.

Проектирование канала сбора аналоговых данных микропроцессорной системы (курсовая)

Язык: русский
Формат: курсова
Тип документа: Word Doc
71 493
Скачать документ

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

Сумской Государственный Университет

Кафедра Автоматики и Промышленной Электроники

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по курсу: «Электронные системы»

по теме: «Проектирование канала сбора аналоговых данных
микропроцессорной системы»

ФЗ 51.6.090803.573ПЗ

Руководитель проекта Макаров М. А.

Проектировал студент Река Д. П.

группы ПЭЗ-51

Оценка работы

Члены комиссии:

Сумы 1999

Оглавление

TOC \o “1-3” ВВЕДЕНИЕ PAGEREF _Toc471559800 \h 3

Выбор и расчет СТРУКТУРНОЙ схемы PAGEREF _Toc471559801 \h 4

Выбор и расчет структурной схемы аналогового тракта PAGEREF
_Toc471559802 \h 4

Определение технических требований к функциональным блокам аналогового
тракта PAGEREF _Toc471559803 \h 5

Выбор и обоснование структурной схемы управляющего тракта PAGEREF
_Toc471559804 \h 7

Расчет технических требований к функциональным узлам управляющего тракта
PAGEREF _Toc471559805 \h 8

Выбор и расчет принципиальных схем PAGEREF _Toc471559806 \h 9

Заключение PAGEREF _Toc471559807 \h 11

Список использованных источников PAGEREF _Toc471559808 \h 12

ВВЕДЕНИЕ

Канал сбора аналоговых данных представляет собой устройство,
обеспечивающее преобразование аналогового сигнала в цифровой код. При
этом в канале осуществляется усиление, фильтрация и нормирование
сигнала, подавление синфазной помехи; производится нелинейная обработка
сигнала с целью линеаризации характеристики датчика и приведение
аналогового сигнала к виду, пригодному для ввода в аналого-цифровой
преобразователь (АЦП) путем запоминания его мгновенных значений и
хранения в течение определенного промежутка времени.

В состав канала сбора аналоговых данных входит также ряд импульсных
узлов, которые синхронизируют работу его составных частей и управляют
работой АЦП.

АЦП является оконечным узлом проектируемого устройства, и все другие
составные функциональные единицы прямо или косвенно обеспечивают его
нормальное функционирование.

Выбор и расчет СТРУКТУРНОЙ схемы

Выбор и расчет структурной схемы аналогового тракта

АЦП имеет несимметричный аналоговый вход, а датчик – симметричный выход.
Отсюда ясно, что в состав аналогового тракта должен входить
дифференциальный усилитель, подключенный к выходу датчика. Назовем этот
усилитель согласующим (СУ).

Наибольшая точность преобразования аналогового сигнала в цифровой код
получается, когда используется вся шкала АЦП, т.е. в том случае, когда:

,

– шкала АЦП.

датчика намного меньше шкалы АЦП, поэтому аналоговый тракт должен
обладать коэффициентом усиления не менее чем:

,

– коэффициент запаса по усилению.

Из задания на проект известно, что наряду с полезным сигналом действует
синфазная помеха. Для исключения ее влияния аналоговый тракт должен
иметь коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС):

– верхняя частота спектра сигнала датчика.

В задании на проект не оговорены требования к АЧХ фильтра, поэтому тип
фильтра низких частот (ФНЧ) выберем самостоятельно. Для реализации ФНЧ
используем RC-фильтр типа Баттерворта 2-го порядка.

Преимущества применения активных RC-фильтров по сравнению с
LC-фильтрами очевидны. Это хорошая равномерность АЧХ в полосе
пропускания и хорошая скорость спада на переходном участке: практически
полная развязка входных и выходных цепей, малые габариты и т.д.

.

Из задания на проект известно, что требуется преобразовывать сигнал
поступающий от 4 датчиков. В связи с этим в структурную схему должен
быть включен мультиплексор.

В итоге анализа всего вышесказанного структурная схема может быть
представлена так, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1. Структурная схема аналогового тракта

СУ1…4 – согласующие усилители, ФНЧ1…4 – фильтры нижних частот, УВХ1…4 –
устройства выборки-хранения, MS – мультиплексор, АЦП – аналого-цифровой
преобразователь.

Определение технических требований к функциональным блокам аналогового
тракта

Расчет технических требований будем производить в обратном порядке
прохождения аналогового сигнала.

после отключения ключа. В качестве ключа используют как биполярные,
так и полевые транзисторы. Однако ключи на полевых транзисторах обладают
лучшими характеристиками, поэтому их применение предпочтительней.

Основными техническими характеристиками УВХ являются:

напряжений.

сопротивления по аналоговому сигналу.

.

Форма и параметры сигнала на управляющем входе УВХ.

Напряжение источников питания УВХ.

и найдем максимальное значение напряжения входного аналогового
сигнала:

и ниже, можно установить требования к допустимой погрешности:

Ориентируясь на выполнение аналогового тракта на операционных
усилителях (ОУ), зададимся 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
задании на проект. Подлежит определению величина времени хранения

и амплитудные значения импульса и впадины на управляющем входе УВХ. Т.к.
управляющий тракт реализуется полностью на ОУ, выбираем

;

.

При расчете принципиальной схемы эти данные будут уточнены.

Основными характеристиками и параметрами фильтра нижних частот
являются:

.

Неравномерность АЧХ в полосе пропускания.

Скорость спада частотной характеристики на переходном участке АЧХ.

по напряжению в полосе пропускания.

сопротивления.

Напряжение источников питания.

При использовании фильтров Баттерворта неравномерность АЧХ в полосе
пропускания задавать не требуется, т.к. она получается минимальной.

Скорость спада выберем порядка 12 дБ/октаву.

. Исходя из этого, можно определить требования к максимальной величине
входного напряжения:

, а выходное определим по формуле:

Напряжение источников питания выберем таким же, как и для устройства
выборки и хранения.

Согласующий усилитель должен обладать номинальным коэффициентом усиления
разностного сигнала не менее чем

, т.е.

Коэффициент ослабления синфазной помехи должен быть не менее чем

выберем из соотношения:

Выходное сопротивление согласующего усилителя

Напряжения источников питания выберем таким же, как и для остальных
блоков аналогового тракта.

Выбор и обоснование структурной схемы управляющего тракта

Рисунок 2. Структурная схема управляющего тракта.

Для генерации импульсов выборки используем генератор сигналов
прямоугольной формы (Г1). С его выхода импульсы поступают на управляющий
вход УВХ.

.

Рисунок 3. Временные диаграммы.

, по заднему фронту импульса от Г2,.

Расчет технических требований к функциональным узлам управляющего тракта

Для реализации узлов управляющего тракта наиболее удобно использовать
микросхемы с технологией ТТЛ. Микросхемы на основе этой технологии имеют
достаточное быстродействие, низкое энергопотребление и наиболее удобный
(в данной ситуации) набор логических функций.

Согласно заданию на проект амплитуда импульсов пуска АЦП составляет 8(12
В. По техническим данным напряжение логической единицы, микросхем ТТЛ не
превышает 5 В, следовательно, потребуется согласование по напряжению
импульса пуска АЦП.

Для реализации генераторов импульсов выборки и пуска АЦП используем
генераторы импульсов прямоугольной формы на основе мультивибраторов. Для
реализации генератора задержки используем схему задержки на
мультивибраторах.

Для питания узлов управляющего тракта потребуется напряжение:

Выбор и расчет принципиальных схем

Согласующий усилитель

Для реализации согласующего усилителя (СУ) используем схему
представленную на рисунке 4.

Рисунок 4. Принципиальная схема согласующего усилителя

Расчет СУ начнем с выбора операционного усилителя (ОУ). Критериями
выбора является возможность удовлетворения следующих неравенств:

Этим условиям удовлетворяет операционный усилитель К153УД2:

Для достижения наибольшего ослабления синфазной помехи коэффициент
усиления первой ступени усиления на DA1, DA2 примем наибольшим, а
коэффициент усиления разностного усилителя на DA3 примем равным единице.
В этом случае резисторы R5(R8 получаются одного номинала, что облегчает
их подбор.

Расчет элементов схемы начнем с каскада на DA3.

Зададимся номиналами резисторов исходя из неравенства:

.

. Тогда номиналы резисторов R3 и R4 определим по формуле:

, рассчитаем максимальное суммарное сопротивление резисторов R1 и R2:

, определим минимальное значение суммарного сопротивления резисторов R1
и R2.

.

Номинал резистора R2 определим по формуле:

.

Допуск на относительный разброс номиналов резисторов, определим по
формуле:

Оценим напряжение ошибки на выходе каскада, обусловленной дрейфом
напряжений смещений нуля и разностных входных токов.

Фильтр низких частот

Рисунок 5. Фильтр низких частот

Устройство выборки-хранения

Рисунок 6. Устройство выборки и хранения

Заключение

Для обработки аналоговых сигналов на современном этапе характерны
цифровые методы, в результате чего операционный усилитель вытесняется
микропроцессорами, ставшими универсальными компонентами электронных
конструкций. Тем не менее, специалисты по аналоговым схемам продолжают
создавать микросхемы с более высокой степенью интеграции,
предназначенные для универсальных подсистем. На базе АЦП, ЦАП,
коммутаторов, схем выборки и хранения, операционных усилителей и других
аналоговых элементов разрабатывают операционные узлы в виде БИС,
способные обрабатывать аналоговую информацию без преобразования ее в
цифровую форму.

Датчики, пожалуй, являются теми устройствами, в которых острее всего
нуждаются производственные участки предприятий, особенно промышленные
роботы.

В области преобразования данных основной движущей силой является
стремление к повышению точности и быстродействию. Однако существенное
значение начинают приобретать и новые факторы: сильный сдвиг в сторону
технологии КМДП, разработка преобразователей специального назначения и
использование новых методов преобразования, в том числе схем коррекции
погрешностей.

Весьма сложную задачу представляет собой организация ввода-вывода
информации. Это связано с огромным разнообразием периферийных устройств,
которые необходимы в микро-ЭВМ.

Список использованных источников

Методические указания к курсовому проекту по курсу «Электронные цепи» по
теме «Проектирование канала сбора аналоговых данных микропроцессорной
системы» /Сост. А.В. Дорошков. – Сумы: СумГУ, 1991.

Фолкенберри Л. Применения операционных усилителей и линейных
интегральных схем: Пер. с англ. – М.: Мир, 1985.

Микропроцессоры: В 3 кн. Кн 2. Средства сопряжения. Контролирующие и
информационно-управляющие системы: Учеб. Для вузов / В.Д.Вернер, Н.В.
Воробьев, А.В. Горячев и др.; Под ред. Л.Н. Преснухина. – М.: Высш. Шк.,
1986.

Цифровые и аналоговые интегральные схемы: Справ. Пособие / С.В.
Якубовский, Н.А. Барканов, Л.И. Ниссельсон и др.; Под ред. С.В.
Якубовского. – 2-е изд., перераб. И доп. – М.: Радио и связь, 1985.

Ю.А. Мячин: 180 аналоговых микросхем (справочник) – М. Патриот, 1993.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Ответить

Курсовые, Дипломы, Рефераты на заказ в кратчайшие сроки
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2020