,
Научный руководитель - И. М. КОЛЬЦОВ, к. т.н., доцент
Московский государственный инженерно-физический институт
(технический университет),
ОАО “АВЭКС”, г. Москва
Исследование шумов АЦП микроконтроллера ADMC300
На кафедре “Автоматика” МИФИ совместно с ОАО “АВЭКС” в настоящее время выполняется разработка микропроцессорной системы асинхронного электропривода.
Микропроцессорная система управления электроприводом реализуется на базе специализированного микроконтроллера ADMC300 Analog Devices, пригодного для высокоточного управления асинхронными двигателями, синхронными двигателями с постоянными магнитами и бесщеточными двигателями постоянного тока.
Одной из важных функциональных частей микропроцессорной системы управления электроприводом на базе ADMC300 является ситема АЦП. Она включает в себя пять независимых шестнадцатибитных аналого-цифровых преобразователей. Для максимальной гибкости они размещены в двух банках: АЦП1 и АЦП2 составляют Банк А, а АЦП3, АЦП4 и АЦП5 составляют ятый канал АЦП можно мультиплексировать на 8 входов. Таким образом, общее число каналов возрастает до двенадцати.
Для исследования характеристик шума с каждого АЦП снималось по 200 значений одного и того же сигнала. Соответственно, на выходе каждого АЦП получали по 200 разных сигналов, состоящих из полезного сигнала и шума.
Для чистоты эксперимента на вход каждого АЦП подавали нулевой сигнал. При этом на выходе преобразователя наблюдается шум, состоящий из постоянной (смещения нуля) и переменной составляющих. Для улучшения характеристик входного сигнала АЦП необходимо уменьшить обе эти составляющие шума.
На рисунке 1 представлена гистограмма распределения шума для четвертого канала АЦП микроконтроллера.
Учет постоянной составляющей шума в микроконтроллере производился путем вычитания из зашумленного сигнала, получаемого с АЦП, измеренной величины смещения нуля. Для уменьшения переменной составляющей шума применялась простейшая фильтрация – усреднение двух последовательно снятых значений зашумленных сигналов.
Закон распределения шума близок к нормальному. Поэтому были рассчитаны дисперсии нефильтрованного и фильтрованного сигналов. Значение дисперсии для нефильтрованного сигнала равно 1,01, для фильтрованного сигнала – 0,62.
Рис.1. Гистограмма распределения шума канала АЦП до фильтрации (а) и после нее (б).
Применение более сложных типов фильтрации не дало ощутимого эффекта по сравнению с предложенным простейшим алгоритмом, однако потребовало для своей реализации гораздо больше программного времени, поэтому было принято решение об использовании в дальнейшем именно такого алгоритма для обработки входных сигналов, получаемых с аналого-цифровых преобразователей.
Литература
Руководство пользователя по сигнальным микропроцессорам семейства ADSP – 2100. // Под редакцией профессора . Санкт – Петербург 1997г. High Performance DSP – Based Motor Controller ADMC300. //Analog Devices 1998г.