Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу: «Электронные системы» по теме: «Проектирование канала сбора аналоговых данных микропроцессорной системы»




Скачать 83.21 Kb.
НазваниеПояснительная записка к курсовому проекту по курсу: «Электронные системы» по теме: «Проектирование канала сбора аналоговых данных микропроцессорной системы»
Дата публикации20.04.2014
Размер83.21 Kb.
ТипПояснительная записка
uchebilka.ru > Математика > Пояснительная записка
Реферат скачан с сайта allreferat.wow.ua


Проектирование канала сбора аналоговых данных микропроцессорной системы

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 ВВЕДЕНИЕ 3 Выбор и расчет СТРУКТУРНОЙ схемы 4 Выбор и расчет структурной схемы аналогового тракта 4 Определение технических требований к функциональным блокам аналогового тракта 5 Выбор и обоснование структурной схемы управляющего тракта 7 Расчет технических требований к функциональным узлам управляющего тракта 8 Выбор и расчет принципиальных схем 9 Заключение 11 Список использованных источников 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: [pic], где [pic]- максимальное значение сигнала на аналоговом входе АЦП, [pic]- шкала АЦП. Максимальная величина ЭДС [pic]датчика намного меньше шкалы АЦП, поэтому аналоговый тракт должен обладать коэффициентом усиления не менее чем: [pic], где [pic]- 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): [pic] [pic] [pic] Из задания на проект известна полоса частот спектра полезного сигнала. Это дает возможность сформулировать технические требования к фильтру низких частот по полосе пропускания: граничная частота фильтра [pic], где [pic]- 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. В момент преобразования аналогового сигнала в цифровой код напряжение на входе АЦП должно быть неизменно. Следовательно, в состав аналогового тракта должно входить устройство выборки-хранения, которое периодически запоминает с осреднением мгновенное значение выходного сигнала фильтра низких частот и хранит его в течение времени хранения [pic]. 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. В качестве УВХ используем те принцип действия, которых основан на заряде емкости через ключ в течение интервала [pic], выборки и хранения накопленного значения в течение времени [pic] 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: 1. Коэффициент передачи в момент окончания выборки [pic] 2. Максимальные значения входного [pic]и выходного [pic] напряжений. 3. Входное [pic] и выходное [pic]сопротивления по аналоговому сигналу. 4. Относительные ошибки выборки [pic]и хранения [pic]. 5. Форма и параметры сигнала на управляющем входе УВХ. 6. Напряжение источников питания УВХ. В первую очередь зададимся [pic] и найдем максимальное значение напряжения входного аналогового сигнала: [pic] Зная, что современные методы построения УВД дают возможность реализации относительных ошибок [pic] и [pic]до [pic]и ниже, можно установить требования к допустимой погрешности: [pic] Ориентируясь на выполнение аналогового тракта на операционных усилителях (ОУ), зададимся стандартной величиной напряжения источников питания: [pic]; [pic]. 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: [pic]; [pic]. Длительность импульсов управления и период их следования оговорены в задании на проект. Подлежит определению величина времени хранения [pic] и амплитудные значения импульса и впадины на управляющем входе УВХ. Т.к. управляющий тракт реализуется полностью на ОУ, выбираем [pic]; [pic]. При расчете принципиальной схемы эти данные будут уточнены. Основными характеристиками и параметрами фильтра нижних частот являются: 1. Верхняя граничная частота [pic]. 2. Неравномерность АЧХ в полосе пропускания. 3. Скорость спада частотной характеристики на переходном участке АЧХ. 4. Коэффициент передачи [pic]по напряжению в полосе пропускания. 5. Входное [pic] и выходное [pic] сопротивления. 6. 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. Фильтры Баттерворта, выполненные на ОУ, имеют [pic]. В нашем случае зададимся [pic]. Исходя из этого, можно определить требования к максимальной величине входного напряжения: [pic] Входное сопротивление выберем [pic], а выходное определим по формуле: [pic] 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 [pic] Этот коэффициент изменяется в пределах [pic], т.е. [pic] Коэффициент ослабления синфазной помехи должен быть не менее чем [pic] Входное сопротивление [pic]выберем из соотношения: [pic] Выходное сопротивление согласующего усилителя [pic] 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. В соответствии с заданием на проект за время хранения АЦП должен обработать сигналы с выходов 4 датчиков. Для управления мультиплексором, выполняющим переключение между датчиками используем счетчик (СТ). Два первых выхода счетчика подключены к адресным входам мультиплексора. Для генерации импульсов на запуск АЦП используем генератор запускающийся по заднему фронту импульса выборки (Г2). Этот генератор за время хранения должен выработать 4 импульса длительностью [pic] с интервалом [pic]. Рисунок 3. Временные диаграммы. В соответствии с заданием на проект пуск АЦП должен происходить спустя время [pic] после окончания импульса выборки. Для осуществления задержки используем генератор генерирующий импульс длительностью [pic], 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: [pic] 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: [pic] Этим условиям удовлетворяет операционный усилитель К153УД2: [pic] 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: [pic] По паспортным данным[pic], отсюда примем[pic]. Расчет каскадов DA1 и DA2 начнем с выбора суммарного сопротивления резисторов R1 и R2. Примем его равным [pic]. Тогда номиналы резисторов R3 и R4 определим по формуле: [pic] Зная требуемый минимальный коэффициент усиления согласующего усилителя [pic], рассчитаем максимальное суммарное сопротивление резисторов R1 и R2: [pic] Исходя из максимального коэффициента усиления [pic], определим минимальное значение суммарного сопротивления резисторов R1 и R2. [pic] Номинал резистора R1 определим из стандартного ряда, по ближайшему меньшему значению [pic]. [pic] Номинал резистора R2 определим по формуле: [pic] Подберем ближайший номинал из стандартного ряда [pic]. Допуск на относительный разброс номиналов резисторов, определим по формуле: [pic] Оценим напряжение ошибки на выходе каскада, обусловленной дрейфом напряжений смещений нуля и разностных входных токов. Сравним напряжение ошибки с [pic] 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 1. 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. 2. Фолкенберри Л. Применения операционных усилителей и линейных интегральных схем: Пер. с англ. – М.: Мир, 1985. 3. 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. 4. 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. 5. Ю.А. Мячин: 180 аналоговых микросхем (справочник) - М. Патриот, 1993.

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу: «Электронные системы» по теме: «Проектирование канала сбора аналоговых данных микропроцессорной системы» iconПояснительная записка к курсовому проекту по курсу: «Цифровая схемотехника»...

Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу: «Электронные системы» по теме: «Проектирование канала сбора аналоговых данных микропроцессорной системы» iconПояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Схемотехника...

Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу: «Электронные системы» по теме: «Проектирование канала сбора аналоговых данных микропроцессорной системы» iconПояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Электронные промышленные устройства»

Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу: «Электронные системы» по теме: «Проектирование канала сбора аналоговых данных микропроцессорной системы» iconПояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «экспертные...

Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу: «Электронные системы» по теме: «Проектирование канала сбора аналоговых данных микропроцессорной системы» iconПояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине "Вычислительный...
Анализ поставленной задачи

Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу: «Электронные системы» по теме: «Проектирование канала сбора аналоговых данных микропроцессорной системы» iconПояснительная записка по курсовому проекту по дисциплине: «Проектирование...

Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу: «Электронные системы» по теме: «Проектирование канала сбора аналоговых данных микропроцессорной системы» iconРеферат Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Детали машин»
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Детали машин» содержит: 55 страниц, 12 таблиц, 11 рисунка, 6 источников

Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу: «Электронные системы» по теме: «Проектирование канала сбора аналоговых данных микропроцессорной системы» iconРеферат Пояснительная записка к курсовому проекту содержит
...

Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу: «Электронные системы» по теме: «Проектирование канала сбора аналоговых данных микропроцессорной системы» iconМетодические указания по выполнению курсовой работы по курсу "Микропроцессорные...
Методические указания по выполнению курсовой работы по курсу "Микропроцессорные устройства и системы" на тему "Разработка микропроцессорной...

Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу: «Электронные системы» по теме: «Проектирование канала сбора аналоговых данных микропроцессорной системы» iconПояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «разработка сапр»

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<