Разработка цифрового вольтметра - Курсовая работа

Современный этап научно-технического прогресса характеризуется повсеместным внедрением принципиально новой техники. Ускорение научно-технического прогресса в значительной степени зависит от успехов современной микроэлектроники, являющейся современной элементной базой электронных устройств автоматики, телемеханики и связи. Интегральные микросхемы значительно расширили диапазон применения электронных устройств на железнодорожном транспорте. Они создали возможность для совершенствования систем автоматического регулирования движения поездов, радиосвязи, учета и планирования технологических процессов, автоматической локомотивной сигнализации и ряда других. Цифровые вольтметры обладают следующими достоинствами - высокой точностью измерения напряжения (0.001%); широким диапазоном измерений при высокой чувствительности (от до В); отсчетом в цифровой форме (практически исключающем глазомерные ошибки и создающим удобство наблюдения на расстоянии); быстродействием (до изм/с); автоматическим выбором предела и полярности; возможностью получения результатов наблюдений в форме, удобной для ввода в ЭВМ; возможностью вывода на интерфейсную шину и включение в состав измерительно-вычислительного комплекса.Структурная схема цифрового вольтметра (ЦВ) поразрядного кодирования приведена на рисунке 1. Действие ЦВ данного типа заключается в последовательном сравнении измеряемого напряжения с рядом образцовых напряжений, значения которых задаются по определенному закону, например, по закону двоичного или двоично-десятичного кода. Число, соответствующее набору образцовых напряжений, которым компенсируется измеряемое напряжение, представляет это значение в закодированной форме. напряжение, соответствующее единице младшего разряда (шаг квантования); - число разрядов кода; - коэффициент, равный 1 и 0 в зависимости от результатов сравнения в каждом такте. Входное напряжение поступает на вход делителя, а с его выхода через входной усилитель напряжение , ( - коэффициент передачи входной цепи) - на один вход схемы сравнения.Напряжение делителя напряжения: Определим абсолютную погрешность измерения: Максимальное количество импульсов: Так как индикаторы отображают количество импульсов, посчитанных счетчиками, то выбираем По формуле (3) получаем: В нашей схеме используется 12 - разрядный ЦАП, опорное напряжение которого: 3.Сопротивление на входе делителя напряжения примем равным с целью снижения влияний вольтметра на измеряемую цепь входным сопротивлением вольтметра. Общее сопротивление делителя составит: Рассчитаем номиналы резисторов: Номинал резистора ( Мощность: Мощность, рекомендуемая преподавателем: Прямое напряжение: Обратное напряжение: Прямой ток: Частота измерения: Расчетное значение сопротивлений сверим с рядом E192 с учетом допуска В качестве , , и будем использовать прецизионные резисторы типа С2-29B мощностью 0.25 Вт и с допуском Предельное рабочее напряжение составляет 200 В., что обеспечит необходимый запас прочности по напряжению. Для защиты от перенапряжения воспользуемся двумя диодами , и резистором, ограничивающими ток на входе. Для данной схемы возьмем два диода типа КД212А, ток которого равен 1 А, максимальное прямое падение напряжения равно 1 В, максимальное обратное падение напряжения равно 500 В.Рассмотрим схему генератора с кварцевым резонатором, выполненным на логических элементах 2И-НЕ. Элемент DD1.1 охвачен здесь 100 %-ной отрицательной обратной связью и, следовательно, представляет собой просто усилитель с коэффициентом передачи 1. Элемент DD1.3 представляет собой логический инвертор, который в моменты переключения из одного состояния в другое вносит в цепь небольшое усиление, достаточное для компенсации потерь в кварцевом резонаторе и, значит, для возникновения незатухающего колебательного процесса. Напряжение на выходе генератора имеет вид последовательности прямоугольных импульсов. Для этого, нужно в максимально возможной степени уменьшить влияние на работу кварцевого резонатора подсоединяемой к нему внешней электрической цепи.Устройство формирования импульсов представляет собой делитель частоты, состоящий из четырех четырехразрядных синхронных счетчиков DD2, DD3, DD4, DD5 типа КР1554ИЕ10, триггера DD10.1 и 2-х ФКИ. Каждый из счетчиков делит частоту на 10, а триггер на 2. Параллельная нагрузка данных осуществляется синхронно при по положительному фронту тактового импульса на входе . Так, по входу разрешается не только счет, но и распространение сигнала переноса. Первый способ заключается в последовательной передаче сигнала переносов с входов на входы по цепочке счетчиков.Устройство управления предназначено для формирования кодовой последовательности, управляющей работой ЦАП, а также для формирования пачек импульсов, поступающих на схему индикации. Устройство управления выполнено на счетчиках DD6, DD7 и DD8 типа КР1554ИЕ7 (четырехразрядный синхронный реверсивный счетчик). Счетчик выполняет функции: параллельную асинхронную загрузку четырех разрядного оператора по входу , суммирование тактовых импульсов по входу

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Структурная схема вольтметра

2. Расчет основных параметров

3. Схемотехника основных узлов цифрового вольтметра

3.1 Входное устройство

3.2 Генератор тактовых импульсов

3.3 Схема устройства формирования импульсов

3.4 Устройство управления

3.5 Цифроаналоговый преобразователь

3.6 Устройство сравнения

3.7 Схема счета и индикации

4. Разработка блока питания

Заключение

Список литературы

Приложение А Принципиальная схема вольтметра

Приложение Б Перечень элементов