Цифровой милливольтметр - Курсовая работа

Необходимо разработать схему цифрового милливольтметра, которая должна содержать аналогово-цифровой преобразователь, дешифратор и индикатор, показывающий измеренное значение. Для выполнения работы необходимо выбрать элементы, которые функционировали бы при заданных условиях.Структурная схема цифрового милливольтметра должна содержать аналоговые и цифровые элементы, схема представлена на рисунке 1. Усилитель - это электрическая схема, усиливающая входной сигнал до значения, позволяющего проводить измерения с заданной точностью. Источник опорного напряжения - это схема, в основном, состоящая из двух сопротивлений, подключенных к источнику питания последовательно, к точке соединения которых (параллельно одному из сопротивлений) подключена нагрузка.Основным элементом разрабатываемого устройства является АЦП, поэтому разработку целесообразно начать именно с выбора АЦП. Современный рынок предлагает широкий выбор АЦП с различными характеристиками и функциями. Среди всего множества можно выделить микросхемы фирмы MAXIM MAX130 (рисунок 2, 3, 4) [1]. Для поставленной задачи, данные микросхемы обладают следующими преимуществами: - питающее напряжение на входе в диапазоне 4.5 - 14 В; Исходя из стр.6 приложения АЦП, преобразование происходит по следующей формуле: где R - цифровое значение, пропорциональное сигналу на входе АЦП; - максимальное значение сигнала на входе; - минимальное значение сигнала на входе; - максимальное значение опорного напряжения; - минимальное значение опорного напряжения.Выберем уровень опорного напряжения АЦП VREFH-VREFL = 9.6В, поэтому, исходя из условия ?Uвх=0..320МВ, входное напряжение должно быть предварительно усилено в 30 раз до уровня ?U’вх=0..9.6В. Ранее выбрано опорное напряжение VREFL=0В, VREFH=9.6В, то при Uпит=10В необходимо рассчитать резистивный делитель, который преобразует напряжение 10В в 9.6В. В качестве делителя используем резистивный делитель, т.к. он при достаточной простоте реализации обладает необходимой функцией делителя. Структура встроенного преобразователя представлена на рисунке 6. Преобразователь цифрового сигнала работает с опорным напряжением равным разности напряжения питания и напряжения на выводе Test с частотой преобразования 20 раз в секунду.Для отображения измеренного значения напряжения выбран индикатор BC56-12GWA [4]. Электрическая схема индикатора по номерам выводов представлена на рисунке 12. Для того чтобы загорелась определенная цифра на индикаторе, на общий катод нужно подать низкое напряжение, а на аноды - высокое. Для ограничения тока светодиодов в индикаторе, необходимо рассчитать токоограничительные сопротивления. 2 приложение индикатор) равен 25МА, напряжение, питающее индикаторы на АЦП MAX130 (стр.В качестве преобразователя постоянного напряжения выбран преобразователь LP2960 от National Instruments (рисунок 15, 16) [6]. LP2960 - это высокоточный преобразователь с фиксированным током на выходе 500 МА, разработанный для использования с керамическими выходными емкостями (приложение DC-DC). Данный преобразователь был выбран среди других устройств этого класса, так как он имеет выходной шум около 130МКВ, при использовании емкости 47МКФ подключенной к выходу. Номиналы сопротивлений, задающих выходное напряжение преобразователя, взято из схемы включения LP2960, приведенной на странице 14 описания на микросхему [6]. После того, как были выбраны и описаны все микросхемы в схеме, необходимо составить таблицу согласований напряжений и токов (таблица 1).Для определения цены устройства необходимо определить стоимость выбранных микросхем, резисторов, конденсаторов и разъемов плат. Таблица 2 - Стоимость элементов устройства [7] Название устройства Модель Стоимость, бел.руб. При расчете стоимостей компонентов учитывался курс американского доллара и российского рубля по курсу НБРБ. В качестве технического задания на разводку платы предложена компоновка элементов, представленная на рисунке 18.В работе предложен один из конструкторских вариантов выполнения поставленного задания. В качестве ключевого элемента в предложенном варианте использована микросхема фирмы MAXIM MAX130. В работе проработан вопрос с преобразованием входного напряжения 10В в напряжение 5В, которое наиболее часто используется в современной радиоэлектронной промышленности.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА УСТРОЙСТВА

2. ВЫБОР АЦП

3. РАСЧЕТ ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ АЦП

4. ВЫБОР ИНДИКАТОРА

5. ВЫБОР DC-DC ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

6. ФОРМИРОВАНИЕ ЦЕНЫ УСТРОЙСТВА

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

В работе предложен один из конструкторских вариантов выполнения поставленного задания. В качестве ключевого элемента в предложенном варианте использована микросхема фирмы MAXIM MAX130. Микросхема обладает рядом основных преимуществ, которые выгодно отличают ее от аналогов. Основное из них - это наличие встроенного драйвера для отображения измеренного значения на семисегментном индикаторе.

В работе проработан вопрос с преобразованием входного напряжения 10В в напряжение 5В, которое наиболее часто используется в современной радиоэлектронной промышленности.

Микросхема MAX130 имеет возможность задавать напряжение для выходных каскадов управления семисегментными индикаторами.

После выбора основных компонентов схемы была разработана схема электрическая принципиальная и перечень элементов (Приложение А). По Э3 проанализирована предварительная цена конечного изделия, а так же составлена примерная компоновка компонентов на плате. Ключевые моменты из даташитов на применяемые компоненты приведены в соответствующих приложениях.

1. MAX 130, Электронный ресурс: http://www.maxim-ic.com/datasheet/index.mvp/id/1288, режим доступа свободный, дата дотступа-30.12.2011.

2. Расчет неинвертирующего усилителя на ОУ - электронный ресурс: http://ru.wikipedia.org/wiki/Операционный_усилитель, режим доступа свободный, дата доступа 30.12.11г.

3. Операционный усилитель ADA4930, электронный ресурс: http://www.analog.com/ru/amplifiers-and-comparators/differential-amplifiers/ada4930-1/products/product.html, режим доступа свободный, дата доступа 30.12.2011г.

4. BC56-12GWA, электронный ресурс: http://www.platan.ru/cgi-bin/qwery.pl/id=60656&group=21107, режим доступа свободный, дата доступа 30.12.2011г.

5. SN74LVC1G139, электронный ресурс: http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/sn74lvc1g139.html, режим доступа свободный, дата доступа 30.12.2011г.

6. LP2960, Электронный ресурс: http://www.national.com/pf/LP/LP2960.html#Overview, режим доступа свободный, дата дотступа-30.12.2011.

7. Поиск электронных компонентов, Электронный ресурс: www.efind.ru, режим доступа свободный, дата дотступа-30.12.2011г.

Размещено на .ru