Проектирование канала сбора аналоговых данных микропроцессорной системы - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника контрольная работа

Проектирование канала сбора аналоговых данных микропроцессорной системы - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника контрольная работа





































Главная

Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Проектирование канала сбора аналоговых данных микропроцессорной системы

Расчет основных функциональных узлов непрерывного и импульсивного действия, применяемых в управляющей и информационной электрике. Схема включения микросхемы K572ПВ1. Выбор принципиальных схем основных блоков. Схема генератора прямоугольных импульсов.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Министерство образования и науки Украины
Сумской государственный университет
по дисциплине «Электронные системы»
Проектирование канала сбора аналоговых данных микропроцессорной системы
Применяя микропроцессоры и микро-ЭВМ для контроля за сложными производственными процессами, можно обрабатывать в реальном масштабе времени сигналы, поступающие одновременно от многих источников и датчиков, и восстанавливать аналоговую информацию на выходе МП или микро-ЭВМ, а также распределять ее между различными потребителями. При этом перед пользователем возникает задача аналого-цифровой и цифроаналогового преобразования многоканальной информации, имеющей некоторые особенности, связанные с различием характеристик сигналов отдельных каналов: динамического диапазона измерений, уровень помех, частотного спектра и т.д.
Понимание внутренней логики функционирования разработанной системы особенно важно именно для специалистов по автоматике и промышленной электронике, поскольку цифровые микросхемы изначально создавались для выполнения строго определенных функций в составе ЭВМ. В условиях автоматики и радиотехники они часто выполняют функции, не запланированные в свое время их разработчиками, и грамотное использование микросхем в этих случаях прямо зависит от понимания логики их работы. Хорошее знание тонкостей функционирования схем узлов становится жизненно необходимым при поиске неисправностей, когда нужно определить, имеется ли неисправность в данном узле или же на его вход поступают комбинации сигналов, на которые схема узла не рассчитана. Составление тестов, а тем более разработка самотестируемых схем также требуют очень хороших знаний принципов работы узлов.
Цель курсовой работы - овладение методикой и навыками инженерного расчета основных функциональных узлов непрерывного и импульсивного действия, применяемых в управляющей и информационной электрике.
Указанная цель достигается в итоге проектирования канала сбора аналоговых данных реальной микропроцессорной системы, которое представляет собой устройство, обеспечивающее преобразование аналогового сигнала датчика в цифровой код. При этом в канале осуществляется усиление, фильтрации и нормирование сигнала, подавление синфазной помехи; производится нелинейная обработка сигнала с целью линеаризации характеристики датчика и приведение анологового сигнала к виду, пригодному для ввода аналого-цифровой преобразователь (АЦП) путем запоминания его мгновенных значений и хранения в течение определенного промежутка времени.
Согласующий усилитель выполняет несколько функций:
- усиление сигнала до максимального входного напряжения АЦП;
- согласование симметричных выходов датчика с несимметричными входами функциональных блоков аналогового тракта.
Расчет СУ начнем с выбора операционного усилителя (ОУ). Критериями выбора является возможность удовлетворения следующих неравенств:
Дрейф нуля в рабочем диапазоне температур (принимается 0…80oC):
Входное дифференциальное сопротивление:
Необходимый коэффициент ослабления синфазного сигнала:
Для построения схемы согласующего усилителя будем использовать операционный усилитель КР140УД7 с такими характеристиками:
- максимальный коэффициент усиления Ku = 50000;
- коэффициент ослабления синфазного сигнала КОСС = 70 дБ;
- максимальное синфазное входное напряжение Uсинф max = 11 В;
- максимальное входное напряжение Uвх max = 12 В;
- максимальное выходное напряжение Uвых max = 11,5 В;
- максимальный выходной ток Iвых max = 20 мА;
Выбранная микросхема удовлетворяет предъявленным к ней требованиям.
Для достижения наибольшего ослабления синфазной помехи коэффициент усиления первой ступени усиления на DA1, DA2 желательно брать наибольшим (т.е. реализовать на ней основное усиление сигнала), а коэффициент усиления разностного усилителя на ОУ DA3 принять равным единице. В этом случае резисторы R5чR8 получатся одного номинала, а следовательно, облегчается их подбор по требуемому допуску и температурному коэффициенту. Расчет элементов схемы начинаем с каскада на DA3.
Зададим номиналы резисторов в пределах
где Uвх мах - максимальное входное напряжение операционного усилителя,
Iвых max - максимальный выходной ток операционного усилителя.
Выбираем номиналы R5, R6, R7, R8 равными 1 кОм. Резисторы R3 и R4 выбираем равными 20 кОм. Для определения сопротивления резистора R2, воспользуемся формулами:
RSmax = 2*R3/(Kсу min -1) = 2*20*103/(10,97 -1) = 4 кОм
RSmin = 2*R3/(Kсу max -1) = 2*20*103/( 109,7-1) = 0,37 кОм
Так как резистор R1=Rmin, то задаемся номинальным значением R1 - 390 Ом.
Выбираем резистор R2 номиналом 3,9 кОм с учетом допустимых отклонений в значениях резисторов R1 и R2.
Допуск на относительный разброс номиналов резисторов (кроме R1 и R2), % определяем по формуле:
При определении номиналов резисторов учитываем, что резисторы R5чR8 определяют величину входного сопротивления каскада по инвертирующему и неинвертирующему входам и являются фактическими нагрузками ОУ DA1, DA2. Кроме того, применение высокоомных резисторов R5чR8 приводит к повышенному дрейфу выходного напряжения из-за некомпенсируемой разности входных токов ?Iвх (паспортный параметр ОУ).
Фильтр низких частот (рис. 3) выполнен по схеме Баттерворта второго порядка.
Верхняя граничная частота определяется по формуле:
Целесообразно задаться сначала величиной емкости из ряда стандартных значений, затем рассчитать величины резисторов:
Величину емкости С следует выбрать такой, чтобы получить значения резистора R в пределах 10 ??100 кОм. Выбираем емкость С = 0.1 мкФ.
Выбираем номинал R=6,8 кОм. С целью уменьшения влияния разности входных токов ОУ должно выполняться равенство:
В то же время для получения необходимой АЧХ:
Решая систему уравнений, получаем значения R1=24,57 кОм (выбираем номинал 27 кОм), R2=14,4 кОм (выбираем номинал 15 кОм). По полученным параметрам рассчитываем коэффициент усиления фильтра низких частот:
С2-33Н-0,25-27 кОм±5% К73-11-63 В-0.15 мкФ±20%
С2-33Н-0,25-15 кОм±5% К73-11-63 В-0.15 мкФ±20%
В качестве устройства выборки/хранения можно использовать микросхему КР1100СК2, имеющую такие характеристики:
- напряжение управления Uупр = 2.7???В;
- скорость изменения выходного напряжения ?U = 0.2?5 В/с;
- максимальное входное напряжение Uвх = 10 В;
- напряжение смещения Uсм = 5?30 мВ.
При подключении к данной микросхеме конденсатора емкостью 1000пФ, можно получить время хранения равное 10 мкс.
Расчет функционального преобразователя
Схема функционального преобразователя, у которого с ростом входного сигнала возрастает коэффициент усиления приведена на Рисунке 7
Принципиальная схема функционального преобразователя
При диоды VD1 - VD3 закрыты отрицательным смещением резистивных деталей. Коэффициент усиления по напряжению
С ростом входного напряжения повышаются потенциалы анодов диодов, в то время как потенциалы их катодов остаются неизменными и близкими к нулю. При открывается диод VD3, коэффициент усиления возрастает и становится
Получаем R11+R12=16,6 кОм. Выбираем R12=13 кОм, R11=5,1 кОм.
При открывается диод VD2, коэффициент усиления возрастает и становится
Получаем R9+R10=10,25 кОм. Выбираем R10=8,2 кОм, R9=2,2 кОм. При открывается диод VD1, коэффициент усиления возрастает и становится
При открывается диод VD1, коэффициент усиления возрастает и становится
Получаем R1+R2=19,3 кОм. Выбираем R2=16 кОм, R1=6,2 кОм.
Рассчитываем значение сопротивлений делителя. Для этого зададимся опорным напряжением равным Еоп=10 В. Величины входных напряжений необходимых для поочередного отпирания диодов возьмем из графика Uвых=f(Uвх). Расчет сопротивлений делителя производится из условия:
Таким образом сопротивления делителя находятся как:
Блок управления необходим для управления работой всего устройства. Он синхронизирует работу отдельных блоков. Для обеспечения нормальной работы системы сбора аналоговых данных необходимо поочередно подавать сигналы с генератора на вход счетчика, аналогового коммутатора, УВХ, АЦП, буфера хранения и сигнал готовности для микропроцессорного устройства. Частота работы генератора определяется частотой опроса датчиков. Сигналы на входы блоков должны подаваться с определенной задержкой, равной времени преобразования предыдущего устройства. Принцип работы блока управления отображен на диаграмме .
где tсч - время преобразования счетчика; tан.к. - время преобразования аналогового коммутатора; tхр - время хранения данных в УВХ; tУВХ - время преобразования в УВХ; tпр АЦП - время преобразования АЦП.
В качестве аналогового коммутатора воспользуемся микросхемой КР590КН6 Справочные данные: Uпит = ± 15B; Uком = ± 15B; Iком = 20 мА; tвкл = 0,3 мкс; Uвх0 = 0…0,8В; Uвх1 = 4…16,5B.
Для формирования номера опрашиваемого датчика будет использоваться счетчик на основе D-триггеров, показанный на рис.10
Счетчик с коэффициентом пересчета 5
Схема блока управления изображена на рис.11. Она состоит из: генератора прямоугольных импульсов; цепей задержки, сформированных на базе RC-цепочек; а также из одновибратора, который используется как расширитель импульса для УВХ.
В качестве генератора импульсов будем использовать схему, приведенную на рис.12.
Схема генератора прямоугольных импульсов
Частота опроса датчиков составляет f=120 Гц. Длину импульса возьмем равную 1 мкс. Тогда
Для обеспечения подачи импульса на УВХ равного tв=10 мкс будем использовать одновибратор на основе микросхемы К155АГ1. Для этой микросхемы длительность импульса обеспечивается из условия tвых=С3*R3*ln2. Поэтому выбираем С3=650 мкФ, а R3=22 кОм.
1. Время задержки сигнала на вход аналогового коммутатора равно 500 нс.
2. Время задержки сигнала на вход УВХ равно 0,3 мкс.
3. Время задержки сигнала на вход АЦП равно 0,8 мкс.
4. Время задержки сигнала на вход микропроцессорного устройства равно 170 мкс.
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.
Разработка структурной схемы канала сбора аналоговых данных. Технические требования к функциональным узлам микропроцессорной системы. Расчет параметров согласующего усилителя, фильтра низких частот, функционального преобразователя и управляющего тракта. курсовая работа [334,9 K], добавлен 16.04.2014
Разработка и проектный расчет структурной схемы системы сбора аналоговой информации для дальнейшей обработки в системах боле высокого уровня. Определение технических требований к функциональным блокам системы. Выбор и расчет принципиальных схем блоков. курсовая работа [987,2 K], добавлен 29.04.2011
Выбор и расчет параметров функциональных схем приемной и передающей частей канала. Расчет усилителя мощности радиочастоты. Y-параметры для каскадного включения транзисторов. Расчет режима автогенератора. Принципиальная схема передающей части канала. курсовая работа [2,0 M], добавлен 12.02.2013
Разработка микропроцессорной системы управления технологическим объектом. Выбор и расчет элементов системы, разработка ее программного обеспечения. Составление структурных, функциональных и принципиальных схем микроконтроллеров семейства MCS-51. курсовая работа [579,0 K], добавлен 20.09.2012
Изучение схемотехники и функционирования биквадратурного генератора прямоугольных импульсов. Вычисление значения частот на выходах микросхемы. Определение назначения резисторов. Применение генератора при создании синхронных фильтров частотных сигналов. лабораторная работа [310,0 K], добавлен 18.06.2015
Принципиальная схема генератора пачек импульсов и перечень его элементов, разработка алгоритма и программы функционирования. Обзор архитектуры AT90S2313 и система его команд. Моделирование работы генератора пачек импульсов с помощью Visual Micro Lab. курсовая работа [1,2 M], добавлен 06.06.2011
Построение генератора прямоугольных импульсов с видом характеристики типа "меандр". Амплитуда сигнала стандартная для транзисторно-транзисторной логики. Функциональная схема устройства: описание ее работы, выбор элементов и расчет их параметров. курсовая работа [72,8 K], добавлен 12.07.2009
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Проектирование канала сбора аналоговых данных микропроцессорной системы контрольная работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Курсовая работа по теме Понятие и виды юридического лица
Реферат Разработка Зон Отдыха
Реферат по теме Бронетранспортеры
Эссе На Тему Античная Философия
Контрольная работа по теме Основные вопросы конфликтологии
Курсовая работа по теме Товарные биржи: сущность и тенденции развития
Курсовая работа по теме Строение и назначение редуктора
Реферат: Шпаргалки по теории государства и права
Сколько Стоит Дипломная Работа В Ардатове
Реферат: Зигмунд Фрейд. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат Болезнь Паркинсона И Иглоукалыванием
Темы Дипломных Работ По Биотехнологии
Реферат: Теоретическое изучение персонала предприятия и его статистический анализ
Критики О Чацком Сочинение
Реферат На Тему Декабристы И Их Время
Сущность библиотековедения, его объект и предмет
Мы Выбираем Жизнь Сочинение Про Наркотиков
Реферат: Джонсон, Сэмюэл
Сочинение по теме Развитие общественной мысли в литературе XIX века
Курсовая работа: Курсовой по сетям Бабенко. Скачать бесплатно и без регистрации
Как клетки общаются между собой - Биология и естествознание реферат
Поиск и спасение самолетов, потерпевших бедствие - Военное дело и гражданская оборона курсовая работа
Жертвы "военного" голода - История и исторические личности реферат


Report Page