma utrustning. Samtidigt är inte sant, A/D-omvandlaren omvandlar signalen från en kanal i taget. Med hjälp av multiplexern kopplas kanalerna, en efter en, in till A/D-omvandlaren, kanske figuren nedan kan komplettera berättelsen. A/D-omvandlaren begränsas, förutom av dess upplösning, även av dess samplingsfrekvens fs. Detta leder till att man antingen kan mäta en snabb signal eller flera långsamma eller något däremellan. o Kondensator på ingången laddas upp, tar tid
MMK, KTH Elektroteknik Föreläsning 10 o Mätkortet från labbet som exempel Exempel på data från vårt NI-6229 mätkort som har använts i labbarna. Analoga ingång A/D omvandlare.
Elektroteknik för MF1016. Föreläsning 8 - Digitala ingångar och framförallt utgångar o elektrisk modell I figuren nedan visas en modell för en digital krets, till exempel en mikrokontroller eller ett kombinatoriskt grindnät. För att kretsen skall fungera krävs en matningsspänning som, i datablad, brukar kallas VCC (ofta kan den vara 5V eller 3,3V). Då denna spänning är ansluten uppkommer en ström ICC som behövs för att kretsen skall fungera. Om det är etta ut är ut=1 i figuren och den övre strömbytaren är till och den nedre är från. Vid etta borde utspänningen VO bli VCC = 5V, men i praktiken får vi åtminstone det som benämns VOH = 4,2V (se datablad). Vi har ett internt spänningsfall inne i kretsen, ΔVh i figuren, som är skillnaden mellan VCC och VOH, som i detta fall är 0,8V (5V 4,2V). Vid nolla ut borde vi idealt få VO = 0V. I praktiken får vi det som i databladet heter VOL = 0,7 V eller mindre vid VCC = 5V. Även i detta fall uppkommer ett internt spänningsfall som i figuren benämns ΔVL. DC Characteristics (gäller MCU längre fram) TA = -40 C to 85 C, VCC = 2.7V to 5.5V (unless otherwise noted) Symbol Parameter Condition Min Typ Max Units I CC Power Supply Current Active 8 MHz, VCC = 5V (ATmega128) 17 19 ma V OL Output Low Voltage (Ports A,B,C,D, E, F, G) I OL = 20 ma, VCC = 5V I OL = 10 ma, VCC = 3V 0.7 0.5 V V V OH Output High Voltage (Ports A,B,C,D, E, F, G) I OH = -20 ma, VCC = 5V I OH = -10 ma, VCC = 3V 4.2 2.2 V V
MMK, KTH Elektroteknik Föreläsning 10 - Beräkning av strömförbrukningen till ett antal kretsar. o T ex en mikrokontroller med sina anslutna laster
Elektroteknik för MF1016. Föreläsning 8 I beräkningarna nedan kommer ICC = 19 ma, VOH = 4,2 V och VOL = 0,7V från databladet högt ovan. IBE och IHT är toppvärdena genom 2 pga 50% duty cycle.
MMK, KTH Elektroteknik Föreläsning 10 - Beräkning av förluster och dimensionering av kylflänsar till elektronikkomponenter. o Tex en spänningsregulatorkrets 7805 Absolute Maximum Ratings (T A = 25 C) Symbol Parameter Value Unit V I Input Voltage (max) V O = 5V 35 V R θjc Thermal Resistance Junction-Case (TO-220) 5 C/W R θja Thermal Resistance Junction-Air (TO-220) 65 C/W T J Operating Junction Temperature 7805-40 - +125 C
170327/HJ Elektroteknik för MF1016. Föreläsning 8