Проектирование системы сбора и обработки информации от аналогового датчика физической величины - Курсовая работа

Для того чтобы сложные интеллектуальные цифровые системы могли воспринимать информацию из внешнего мира, необходимы интерфейсные устройства, преобразующие разнообразные физические величины в электрические сигналы. Датчик - это устройство, воспринимающее внешние воздействия и реагирующее на них изменением электрических сигналов. Другими словами, можно сказать, что датчик - это преобразователь физической величины (часто неэлектрической) в электрический сигнал. Очевидным является тот факт, что передача энергии может проходить в двух направлениях, т.е. она может быть как положительной, так и отрицательной, например, энергия может передаваться от объекта к датчику, и, наоборот, от датчика к объекту. Например, инфракрасный датчик температуры вырабатывает положительное напряжение, когда объект теплее датчика (инфракрасное излучение направлено в сторону датчика), или отрицательное напряжение, когда объект холоднее датчика (инфракрасное излучение направлено от датчика на объект).Описать принцип действия аналогового датчика и выбрать модель датчика. Описать принцип действия АЦП и выбрать ИМС АЦП. Согласовать датчик и ИМС АЦП (выбрать и рассчитать операционный усилитель). Описать заданный тип выходной нагрузки системы и выбрать ИМС для ее реализации.Система сбора информации будет состоять из следующих звеньев: непосредственно датчика, который преобразует физическую величину в электрический сигнал; согласующего усилителя; аналого-цифрового преобразователя; микроконтроллера и выходной нагрузки - интерфейсной части проектируемой системы. Эта структурная схема представлена на рис 1. Он преобразует эту физическую величину в аналоговый электрический сигнал - напряжение или ток - соответствующий измеряемой величине. Этот сигнал поступает на вход операционного усилителя ОУ, где он усиливается до уровня необходимого для работы аналого-цифрового преобразователя АЦП. Цифровой код, представляющий собой двоичную последовательность оцифрованного входного аналогового сигнала, полученный после АЦ-преобразования, поступает на порт ввода микроконтроллера МК.Основой математического описания цвета в колориметрии является экспериментально установленный факт, что любой цвет при соблюдении упомянутых условий можно представить в виде смеси (суммы) определенных количеств 3 линейно независимых цветов, т. е. таких цветов, каждый из которых не может быть представлен в виде суммы каких-либо количеств 2 других цветов. Тогда 3 числа, описывающие данный цвет, являются количествами основных цветов в смеси, цвет которой зрительно неотличим от данного цвета; это и есть ЦК данного цвета. Когда ЦК какого-либо цвета откладывают по 3 взаимно перпендикулярным координатным осям, этот цвет геометрически представляется точкой в трехмерном, т. н. цветовом, пространстве или же вектором, начало которого совпадает с началом координат, а конец - с упомянутой точкой цвета. Своего рода «качество» цвета, не зависящее от абсолютной величины цветового вектора и называется его цветностью, геометрически удобно характеризовать в двумерном пространстве - на «единичной» плоскости цветового пространства, проходящей через 3 единичные точки координатных осей (осей основных цветов). Цветность какого-либо цвета определяется не 3 его ЦК, а соотношением между ними, т. е. положением в цветовом пространстве прямой, проведенной из начала координат через точку данного цвета.В качестве усилителя выбираем операционный усилитель MAX4044 фирмы MAXIM, включенный по схеме дифференциального усилителя. Будем использовать один ОУ на канале «А» из четырех, находящихся в ИМС. 2 INA-Инвертирующий вход канала А 9 IND-Инвертирующий вход канала D 5 INB Неинвертирующий вход канала В 12 INC Неинвертирующий вход канала С Так как выходное максимальное выходное значение измеряемой величины с аналогового датчика составляет 4.75 В (по техническим характеристикам используемого датчика CSM1), а максимальное входное напряжение АЦП составляет 5 В, то необходимости усиливать напряжение нет.Это позволяет для N-разрядного АЦП последовательного приближения выполнить весь процесс преобразования за N последовательных шагов (итераций) вместо 2N-1 при использовании последовательного счета и получить существенный выигрыш в быстродействии. Большинство выпускаемых в настоящее время ИМС АЦП последовательного приближения (например, 12-разрядный МАХ191, 16-разрядный AD7882 и др.), имеет встроенные устройства выборки-хранения или, чаще, устройства слежения-хранения (track-hold), управляемые сигналом запуска АЦП. ATMEGA128 содержит следующие элементы: 128 кбайт внутрисистемно программируемой флэш-памяти с поддержкой чтения во время записи, 4 кбайт ЭСППЗУ, 4 кбайт статического ОЗУ, 53 линии универсального ввода-вывода, 32 универсальных рабочих регистра, счетчик реального времени (RTC), четыре гибких таймера-счетчика с режимами сравнения и ШИМ, 2 УСАПП, двухпроводной последовательный интерфейс ориентированный на передачу байт, 8-канальный 10-разр. В экономичном режиме (Power-save) асинхронный таймер продолжает работу, позволяя

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Техническое задание

2. Разработка структурной схемы

3. Выбор элементной базы

3.1 Описание принципа действия аналогового датчика и выбор модели

3.2 Выбор и расчет операционного усилителя

3.3 Описание принципа действия и выбор микросхемы АЦП

3.4 Описание микроконтроллера и разработка алгоритма программы

3.5 Описание и реализация выходного интерфейса

4. Расчет надежности

5. Заключение

6. Список литературы

Приложение А - Схема электрическая структурная

Приложение Б - Схема электрическая принципиальная