Курсовая работа: Аналого-цифровое преобразование с промежуточным буфером при высокой скорости поступления данных

⚡ 👉🏻👉🏻👉🏻 ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻

Министерство образования Российской Федерации
Уральский государственный технический университет
Кафедра Автоматика и управление в технических системах
АЦП с промежуточным буфером при высокой скорости поступления данных

В данном курсовом проекте была разработана система аналого-цифрового преобразования быстроизменяющегося аналогового сигнала в параллельный десятиразрядный код, система преобразования параллельного цифрового кода в последовательный цифровой код, а также система управления данным преобразователем. Были разработаны структурная и принципиальная электрическая схемы. Разработанная схема позволяет преобразовывать входное аналоговое напряжение в диапазоне от -2,5В до +2,5В. Генератор тактовых импульсов выдает сигнал с частотой f = 1 МГц , что позволяет производить 100.000 измерений в секунду (по десять тактов на измерение). Высокая скорость позволяет измерять кратковременные изменения напряжения.
В схеме предусмотрен временный буфер для хранения данных и преобразователь параллельного кода в последовательный, что дает возможность передавать данные по линии связи (например на компьютер) для их дальнейшей обработки.
Система управления позволяет синхронизировать работу всей схемы. Она управляет работой микросхем подавая сигналы управления в определенное время соответствующим микросхемам.
Схема содержит широко распространённые элементы и может быть собрана на практике.
Данный курсовой проект содержит 21 стр., 11 рис.,1стр. приложения
2.1 Выбор и обоснование структурной схемы
2.2 Схема включения согласующего операционного усилителя К574УД1
2.3 Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)
2.7 Устройство управления на логических элементах
3. Конструктивное исполнение системы
5. Библиографический список литературы
Кроме чисто «цифрового» сопряжения (ключи, лампы и т. п.), часто требуется преобразовать аналоговый сигнал в число, пропорциональное амплитуде сигнала и наоборот. Это играет важную роль в тех случаях, когда компьютер или процессор регистрируют или контролируют ход эксперимента или технологического процесса, или всякий раз, когда цифровая техника используется для выполнения традиционно аналоговой работы. Аналого-цифровое преобразование следует использовать в областях, где для обеспечения помехоустойчивой и шумозащищенной передачи аналоговая информация преобразуется в промежуточную цифровую форму (например, «цифровая звукотехника» или импульсно-кодовая модуляция). Это требуется в самых разнообразных измерительных средствах (включая обычные настольные приборы типа цифровых универсальных измерительных прибором и более экзотические приборы, такие, как усреднители переходных процессов, «ловушки для выбросов» и осцил­лографы с цифровой памятью), а также в устройствах генерации и обработки сигналов, таких, как цифровые синтезаторы колебаний и устройства шифрования данных.
И, наконец, техника преобразования является существенной составляющей способов формирования аналоговых изображений с помощью цифровых средств, например, показаний измерительных приборов или двух координатных изображений, создаваемых компьютером. Даже в относительно простой электронной аппаратуре существует масса возможностей для применения аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования.
Структурная схема преобразователя аналогового сигнала в последовательный код содержит следующие элементы:
ОУ – схема включения согласующего операционного усилителя
АЦП – аналого-цифровой преобразователь (преобразователь аналогового сигнала в параллельный восьмиразрядный код)
ПК – преобразователь параллельного восьмиразрядного кода в последовательный (буфер)
ГТИ – задающий генератор тактовых импульсов
УУ – устройство управления преобразователем
Рис.1. Структурная схема преобразователя
АС – аналоговый сигнал (напряжение U вх
)
САС – согласованный аналоговый сигнал
ПВК – параллельный восьмиразрядный код
ЦК – цифровой код (последовательный код)
ИС – импульсы синхронизации (тактовые импульсы)
2.1 Выбор и обоснование
принципиальной схемы

В настоящее время, при разработке проектов радиоэлектронных устройств, приоритетными являются разработки, предусматривающие интегральное исполнение. Исходя из этого, предлагается схема аналого-цифрового преобразователя, обладающая в интегральном исполнении (т.е. выполненная в одном кристалле) более высокими параметрами, чем при изготовлении на дискретных элементах. Перечень элементов представлен в приложении.
Генераторы тактовых импульсов строятся на микросхеме Кр531ГГ1.
Схема сопряжения содержит операционный усилитель типа К544УД2.
В качестве АЦП возьмем микросхему К1108ПВ1А.
Преобразователь параллельного цифрового кода в последовательный построим на микросхеме HitachiMBF1250.
Однонаправленный шинный усилитель построим на микросхеме К155ЛП4.
2.2 Схема включения согласующего операционного усилителя К544УД2

Мы используем схему подключения согласующего операционного усилителя для преобразования двухполярного входного напряжения. В ней используется инвертирующий режим усиления (по отношению к U вх
) и диодная схем защиты АЦП при перегрузках. Напряжение на входе АЦП связано с входным сигналом следующим соотношением
где K = R 4
/(R 5
+ R 6
) – коэффициент передачи усилителя
U REF
1
– опорное напряжение на не инвертирующем входе ОУ
В нашем случае для диапазона преобразования U вх
= ±2,5В выбираются К = 0,58 и опорный уровень U REF
1
= 0,905 В (при U REF
= 2,5 В). Настройка коэффициента передачи осуществляется сопротивлением резистора R5, после чего резистором R2 устанавливается нуль на середину передаточной характеристики АЦП.
При U вх
=2,5В на АЦП появляется выходной код 00..00, а при U вх
=-2,5В – код 11..11.
Таким образом, на выходе преобразователя получаем обратный смещенный двоичный код.
Схема защиты входа АЦП от перегрузок работает следующим образом. Диоды VD1 и VD2, включенные параллельно резистору обратной связи R4, образуют двухсторонний ограничитель. Диод VD4 и стабилитрон VD3, смещенные постоянным током от источников 15 и –15В, задают уровни ограничения в отрицательной и положительной областях (относительно U REF
1
).
Диод VD5 обеспечивает защиту входа АЦП в случае отключения источников питания ОУ или выхода его из строя.
Данная схема включения согласующего ОУ универсальна и позволяет использовать АЦП К1108ПВ1А в режиме максимального быстродействия. При работе БИС АЦП с быстродействующим ОУ типа К544УД2, тщательном монтаже и оптимальной схеме коррекции ОУ время установления процессов в согласующей схеме на уровне 0,1% не превышает 1 мкс.
Рис.2. Схема включения согласующего ОУ
В данной схеме используются следующие элементы:
VD1, VD2, VD4, VD5 – диоды типа КД520А
А – операционный усилитель типа К574УД1
Операционный усилитель типа К574УД1 имеет следующие характеристики
U cc
= ±15 В; U вых
³ 10 мВ; I вх
£ 0,5 нА; I потр
£ 10 мА
2.3 Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

Мы используем микросхему быстродействующего функционально законченного АЦП последовательного приближения К1108ПВ1А предназначенную для преобразования аналогового сигнала в двоичный параллельный цифровой код.
Микросхема расчитана на преобразование однополярного входного напряжения в диапазоне от 0 до 3 В, при максимальной частоте преобразования 1,33 МГц для восьмиразрядного режима.
Для работы АЦП К1108ПВ1А требуется несколько внешних керамических конденсаторов и источники напряжения U cc
1
= 5 В ± 5% и U cc
2
= -5,2 В±5%. Мощность потребляемая от источников питания, не превышает 0,85 Вт. Конденсатор С5 необходим для частотной коррекции ОУ и фильтрации помех.
Для работы в восьмиразрядном режиме вход SE10/8 соединяется с шиной отрицательного источника питания U cc
2
.
Цикл преобразования в режиме восьмиразрядного АЦП состоит из 10 тактов (восемь рабочих в процессе кодирования и по одному служебному в начале и конце цикла преобразования).
Цикл начинается с первым отрицательным фронтом тактового импульса после поступления команды ST. Во время первого служебного такта осуществляется сброс регистров и установление напряжения на входе селектора опорных уровней.
В течение следующих восьми тактов происходит кодирование аналогового сигнала при условии, что он зафиксирован на входе АЦП.
На десятом такте код из регистра хранения переписывается в выходной регистр, после чего формируется сигнал готовности данных. Появление на выходе RAD сигнала логический 0 свидетельствует о смене информации в выходном регистре и ее хранении весь следующий цикл преобразования.
Для считывания информации необходимо подать на вход ERD сигнал логический 0.
Запуск АЦП считается устойчивым, если сигнал ST подается в течение одного периода тактовой частоты с момента начала очередного цикла (t = 1мкс).
К ТТЛ ЦИС микросхема К1108ПВ1А подключается без дополнительных устройств сопряжения.
Микросхема К1108ПВ1А имеет следующие характеристики
( U cc
1
= 5,25 В; U cc
1
= -5,25 В; U 1
вых
³ 2,4 В; U 0
вых
£ 0,4 В; I потр сс1
£ 50 мА;
I потр сс2
£ 130 мА; I 0
вх
£ 2,5 мА; I 1
вх
£ 0,4 мА; I 0
вых
³ 3,2 мА; I 1
вых
³ 0,1 мА; t здр
£ 60 нс )
Потребляемая мощность микросхемы К1108ПВ1А равна:
Преобразователь параллельного цифрового кода в последовательный код построен на базе микросхемы HitachiMBF1250. Микросхема HitachiMBF1250 – это буфер типа FIFO(FirstInputFirstOutput) с размером матрицы 128Кx8 и, по сути дела представляет собой последовательно соединённые параллельные восьмиразрядные регистры сдвига. Микросхема работает в двух режимах: когда на входе управления появляется сигнал высокого уровня, он запускает первый генератор, систему управления АЦП, при этом происходит запись восьмиразрядных кодов из АЦП в буфер; во втором режиме, когда сигнал управления сообщает об отсутствии информации на входе АЦП, происходит остановка работы первого генератора и самого АЦП, при этом запускается второй генератор, синхронизирующий работу буфера, производящего выгрузку данных. Назначение выводов:
ГТИ мы построили на базе ИС КР531ГГ1, которая представляет собой два независимых генератора. Если на вход U подать высокий уровень, а на DU низкий, то для фиксации частоты потребуется подсоединить между входами С вн
внешний элемент-конденсатор. На выходах мультивибраторов получается меандр с частотой:
Если на вход EI подать напряжение высокого уровня, то это запретит работу генератора. Один генератор мы будем использовать для работы АЦП и загрузке буфера, а другой при разгрузке буфера. Причём G1 работает с частотой 1МГц→Свн1=0,0005/1МГц=500пФ, а G2 работает с частотой 200кГц→Свн2=0,0005/200кГц=2500пФ.
Используем микросхему К555ИЕ9 (DD7) четырехразрядный двоично-десятичный счетчик с асинхронным сбросом, дешифрующим счетным выходом, с возможностью асинхронной установки в произвольное состояние от нуля до девяти.
Данный счетчик является составной частью системы управления АЦП и преобразователя параллельного кода в последовательный. Его задача состоит в счете от 0 до 9, преобразование последовательности тактовых импульсов в параллельный четырехразрядный код, для последующего преобразования его ТТЛ логикой в сигналы управления.
Тактовые импульсы подаются с генератора на вход С. Он работает по переднему фронту входного импульса (0®1). Так как счетчик работает постоянно, то нас не интересует какое значение установится при его запуске, т.е. предварительный сброс счетчика в ноль не требуется, поэтому на вход R подадим потенциал высокого уровня.
Предварительная запись значения в счетчик по входам D1, D2, D3, D4 нас не интересует поэтому необходимо эти выводы микросхемы заземлить. Так как нет предварительной записи, то не требуется и вход разрешающий предварительную запись V2. На этот вывод подадим потенциал высокого уровня.
Вывод P2 выдает высокий уровень напряжения через каждые десять тактов, когда значение в счетчике равно девяти (Q1 = Q4 = 1 ; Q2 = Q3 = 0). В нашей схеме мы его не используем.
Вывод P1 используется для разрешения переноса импульса в следующий каскад (если соединяются несколько счетчиков последовательно). У нас только один счетчик поэтому на вывод P1 должно постоянно подаваться напряжение высокого уровня. На вход разрешения счета V1, в зависимости от режима работы АЦП, подаётся напряжение с сигнала управления. Высокий уровень разрешает работу счетчика, низкий блокирует. Выход R также подсоединяем к СУ. Низкий уровень обнулирует счетчик.
Выводы P1, V2 – подаем высокий уровень напряжения
9. Вход разрешения предварительной записи V2
Микросхема К555ИЕ9 имеет следующие характеристики
( U cc
= 5,25 В; U 1
вых
³ 2,7 В; U 0
вых
£ 0,5 В; I потр
£ 31 мА; I 0
вх
³ -0,4 мА; I 1
вх
£ 0,02 мА;
I 0
вых
³ 8 мА; I 1
вых
£ -0,4 мА; t здр
£ 39 нс )
Потребляемая мощность микросхемы К555ИЕ9 равна:
2.7 Устройство управления на логических элементах

Четырехразрядный код с двоично-десятичного счетчика подается на логические элементы. Если код равен нулю, то срабатывает первый элемент “И” (DD3.1) и импульс подается на АЦП, на вход запуска ST. Так как с элемента “И” (DD3.1) импульс идет не инвертированный, то перед ST необходимо поставить инвертор – логический элемент “НЕ” (DD2.5).
Если на выходе счетчика появляется код равный девяти, то срабатывает второй элемент “И” (DD3.2). Подаем импульс с выхода “И” (DD3.2) сразу на пять входов элемента “И-НЕ” (DD4). Это совпадает с выходом на выводе RAD АЦП логического нуля. Инвертируем этот импульс элементом “НЕ” (DD2.6) и подаем на три оставшихся входа элемента “И-НЕ” (DD4). Инвертированный импульс подается сразу на два вывода, на вывод ERD считывания данных с АЦП и вывод записи ®WR регистра.
Рис.7. Устройство управления на логических элементах
Устройство управления на логических элементах содержит следующие микросхемы
Микросхема К555ЛН1 (инвертор) имеет следующие характеристики
( U cc
= 5,25 В; U 1
вых
³ 2,7 В; U 0
вых
£ 0,5 В; I потр
£ 2,4 мА; I 0
вх
³ -0,36 мА; I 1
вх
£ 0,02 мА;
I 0
вых
³ 8 мА; I 1
вых
£ -0,4 мА; t здр
£ 28 нс )
Потребляемая мощность для одного логического элемента “НЕ” равна:
Суммарная потребляемая мощность микросхемы К555ЛН1 равна:
Микросхема К555ЛИ6 имеет следующие характеристики
( U cc
= 5,25 В; U 1
вых
³ 2,7 В; U 0
вых
£ 0,5 В; I потр
£ 2,4 мА; I 0
вх
³ -0,36 мА; I 1
вх
£ 0,02 мА;
I 0
вых
³ 8 мА; I 1
вых
£ -0,4 мА; t здр
£ 24 нс )
Потребляемая мощность для одного логического элемента “И” равна:
Суммарная потребляемая мощность микросхемы К555ЛИ6 равна:
Микросхема К555ЛА1 имеет следующие характеристики
( U cc
= 5,25 В; U 1
вых
³ 2,7 В; U 0
вых
£ 0,5 В; I потр
£ 0,5 мА; I 0
вх
³ -0,4 мА; I 1
вх
£ 0,02 мА;
I 0
вых
³ 8 мА; I 1
вых
£ -0,4 мА; t здр
£ 28 нс )
Потребляемая мощность микросхемы К555ЛА1 равна:
Общая потребляемая мощность устройства управления на логических элементах равна:
Буферный усилитель построен на базе ИС К155ЛП4 и предназначен для усиления выходного последовательного кода с буфера.
3. Конструктивное исполнение системы

Все микросхемы и элементы системы преобразования и управления монтируются на стандартной печатной плате. В качестве материала для печатной платы используется фольгированный текстолит либо гетинакс.
Питание в виде +5,25 В, -5,25 В, +15 В, -15 В подаётся по разъёму XS1 ко всем микросхемам через конденсаторные фильтры для предохранения элементов от сгорания вследствие перепадов напряжения.
Микросхемы располагаются по координатной сетке с шагом, соответствующим шагу между выводами микросхем.
Для предотвращения окисления контактов, печатная плата покрывается нитролаком либо канифольным лаком.
В результате проделанной работы мы получили высокоскоростной преобразователь аналогового сигнала в цифровой код. Были разработаны структурная и принципиальная схемы преобразователя, а так же системы управления преобразователя. Принципиальная схема содержит 10 микросхем, 1 операционный усилитель, 5 диодов, 9 резисторов, 7 конденсаторов. Все элементы являются хорошо распространенными и доступными для использования.
5. Библиографический список литературы

1. Федорков Б.Г., Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение.-М.; Энергоатомиздат, 1990.
2. Ерофеев Ю.Н. Импульсные устройства.-М.; Высшая школа, 1989.
3. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы.-М.; Радио и связь, 1987.
4. Мальцев П.П., Долидзе Н.С., Критенко М.И. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник.-М.; Радио и связь, 1994.
5. Аванесян Г.Р., Левшин В.П. Интегральные микросхемы ТТЛ, ТТЛШ: Справочник.-М.; Машиностроение, 1993.
6. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника.-М.; Высшая школа, 1991.
7. Интегральные микросхемы: Справочник / Б.В.Тарабрин, Л.Ф.Лунин, Ю.Н. Смирнов и др.; Под ред. Б.В.Тарабрина.-М. Радио и связь, 1984.
8. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам / Под ред. Н.Н.Горюнова.-М.; Энергия, 1977.

Название: Аналого-цифровое преобразование с промежуточным буфером при высокой скорости поступления данных
Раздел: Рефераты по коммуникации и связи
Тип: курсовая работа
Добавлен 08:17:20 24 июля 2009 Похожие работы
Просмотров: 1507
Комментариев: 15
Оценило: 3 человек
Средний балл: 5
Оценка: неизвестно   Скачать

Срочная помощь учащимся в написании различных работ. Бесплатные корректировки! Круглосуточная поддержка! Узнай стоимость твоей работы на сайте 64362.ru
Привет студентам) если возникают трудности с любой работой (от реферата и контрольных до диплома), можете обратиться на FAST-REFERAT.RU , я там обычно заказываю, все качественно и в срок) в любом случае попробуйте, за спрос денег не берут)
Да, но только в случае крайней необходимости.

Курсовая работа: Аналого-цифровое преобразование с промежуточным буфером при высокой скорости поступления данных
Реферат: Электричество и магнетизм. Скачать бесплатно и без регистрации
Доклад: Георгий Гречко
Курсовая работа: Управління державним боргом
Реферат: Computers In The Classrooms . . .
Сочинение На Тему Бывших Друзей Не Бывает
Сочинение На Тему Зима Красивая Зима
Реферат: Историческая миссия Б. Франклина в борьбе за независимость США
Эссе Россия В Сердце Есенина
Курсовая Работа На Тему Корпорація Як Форма Організації Сучасної Фірми
Реферат О Словаре Ожегова
Драматерапия В Работе Логопеда Реферат
Реферат по теме Определение динамических характеристик системы
Курсовая работа по теме Перспективи зміцнення позицій України у світовому господарстві
Реферат На Тему Патологическая Анатомия Поджелудочной Железы
Курсовая работа по теме Совершенствование систем коммуникаций в организации
Реферат: Религиозная философия Бердяева
Реферат по теме Воздействие атомных станций на окружающую среду
Доклад по теме Первобытнообщинный строй и восточные славяне на территории Московской области
Курсовая работа по теме Прогнозирование, планирование и управление объемом продаж
Эссе На Тему История В Жизни Человека
Реферат: Государственное управление
Реферат: Формирование произвольности у детей с задержкой психического развития
Реферат: Современные проблемы содержания образования