Розробка блоку інформаційно-вимірювальної системи, призначеної для вимірювання частоти і середнього значення напруги - Курсовая работа

Для сучасного етапу розвитку техніки характерне все більш інтенсивне і глибоке проникнення мікропроцесорів в її різноманітних галузей, що радикально перетворює властивості багатьох пристроїв і відкриває нові можливості їх застосування. Використання мікропроцесорних систем у вимірювальних приладах дозволяє здійснити багатофункціональність приладів, спростити процес вимірювання, автоматизувати регулювання, самокалібрування і повірку приладів, поліпшити метрологічні характеристики приладів, виконати обчислювальні операції, статистичну обробку результатів спостережень, порівняти і перевести в лінійну форму функції вимірюваної величини, створити програмовані, повністю автоматизовані прилади.В основу роботи цифрових приладів, для вимірювання частоти (частотомірів), покладено наступний принцип. Виходячи з фізичного змісту частоти як числа періодів, що припадають на одиницю часу, вираз для визначення частоти fx (функцію перетворення приладу) можна записати так: fx = (1.1) де Nx - число періодів, яке проходить досліджуваний сигнал за час вимірювання t изм.В основі роботи вимірювальних аналогових приладів магнітоелектричної групи лежить відхилення покажчика відлікового пристрою під дією сил магнітного поля, утвореного струмом, що протікає в котушці вимірювального механізму [1]. За допомогою таких приладів можна вимірювати середнє значення напруги (безпосередньо) та середньовипрямлене (магнітоелектричний механізм включається через випрямляч). 1 - постійний магніт (виготовляється з кобальту, алюмінію або сталі); 2 - магнітопровід; 3 - полюсні наконечники; 4 - сталевий нерухомий сердечник; 5 - алюмінієва або мідна рамка прямокутного перерізу; 6 - спіральні пружини; 7 - магнітний шунт; 8 - противаги.На рисунках 1.3 і 1.4 наведена електрична схема вольтметра і епюри напружень, які ілюструють її роботу У деякий момент часу замикається ключ К1, і на вхід ИУ1 подається опорна зразкове напруга-Е0. У момент В спрацьовує СУ1, і на виході його формується імпульс, що надходить на R-вхід тригера Т. Після моменту В на вхід ИУ1 подається тільки ненульовий струм i1, і тому Uвих змінюється в протилежному напрямку до нуля (момент С). Функція Р1 служить для замикання ключа К1 під час першого такту (проміжок АВ), функція Р2 - для замикання ключа К2 під час другого такту (ВС), Р3 - ключа К3 на час, рівний відрізку між вимірами (СА), Р4 - управляє логічним ключем «И» на вході лічильника.На структурній схемі позначено: частотомір - перетворювач частотного сигналу в цифровий код; ПМН - масштабний перетворювач напруги для подальшої його подачі на АЦП; АЦП U - аналого-цифровий перетворювач напруги; обчислювальний пристрій - мікропроцесорна система; ЦОУ - цифрове відліковий пристрій для індикації результату вимірювання .У якості АЦП виберемо аналого-цифровий перетворювач напруги, що працює за методом подвійного інтегрування, так як він забезпечує необхідну точність вимірювання заданої величини і має достатню швидкодію [5].Частоту квантуючого генератора знайдемо, виходячи із заданого значення похибки вимірювання частоти g: , (2.1) можна знайти, що: .Величина періоду вибирається таким чином, щоб перешкода мережі частотою 50 Гц не впливала на результат вимірювання.Кількість кроків квантування m визначається з похибки АЦП як: m = (2.4) вольтметр цифровий інтегрування приладКоефіцієнт розподілу частоти Кдч визначається як відношення числа імпульсів за період до числа ступенів квантування: Кдч = 230,29/74 = 3,11Визначимо мінімальне число квантування. Мінімальне число ступенів квантування ЦОУ можна визначити з формули для похибки ЦОУ: , де d= =0,0015На рисунку 2.2 зображені епюри напружень, що ілюструють роботу схеми управління. Рисунок 2.2-Епюри напружень2.3.1 Визначення розрахункової формули вимірюваної величини, яка використовується мікропроцесором. При вимірі частоти, розрахунковий вираз для мікропроцесора можна записати як: , (2.5) де Тх - період вимірюваного сигналу (Тх = 1/fx); Або, підставивши числові значення, одержимо: (2.8) Вираз для напруги можна записати як: Ux = , (2.9) де Nхн і Uхн - номінальне значення числа ступенів квантування АЦП і номінальне значення напруги АЦП.Для зручності розрахунку дані зведені в таблиці, представлені нижче. Таблиця 2.1-Визначення адрес ОЗУ і ПЗУ Таблица 2.2 - Визначення адрес таймера і адаптерів Порт Назначение Адрес порта Режим Начальные данные Система счисления Рабочий байт Приказ Порт Назначение Адрес порта Режим Приказ6201 - початок підпрограми обчислення Ucp; 6301 - початок підпрограми обчислення f.Блок-схема представлена на рисунку 2.4. 6041 3Е MVI 35 A-35 введення наказів для Лч 0 таймера A®P[4F] введення наказів для Лч 0 таймера 6045 3E MVI 70 A-70 введення наказів для Лч 1 таймера A®P[4F] введення наказів для Лч 1 таймераПохибка квантування виникає при квантуванні за рівнями через те, що вимірювана величина містить не ціле число щаблі квантування. b) Похибка дискретизації й апроксимації. Графіки похибки від заміни трикутного напруги і синусоїди ступінчастою функцією, показані на рисунку 2.

ЗМІСТ

Вступ

1. Теоретична частина

1.1 Цифрові частотоміри

1.2 Магнітоелектричні вольтметри

1.3 Цифровий вольтметр частотного перетворення

1.4 Цифровий вольтметр цифрового інтегрування

2. Практична частина

2.1 Складання структурної схеми приладу

2.2 Розрахунок параметрів схеми

2.2.1 Определение частоты квантующего генератора

2.2.2 Визначення числа імпульсів за період

2.2.3 Визначення кількості кроків дискретизації

2.2.4 Визначення коефіцієнта ділення частоти

2.2.5 Визначення числа розрядів ЦОУ15

2.2.6 Синтез схеми управління

2.3 Розрахунок мікропроцесорної частин

2.3.1 Визначення розрахункової формули вимірюваної величини, яка використовується мікропроцесором

2.3.2 Визначення наказів таймера, адаптера і вихідних кодів лічильників

2.3.3 Розподіл адрес ОЗУ, ПЗУ і підпрограм

2.3.4 Складання блок-схеми програми

2.4 Аналіз похибки

Висновок

Література