Расчет тактовой частоты, параметров электронной цепи. Определение ошибки преобразования. Выбор резисторов, триггера, счетчика, генераторов, формирователя импульсов, компаратора. Разработка полной принципиальной схемы аналого-цифрового преобразователя.
При низкой оригинальности работы "Проектирование и расчет аналого-цифрового преобразователя (АЦП) с накоплением (АЦП счета)", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Счетчик последовательно изменяет свое состояние, начиная с момента обнуления , соответствующего началу операции преобразования. Через k шагов в момент времени совпадения эталонного напряжения с входным напряжением (с точностью до уровня квантования ) схема сравнения (компаратор) вырабатывает импульс, останавливающий счетчик путем подачи запирающего сигнала с триггера на схему совпадения, пропускающую на счетчик импульсы тактового генератора. Погрешность преобразования в такой схеме равна , Диапазон преобразований определяется разрядностью ЦАП, т.к максимально допустимое значение входного напряжения . , где - время преобразования, т.е. интервал времени от момента заданного измерения сигнала на входе АЦП до появления соответствующего устойчивого (установившегося) кода на его выходе. n - количество разрядов, - тактовая частота. 2.3 Выбор логического элемента И Микросхема К155ЛИ1 представляет собой четыре логических элемента 2И.
Введение
Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) - устройства, преобразующие входные аналоговые сигналы в соответствующие им цифровые сигналы.
АЦП делятся на последовательные, параллельные и последовательно-параллельные. Последовательные АЦП можно разделить на АЦП счета и АЦП сравнения (поразрядного кодирования). Спроектируем и рассчитаем АЦП счета
Принцип работы АЦП состоит в сравнении входного напряжения , подаваемого на один из входов компаратора, с последовательно нарастающим эталонным напряжением , представляющий собой сумму квантов , которые определяют погрешность преобразования. Ступенчатое напряжение формируется с помощью счетчика и ЦАП. Счетчик последовательно изменяет свое состояние, начиная с момента обнуления , соответствующего началу операции преобразования. Через k шагов в момент времени совпадения эталонного напряжения с входным напряжением (с точностью до уровня квантования ) схема сравнения (компаратор) вырабатывает импульс, останавливающий счетчик путем подачи запирающего сигнала с триггера на схему совпадения, пропускающую на счетчик импульсы тактового генератора. Прохождение импульсов (а, следовательно, и счет) прекращаются. Этот момент времени соответствует окончанию операции преобразования. Погрешность преобразования в такой схеме равна , Диапазон преобразований определяется разрядностью ЦАП, т.к максимально допустимое значение входного напряжения .
1. Расчетная часть
1.1 Расчет тактовой частоты
Тактовую частоту можно найти из формулы
, где - время преобразования, т.е. интервал времени от момента заданного измерения сигнала на входе АЦП до появления соответствующего устойчивого (установившегося) кода на его выходе. n - количество разрядов, - тактовая частота.
Таким образом
1.2 Определение ошибки преобразования
Ошибку преобразования можно определить из отношения входного напряжения к емкости счетчика :
1.3 Расчет параметров электронной цепи
Для того чтобы выбрать стандартные резисторы необходимо кроме величины сопротивления знать еще и мощность, на которое рассчитано сопротивление. Ток возьмем максимально возможным цифровой преобразователь триггер генератор
2. Разработка полной принципиальной схемы
2.1 Выбор стандартных резисторов
В справочнике по резисторам выбираем стандартные резисторы. [1]
Рис. 2-1 Резистор МЛТ типа
Таблица 2
Номинальная мощность, Вт Диапазон номинальных сопротивлений, Ом Размеры, мм Масса, г, не более
D L l d
0,125 8,2 - 2,26,0200,60,15
0,25 8,2 - 3,07,0200,60,25
Резистор типа МЛТ - 0,125 Вт - 3 КОМ 10% ГОСТ 7113-66
Резистор типа МЛТ - 0,25 Вт - 10 КОМ 10% ГОСТ 7113-66
Микросхема представляет собой два независимых D-триггера, срабатывающих по положительному фронту тактового сигнала. [7]
Рис. 2-2 Микросхема К155ТМ2
2.3 Выбор логического элемента И Микросхема К155ЛИ1 представляет собой четыре логических элемента 2И. [7]
Рис. 2-3 Микросхема К155ЛИ1
2.4 Выбор логического элемента И-НЕ
Микросхема К155ЛАЗ представляет собой четыре логических элемента 2И-НЕ. [7]
Рис. 2-4 Микросхема К155ЛАЗ
2.5 Выбор логического элемента НЕ
Микросхема К155ЛН1 представляет собой шесть логических элементов НЕ. [7]
Рис. 2-5 Микросхема К155ЛН1
2.6 Выбор счетчика
Микросхема К155ИЕ5 представляет собой двоичный счетчик. Каждая ИС состоит из четырех JK-триггеров, образуя счетчик делитель на 2 и 8. Установочные входы обеспечивают прекращение счета и одновременно возвращают все триггеры в состояние низкого уровня (на входы R0(1) и R0(2) подается высокий уровень). Выход Q1 не соединен с последующими триггерами. Если ИС используется как четырехразрядный двоичный счетчик, то счетные импульсы подаются на С1, а если как трехразрядный - то на вход С2. [4]
При построении генераторов импульсов (мультивибраторов) на основе логических ИС используются усилительные свойства инверторов. Чтобы обеспечить возникновение и существование устойчивых автоколебаний, следует исходно вывести инверторы мультивибратора по постоянному току на линейный участок передаточной характеристики (участок между уровнями “ноль” и единица). После этого остается ввести в устройство положительную обратную связь с помощью одного или двух конденсаторов. Чтобы автогенератор быстро возбуждался и работал устойчиво во всем диапазоне внешних воздействий, лежащая в его основе усилительная линейка должна быть неинвертирующей с большим коэффициентом усиления, который по возможности следует стабилизировать. На рис. 2-7.1 (б) приведена схема генератора импульсов на ЛЭ. [3,4] а) б)
Частота генерируемых колебаний для рассмотренных схем может быть найдена из соотношения
, где k - постоянный коэффициент, равный 1.
,
Мультивибраторы с кварцевой стабилизацией частоты колебаний выполняются обычно путем включения кварцевого резонатора на место времязадающей емкости мультивибратора. Удобны в этом смысле схемы с одной времязадающей емкостью. Однако стабилизация частоты возможна и при замене одной из двух емкостей мультивибратора (Рис. 2-7.1 (а)). [3,4]
Миниатюрный кварцевый резонатор широкого применения в удобном и привычном корпусном исполнении. Диапазон частот: 3200-100000 КГЦ. Применяется как в схемах тактовых генераторов, так и в достаточно сложной радиосвязной аппаратуре. [8]
Рис. 2-7.2 Кварцевый резонатор РК169 - МД
Кварцевый резонатор типа РК169 - МД - 10 МГЦ ОДО.338.017 ТУ
2.8 Выбор стандартных конденсаторов
В справочнике по конденсаторам выбираем стандартные конденсаторы. [2]
Рис. 2-8 Конденсатор типа К71-4
Таблица 3
Номинальная емкость, МКФ Размеры, мм Масса, г, не более
D L d
20 8,5 31 0,8 5
Конденсатор типа К71 - 4 (МП2) - 400 В - 19,5 МКФ ОЖО.461.061 ТУ
2.9 Выбор формирователя импульсов типа одновибратора
Формирователи импульсов типа одновибратора используются обычно для формирования либо коротких импульсов (т.е. в качестве “укоротителей” импульсов), либо в качестве формирователей относительно длительных импульсов при входных импульсных сигналах произвольной длительности.
На рис. 2-9 приведена схема одновибратора, построенного на основе двух ячеек И-НЕ. На входы второго инвертора формирователя поданы взаимно инверсные сигналы со входа и выхода первого инвертора, поэтому в статическом режиме сигнал на выходе устройства всегда равен единице. Нулевой сигнал на выходе второго инвертора появляется только в том случае, когда сигнал на входе первого инвертора переходит из нуля в единицу. При этом, пока происходит переключение первого инвертора, на оба входа второго будет подан сигнал “1”. Длительность выходного импульса формирователя можно увеличивать, увеличивая время переключения первого инвертора присоединением к его входу RC-цепи. [4]
Рис. 2-9 Схема формирователя коротких импульсов
2.10 Выбор цифроаналогового преобразователя (ЦАП)
Рассмотрим микросхему ЦАП К572ПА1. Это схема 10-разрядного ЦАП, выполненного по МОП-технологии на одном кристалле. В состав схемы входит прецизионная резисторная матрица R-2R, токовые ключи на МОП-транзисторах и входные усилители-инверторы, обеспечивающие управление ключами от стандартных уровней цифрового ТТЛ-сигнала. Микросхема работает с прямым параллельным двоичным кодом. Для ее работы необходимы внешние схемы опорного (эталонного) напряжения и выходного операционного усилителя (ОУ) К140УД7. [4]
Рис. 2-10 ЦАП К572ПА1: схема включения
2.11 Выбор компаратора
Компаратор К544САЗ универсальный. Он может работать от любых источников питания, включая однополярные 5 или -30 В. Компаратор имеет два выхода: открытый коллектор (вывод 9) и эммитерный (вывод 2). Изза этих особенностей он пригоден для обслуживания любых цифровых микросхем умеренного быстродействия ( = 200 нс), а также индикаторов многих типов. Выходной ток микросхем достаточен для переключения реле. На рис. 2-11, показана схема компаратор К544САЗ. [5]
Рис. 2-11 Компаратор К544САЗ
2.12 Выбор регистра
Микросхема представляет собой 4 регистра на 4 разряда с открытым коллекторным выходом. [7]
Рис. 2-12 Регистр К155ИР32
2.13 Выбор разъема
Разъем типа МРН 22 - 1 ОЮ 0.364.003 ТУ. [6]
A = 31,5 мм, B = 18,8 мм, L = 38,5 мм
Рис. 2-13 Разъем типа МРН 22 - 1
3. Построение графиков
Построим график для
Рис. 3.1
Список используемой литературы и программного обеспечения
1. «Справочник по резисторам» И.И. Четверткова, В.М. Терехова.
2. «Справочник по конденсаторам» И.И. Четверткова, В.Ф. Смирнова.
