كيفية جعل ADC الحالي هو: 5 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:37

في Instructable ، سنصف كيفية تنفيذ محول تناظري إلى رقمي 8 بت (ADC) في SLG46855V يمكنه استشعار تيار الحمل والواجهة مع MCU عبر I2C. يمكن استخدام هذا التصميم للعديد من تطبيقات الاستشعار الحالية مثل أجهزة قياس التيار وأنظمة الكشف عن الأخطاء ومقاييس الوقود.

فيما يلي وصفنا الخطوات اللازمة لفهم كيفية برمجة الحل لإنشاء إحساس ADC الحالي. ومع ذلك ، إذا كنت ترغب فقط في الحصول على نتيجة البرمجة ، فقم بتنزيل برنامج GreenPAK لعرض ملف تصميم GreenPAK المكتمل بالفعل. قم بتوصيل GreenPAK Development Kit بجهاز الكمبيوتر الخاص بك واضغط على البرنامج لإنشاء إحساس ADC الحالي.

الخطوة 1: هندسة ADC

يتكون ADC بشكل أساسي من مقارنة تمثيلية ومحول رقمي إلى تناظري (DAC). يستشعر المقارنة جهد الدخل مقابل جهد خرج DAC ، ثم يتحكم فيما إذا كان سيتم زيادة أو إنقاص كود إدخال DAC ، بحيث يتقارب خرج DAC مع جهد الدخل. يصبح رمز إدخال DAC الناتج هو رمز الإخراج الرقمي ADC.

في تنفيذنا ، قمنا بإنشاء DAC باستخدام شبكة مقاومة يتم التحكم فيها بتعديل عرض النبضة (PWM). يمكننا بسهولة إنشاء مخرجات PWM دقيقة يتم التحكم فيها رقميًا باستخدام GreenPAK. يصبح PWM عند ترشيحه جهدنا التناظري وبالتالي يعمل بمثابة DAC فعال. ميزة مميزة لهذا النهج هي أنه من السهل ضبط الفولتية التي تتوافق مع كود الصفر والمقياس الكامل (الإزاحة والكسب بشكل مكافئ) ببساطة عن طريق ضبط قيم المقاوم. على سبيل المثال ، يريد المستخدم قراءة الكود الصفري بشكل مثالي من مستشعر درجة الحرارة بدون تيار (0 µA) يقابل 4.3 فولت ، ورمز كامل النطاق عند 1000 A يقابل 3.9 فولت (الجدول 1). يتم تنفيذ ذلك بسهولة عن طريق تعيين عدد قليل من قيم المقاوم. من خلال جعل نطاق ADC يتطابق مع نطاق المستشعر الذي يهمنا ، فإننا نستفيد إلى أقصى حد من دقة ADC.

يتمثل أحد اعتبارات التصميم لهذه البنية في أن تردد PWM الداخلي يجب أن يكون أسرع بكثير من معدل تحديث ADC لمنع السلوك المنخفض التخميد لحلقة التحكم الخاصة به. على الأقل يجب أن تكون أطول من ساعة عداد بيانات ADC مقسومة على 256. في هذا التصميم ، تم تعيين فترة تحديث ADC على 1.3312 مللي ثانية.

الخطوة الثانية: الدائرة الداخلية

يعتمد ADC المرن على التصميم المقدم في Dialog Semiconductor AN-1177. يتم زيادة سرعة الساعة من 1 ميجاهرتز إلى 12.5 ميجاهرتز من أجل تسجيل عداد ADC نظرًا لأن SLG46855 بها ساعة 25 ميجاهرتز متاحة. وهذا يسمح بمعدل تحديث أسرع بكثير للحصول على دقة عينة أدق. يتم تغيير LUT على مدار الساعة لساعة بيانات ADC بحيث يمر عبر إشارة 12.5 ميجاهرتز عندما يكون PWM DFF منخفضًا.

الخطوة 3: الدائرة الخارجية

يتم استخدام مقاوم خارجي وشبكة مكثف لتحويل PWM إلى جهد تناظري كما هو موضح في مخطط الدائرة في الشكل 1. يتم حساب القيم للحد الأقصى من الدقة للحد الأقصى للتيار الذي يستشعره الجهاز. لتحقيق هذه المرونة ، نضيف مقاومات R1 و R2 بالتوازي مع VDD والأرضي. مقسم المقاوم يقسم VBAT إلى الجانب المنخفض من نطاق الجهد. يمكن حل نسبة الحاجز للحد الأدنى المتوقع من VBAT باستخدام المعادلة 1.

الخطوة 4: تعليمات قراءة I2C

يصف الجدول 1 بنية أوامر I2C لقراءة البيانات المخزنة في CNT0. تتطلب أوامر I2C بت البداية ، والتحكم في البايت ، وعنوان الكلمة ، وبت القراءة ، وبت التوقف.

مثال على أمر I2C لقراءة القيمة المعدودة CNT0 أدناه:

[0x10 0xA5] [0x11 R]

ستكون القيمة المحسوبة التي تمت قراءتها مرة أخرى هي قيمة رمز ADC. على سبيل المثال ، يتم تضمين كود Arduino في ملف ZIP لملاحظة التطبيق هذه على موقع Dialog على الويب.

الخطوة 5: النتائج

لاختبار دقة تصميم المعنى الحالي لـ ADC ، تمت مقارنة القيم المقاسة عند تيار حمل معين ومستوى VDD بالقيمة النظرية. تم حساب قيم ADC النظرية بالمعادلة 2.

تم العثور على ILOAD التي ترتبط بقيمة ADC مع المعادلة 3.

بالنسبة للنتائج التالية ، استخدمت قيم المكونات الموضحة في الجدول 3.

يمكن حساب تحليل قيمة ADC لتحويل ILOAD باستخدام المعادلة 3 مع القيم المقاسة في الجدول 2 وقيمة ADC مضبوطة على 1. مع VBAT من 3.9 فولت ، يكون القرار 4.96 µA / div.

من أجل تحسين دارة الإحساس الحالية ADC إلى مستوى VDD بحد أدنى 3.6 فولت مع تيار أقصى يبلغ 1100 A ومقاوم استشعار 381 ، سيكون معامل الفاصل المثالي 0.884 ، بناءً على المعادلة 1. مع القيم الواردة في الجدول في الشكل 2 ، يكون للمقسم الفعلي معامل فاصل يبلغ 0.876. نظرًا لأن هذا أقل قليلاً ، فإنه سيسمح بنطاق تيار تحميل أكبر قليلاً بحيث تكون قيم ADC قريبة من النطاق الكامل ولكنها لن تتجاوز. يتم حساب قيمة الفاصل الفعلية بالمعادلة 4.

أعلاه (الأشكال 2-6 ، الجداول 4-6) هي القياسات المأخوذة من الدائرة عند ثلاثة مستويات للجهد: 4.3 فولت ، 3.9 فولت ، و 3.6 فولت. يعرض كل مستوى رسمًا بيانيًا يعرض الفرق بين قيم ADC المقاسة والنظرية. يتم تقريب القيم النظرية إلى أقرب عدد صحيح صحيح. يوجد رسم بياني موجز لمقارنة الاختلافات عند مستويات الجهد الثلاثة. بعد ذلك يوجد رسم بياني يوضح الارتباط بين قيم ADC النظرية وتحميل التيار عند مستويات الجهد المختلفة.

استنتاج

تم اختبار الجهاز على ثلاثة مستويات للجهد: 3.6 فولت ، 3.9 فولت ، 4.3 فولت. نطاق هذه الفولتية نماذج بطارية ليثيوم أيون كاملة يتم تفريغها إلى مستواها الاسمي. من بين مستويات الجهد الثلاثة ، لوحظ أن الجهاز كان عادةً أكثر دقة عند 3.9 فولت للدائرة الخارجية المختارة. كان الفرق بين قيم ADC المقاسة والنظرية قيمة عشرية واحدة فقط عند تيارات الحمل 700-1000 A. في نطاق الجهد المحدد ، كانت قيم ADC المقاسة 3 نقاط عشرية فوق الظروف الاسمية في أسوأ الحالات. يمكن إجراء مزيد من التعديلات على مقسم المقاوم لتحسين مستويات جهد VDD المختلفة.