Проектирование канала сбора аналоговых данных микропроцессорной системы - Курсовая работа

Применяя микропроцессоры и микро-ЭВМ для контроля за сложными производственными процессами, можно обрабатывать в реальном масштабе времени сигналы, поступающие одновременно от многих источников и датчиков, и восстанавливать аналоговую информацию на выходе МП или микро-ЭВМ, а также распределять ее между различными потребителями. При этом перед пользователем возникает задача аналого-цифровой и цифроаналогового преобразования многоканальной информации, имеющей некоторые особенности, связанные с различием характеристик сигналов отдельных каналов: динамического диапазона измерений, уровень помех, частотного спектра и т.д. Понимание внутренней логики функционирования разработанной системы особенно важно именно для специалистов по автоматике и промышленной электронике, поскольку цифровые микросхемы изначально создавались для выполнения строго определенных функций в составе ЭВМ. В условиях автоматики и радиотехники они часто выполняют функции, не запланированные в свое время их разработчиками, и грамотное использование микросхем в этих случаях прямо зависит от понимания логики их работы. Хорошее знание тонкостей функционирования схем узлов становится жизненно необходимым при поиске неисправностей, когда нужно определить, имеется ли неисправность в данном узле или же на его вход поступают комбинации сигналов, на которые схема узла не рассчитана.Как следует из теоремы Котельникова - для того чтобы из дискретных уровней можно было восстановить исходный аналоговый сигнал, необходимо, чтобы частота квантования минимум в два раза превышала наивысшую частоту спектра сигнала. С учетом некоторого коэффициента запаса частота квантования выбирается в пять раз больше максимальной частоты спектра сигнала: [Гц] Исходя из требуемой в условии разрядности выходной комбинации, выбирается 12-разрядный АЦП К572ПВ1А, обладающий временем преобразования 170 мкс и на вход которого можно подавать максимальное напряжение 10 В. Максимальная величина ЭДС датчика намного меньше шкалы АЦП, поэтому аналоговый тракт должен обладать коэффициентом усиления не менее чем: , где - коэффициент запаса по усилению. Для исключения ее влияния аналоговый тракт должен иметь коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС): Зависимость ЭДС датчика от измеряемой величины является не линейной.Расчет технических требований будем производить в обратном порядке прохождения аналогового сигнала. Так как существует большая неопределенность выбора указанных параметров УВХ, то их нужно задать, используя практический опыт построения подобных устройств и инженерную интуицию. Следует помнить, что в случае невозможности реализации УВХ с заданными наперед характеристиками, возможен этап коррекции технического задания. Затем найдем максимальное значение напряжения входного аналогового сигнала: Зная, что современные методы построения УВХ дают возможность реализации относительных ошибок и до и ниже, можно установить требования к допустимой погрешности: Ориентируясь на выполнение аналогового тракта на операционных усилителях (ОУ), задаются стандартной величиной напряжения источников питания: Как известно, в схемах на ОУ достаточно легко реализуются большое входное сопротивление (до единиц мегом) и малое выходное сопротивление (менее десятков - сотен Ом),поэтому устанавливаем требования: Длительность импульсов управления и период их следования оговорены в техническом задании на проект. Основной характеристикой функционального преобразователя является зависимость выходного напряжения от входного : Зависимость ЭДС датчика задана аналитическим выражением: e =0.4 * q2 где q - измеряемая величина.Согласующий усилитель выполняет несколько функций: - усиление сигнала до максимального входного напряжения АЦП; Критериями выбора является возможность удовлетворения следующих неравенств: Дрейф нуля в рабочем диапазоне температур (принимается 0…80OC): Входное дифференциальное сопротивление: Необходимый коэффициент ослабления синфазного сигнала: Для построения схемы согласующего усилителя будем использовать операционный усилитель КР140УД7 с такими характеристиками: - максимальный коэффициент усиления Ku = 50000; Для достижения наибольшего ослабления синфазной помехи коэффициент усиления первой ступени усиления на DA1, DA2 желательно брать наибольшим (т.е. реализовать на ней основное усиление сигнала), а коэффициент усиления разностного усилителя на ОУ DA3 принять равным единице. В этом случае резисторы R5?R8 получатся одного номинала, а следовательно, облегчается их подбор по требуемому допуску и температурному коэффициенту. Зададим номиналы резисторов в пределах где где Uвх мах - максимальное входное напряжение операционного усилителя, Івых max - максимальный выходной ток операционного усилителя.4) выполнен по схеме Баттерворта второго порядка. Верхняя граничная частота определяется по формуле: Целесообразно задаться сначала величиной емкости из ряда стандартных значений, затем рассчитать величины резисторов: Величину емкости С следует выбрать такой, чтобы получить значения резистора R в пре