Кодоимпульсный аналого-цифровой преобразователь "напряжение–код" следящего уравновешивания - Курсовая работа

Единственным ограничением на пути использования компьютера в области измерений и регистрации аналоговых сигналов является то, что компьютер не способен принимать аналоговые данные, так как является полностью цифровым устройством.Из обзора информационных материалов были выделены аналоги разрабатываемого устройства, которые выполняют схожие задачи. Схема поразрядного кодоимпульсного преобразователя представлена на рисунке 1 [1]. Генератор тактовых импульсов включает триггер циклов который, в свою очередь, запускает генератор сдвигающих импульсов и записывает в старший разряд РК «1», в остальные «0». На вход устройства сравнения УС подаются преобразуемое напряжение постоянного тока Ux, и напряжение Uo с выхода преобразователя кода в напряжения (ПКН или ЦАП). В процессе работы устройства напряжение Uo изменяется, приближаясь к текущему значению Ux.Для выполнения поставленной задачи на основе известных аналогов была разработана функциональная схема кодоимпульсного АЦП, представленная на рисунке 4. Цифровой код со счетчика поступает на ЦАП и преобразуется в аналоговый сигнал, пропорциональный коду, который подается на один из входов компаратора. Поскольку входное напряжение отрицательное, входной сигнал предварительно поступает на инвертирующий усилитель, который, кроме того, обеспечивает системе необходимое входное сопротивление. Если абсолютная величина сигнала на выходе ЦАП меньше абсолютной величины входного, то счетчик считает на увеличение, увеличивая тем самым напряжение на выходе ЦАП. Если сигнал на выходе ЦАП больше входного, то счетчик считает на уменьшение, уменьшая напряжение на выходе ЦАП.Для всякого преобразователя аналоговой величины в код расчет структуры начинается с определения числа уровней квантования или числа разрядов n ЦАП: (1) где - максимальное значение входной величины; Опорная частота генератора импульсов находится из формулы: (3) где - время преобразования; Суммарную погрешность устройства представим двумя составляющими: (4) где - погрешность метода, реализуемого в устройстве (преобразования аналоговой величины в дискретную); Далее определим максимальное число уровней квантования по формуле(1): Примем емкость счетчика N0 равной количеству уровней квантования, округленному с избытком до ближайшей степени двойки. Отсюда разрядность счетчика найдется из соотношения (2): Опорная частота генератора импульсов найдется из формулы (3): Возможны два варианта: 1.Входное устройство выполняет две функции: - обеспечивает заданное входное сопротивление схемы; инвертирует входной сигнал, чтобы сделать его пригодным для сравнения с выходным сигналов ЦАП, который имеет положительную полярность. Первый каскад входного устройства на операционном усилителе (ОУ) DA1 представляет собой повторитель напряжения. ОУ с полевыми транзисторами на входе имеет входное сопротивление не менее 1 МОМ. Включенное параллельно входу ОУ сопротивление R1 обеспечивает заданное входное сопротивление устройства.Элементная база компаратора представляет собой микросхему К521САЗ (рисунок 7). Это функционально законченное устройство, предназначенное для сравнения двух входящих сигналов [6] . Назначение выводов: 1 - общий; 2-прямой вход; 3-инверсный вход; 4-источник питания отрицательной полярности; 5,6-балансировка; 7-выход; 8-источник питания положительной полярности. В таблице 2 приведены основные характеристики компаратора. Это 8-разрядный быстродействующий ЦАП представляет собой функционально законченное устройство, предназначенное для преобразования входного двоичного кода в опорное напряжение на выходе.Восьмиразрядный двоичный счетчик построен на основе двух четырехразрядных реверсивных счетчиков К1533ИЕ7. Назначение выводов микросхемы К1533ИЕ7: 1, 9, 10, 15 - входы данных для параллельной загрузки; 2, 3, 6, 7 - выходы; 4, 5 - тактовые входы для счета на уменьшение и увеличение; 8-общий; 11 - строб параллельной установки; 12, 13 - выходы каскадирования при счете на увеличение и уменьшение; 14 - вход асинхронного сброса; 16 - напряжение питания. Когда счетчик принимает значение 250, это значит, что входное напряжение достигло нижнего предельного значения (минус 10 В). В этой ситуации обнулять счетчик бессмысленно, так как значение 0 соответствует верхнему предельному значению входного напряжения (0 В). По логике работы устройства, по достижении счетчиком значения 251 необходимо прекратить счет на увеличение (то есть блокировать прохождение тактовых импульсов на вход « 1») и подать сигнал о превышении входным напряжением установленных пределов.В основе генератора тактовых импульсов лежит мультивибратор на логической микросхеме КМОП (рисунок 10) [11]. В качестве логических элементов DD1.1 и DD1.2 выбираем микросхему К1554ЛАЗ, состоящую из 4 логических элемента 2И-НЕ. В таблице 6 приведены основные параметры логического элемента К1554ЛАЗ [7] . Рисунок 10 - Мультивибратор на логических элементах И-НЕ Резистор предохраняет эту цепочку от шунтирования охранными диодами на входе DD1.1 в моменты переключений.Параметр ВеличинаДля норма

Содержание

Введение

1. Анализ современного состояния научно-технического уровня по тематике проектирования

2. Выбор и обоснование направления проектирования

3. Расчет на структурном уровне

4. Выбор элементов электрической схемы

4.1 Входное устройство

4.2 Компаратор

4.3 ЦАП

4.4 Счетчик

4.5 Генератор тактовых импульсов

4.6 Регистр

4.7 Хранение и считывание данных

5. Электрическое моделирование схемы

6. Анализ метрологических характеристик

Заключение

Список использованных источников

Современный компьютер с успехом может заменить стандартные измерительные и регистрирующие приборы. Единственным ограничением на пути использования компьютера в области измерений и регистрации аналоговых сигналов является то, что компьютер не способен принимать аналоговые данные, так как является полностью цифровым устройством. Для решения этой проблемы существуют специальные устройства - аналого-цифровые преобразователи.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) - устройство, осуществляющее преобразование непрерывно изменяющегося аналогового сигнала в цифровой код.

В кодоимпульсном АЦП дискретизация происходит по величине напряжения.