Разработка канала обработки и сбора данных - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Разработка структурной схемы канала выборки и преобразования аналоговых данных. Синтез и аппаратная реализация низкочастотного активного фильтра Баттерворта 2-го порядка. Расчет и согласование инструментального усилителя и устройства выборки хранения.


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.
Курсовое проектирование является завершающим этапом изучения студентами специальных дисциплин, предусмотренных рабочим планом по специальности.
Задачи курсового проектирования - закрепление, систематизация, углубление и развитие теоретических и практических знаний, полученных в процессе изучения дисциплины, а также приобретение ими практических навыков самостоятельного решения общетеоретических, практических и методических вопросов моделирования.
Основная цель курсового проектирования состоит в изучении и анализе вопросов, связанных со специальными аспектами изучаемых дисциплин, совершенствовании общетеоретической подготовки студентов, а также самостоятельном применении полученных знаний. Цель проекта - закрепление полученной теоретической базы.
В данной курсовой работе необходимо согласовать амплитуду выходного сигнала датчика со шкалой АЦП.
В качестве датчика возьмем измеритель уровня токсичных газов и паров САРО6. На рисунке 1.1 представлена функциональная схема.
Рисунок 1.1 - Функциональная схема CAPO6
– Величина синфазной составляющей - 2 V
На рисунке 1.2 представлена характеристика зависимости выходного напряжения от концентрации газа.
Рисунок 1.2 - Характеристика концентратомера
- Сопротивление аналогового входа - 0,5 k???
- Сопротивление входа управления - 1 k??
- Диапазон входных напряжений - 10 V
- Амплитуда импульса управления - 3 V
Согласующее устройство необходимо для согласования сопротивлений, первичного усиления, ослабления синфазной составляющей.
Фильтр низких частот необходим для ограничения частотного диапазона устройства в необходимых пределах.
Для данного датчика функциональный преобразователь не нужен так как датчик характеризуется линейной характеристикой.
Устройство выборки хранения служит для тактирования циклов выборки при преобразовании сигнала в цифровой код, т. е. для согласования устройства с АЦП.
Для снижения накопительной ошибки основное усиление должно происходить в согласующем устройстве, а остальные блоки имеют единичный коэффициент усиления.
Структурная схема приведена на рисунке 2.1
Перед тем как перейти к расчету блоков необходимо произвести расчет параметров, которые не заданны, но их, возможно, рассчитать, опираясь на характеристики датчика и АЦП.
Коэффициент усиления максимальный рассчитывается по формуле (2.3)
Минимальный коэффициент усиления рассчитывается по формуле (2.4)
По формуле (2.5) рассчитываем коэффициент ослабления синфазной составляющей.
2.2.1 Расчет устройства выборки хранения
Устройство выборки хранения служит для квантования сигнала по времени. То есть точность этого блока влияет на характеристики оцифрованного сигнала. Погрешность данного блока не должна превышать 10- 3 с. Данный блок является конечным в канале сбора и обработки аналоговых данных поэтому его выходное сопротивление должно совпадать с входным сопротивлением АЦП, а так же должно быть согласование по уровню напряжения.
Полоса пропускания данного устройства по техническому заданию лежит от 0 Hz до 1 kHz. Неравномерность АЧХ в полосе пропускания должна быть минимальной. На граничной частоте ФНЧ должен иметь спад в -3 дБ. Коэффициент усиления по напряжению примем равным 1, для снижения погрешности преобразования. Расчет входных и выходных сопротивлений производим по формулам (2.5), (2.6).
2.2.4 Расчет согласующего устройства.
Согласующее устройство служит для подавления синфазной составляющей, а так же для усиления сигнала до необходимой амплитуды.
Коэффициент ослабления синфазной составляющей рассчитывается по формуле (2.4).
Коэффициент усиления по напряжению примем равным
Сопротивление входа согласующего устройства рассчитывается по формуле (2.7)
Выбор ОУ производится по величине выходного напряжения, т. е. оно должно согласовываться со шкалой АЦП.
Подбор ОУ ведется по следующим параметрам:
- максимальное выходное напряжение;
- максимальная скорость нарастания выходного напряжения;
- коэффициент ослабления синфазной составляющей;
Во всей схеме лучше использовать один тип ОУ т. к. тогда необходим лишь один двуполярный источник питания.
Ко всем узлам схемы желательно выбирать ОУ с как можно большим входным сопротивлением и коэффициентом ослабления синфазной составляющей, c как можно меньшими входными токами и напряжениями смещения.
ОУ OPA131P имеет очень высокое входное сопротивление, напряжение выхода данного ОУ и скорость нарастания отвечают предъявляемым к схеме требованиям, поэтому его можно использовать в построении данной схемы.
Напряжение выхода U вых max = ± 18 V;
- Коэффициент усиления без обратной связи К U = 100000;
- Коэффициент ослабления синфазной составляющей К ОСС = 80 дБ;
- Скорость нарастания выходного напряжения V U вых = 10 V / mks ;
- Напряжение питания U пит = ± 18 V;
- Тепловой дрейф напряжения смещения
Критерием выбора полевого транзистора служит величина тока утечки, а так же напряжения затвор-сток, затвор-исток.
В качестве ключевого транзистора выбираем 2SJ68, т. к. он обладает высоким быстродействием, малым током утечки, малыми внутренними емкостями.
- Максимальная рабочая частота f max =150 MHz;
- Постоянный ток стока I Cmax = 50 mA;
- Ток утечки затвора I З.утч = 10 nA;
- Постоянное напряжение Затвор - Исток U ЗИ МАХ =12 V;
- Постоянное напряжение Затвор - Сток U ЗС МАХ = 40 V;
- Постоянное напряжение Сток - Исток U СИ МАХ = 40 V.
В данной схеме необходимо использовать высокочастотные диоды, чтобы их рабочая частота превышала 1 kHz. Т. к. токи протекающие между ОУ очень малы то необходимо учитывать обратные токи диодов. Поэтому обратный ток должен быть как можно меньшим.
Диод выбирается по величине тока утечки и величине обратного напряжения.
В качестве диода выберем диод 1N3063.
Данные полупроводникового диода 1N3063:
- Максимально допустимый прямой ток I пр VD =50 mA;
- Максимально допустимый обратный ток I обр VD = 0.1 mkA;
- Максимально допустимое обратное напряжение U обр VD =50 V;
- Максимальная рабочая частота F раб VD =20 MHz;
- Постоянное прямое напряжение U пр = 1 V.
Схема устройства выборки хранения изображена на рисунке 3.1
Рисунок 3.1 - Схема электрическая УВХ.
Расчет данного узла производим по следующей методике.
Ёмкость времязадающего конденсатора вычисляется по формуле (3.1)
Номинал резистора R28 можно вычислить по формуле (3.2)
Величины резисторов R27, R30 необходимы для согласования входных и выходных сопротивлений. R27 выбирается равным сопротивлению выхода ФНЧ. R30 рассчитывается по формуле (3.3).
Величины всех сопротивлений выбираем из ряда номиналов Е24.
Напряжения источников +U, -U зависят от типа ОУ (от напряжения питания).
Схема фильтра низких частот изображена на рисунке 3.3
Рисунок 3.3 - Схема электрическая ФНЧ (фильтр Баттерворта II порядка).
Расчет данного узла производим по следующей методике.
Значение f гр находим по формуле (3.11).
Добротность фильтра рассчитывается по формуле (3.12).
Данный фильтр имеет передаточную характеристику приведенную в (3.13)
Зададимся номиналами резисторов R1 и R2.
Рассчитаем номинал Сl1 по формуле (3.14).
Номинал С2 находим по формуле (3.15).
Величины номиналов всех сопротивлений и емкостей выбираем из ряда Е24.
Схема согласующего устройства изображена на рисунке 3.4.
Рисунок 3.4 - Схема электрическая СУ
Расчет данного узла производим по следующей методике.
Каскад на операционном усилителе Х3 служит для подавления синфазной составляющей. У него единичный коэффициент усиления поэтому резисторы R5, R6, R7, R8 равны между собой и имеют номинал 1.5 k? ??Каскады на ОУ Х1 и Х2 должны иметь одинаковые характеристики усиления, чтобы не вносить погрешность. Резистор R3 подстроечный для лучшей настройки данного каскада.
Оба усилителя собраны по не инвертирующей схеме, и коэффициент усиления можно рассчитать по формуле (3.11). Резисторы R1 и R4 должны быть равны между собой. Величину K U можно найти, как говорилось выше из соотношения величины сигнала датчика и шкалы АЦП (3.12).
Зная, коэффициент усиления K U и задавшись R33 = 10 k? можно рассчитать сумму R32 и R31.
При данной величине данной суммы выбираем номиналы R2 и R3 из ряда Е24 и соответственно равные 470 k?? и 60 k? ?(подстроечный).
Погрешность схемы обусловлена параметрами не идеальности ОУ. Основная погрешность обусловлена наличием напряжения смещения и его температурного дрейфа.
Рассчитаем погрешность преобразования от разброса параметров элементов. Для этого рассчитаем максимальный коэффициент усиления для каждого из блоков при 5% допуске разброса параметров.
Произведём расчет УС по формулам (3.13 - 3.16).
K Umax =K Umax 1 ·K Umax 2 (3.15)
K U ФНЧ практически не зависит от разброса параметров элементов т. к. он построен по схеме эммитерного повторителя. Поэтому разброс параметров влияет только на частоту среза.
Ошибка преобразования по напряжению смещения при комнатной температуре вычисляется по формуле (3.13).
где: U cm - напряжение смещения ОУ OPA131P;
В устройстве согласования и функциональном преобразователе есть корректирующий резистор поэтому в данных блоках отсутствует погрешность связанная с входным током. В УВХ данная погрешность отсутствует из-за 100% ООС.
Температурная ошибка схемы вычисляется по формуле (3.14).
Так как были выбраны ОУ одной модели то величина температурной погрешности будет в 3 раза больше из-за того что, в канале последовательно включено 4 ОУ.
= 3 · 8.012 · 10 - 5 =24,036 · 10 - 4 , V
Величина погрешности от изменения входного тока вычисляется по формуле (3.15)
Результаты расчетов для каждого блока заносим в таблицу 3.3
Таблица 3.3 - Величина U вых для блоков канала
Погрешность АЦП составляет половину величины квантования, она вычисляется по формуле (3.16).
А величина U min АЦП по формуле (3.17).
Таким образом, полная погрешность канала выборки и преобразования аналогового сигнала которая состоит из суммы абсолютных погрешностей АЦП, погрешности напряжения смещения, температурной погрешности, погрешности от разброса параметров элементов и погрешность от изменения входного тока вычисляется по формуле (3.17).
В ходе наладки данного прибора необходимо произвести настройку согласующего устройства для точной установки коэффициента усиления и получения амплитуды выходного сигнала в диапазоне шкалы АЦП.
Параметры элементов функционального преобразователя и фильтра низких частот должны, минимально отличатся от расчетных значений. Для получения расчетных характеристик.
Наладку устройства выборки хранения производим при помощи внешнего генератора. После подачи импульса производим измерения всех временных диаграмм. Они должны соответствовать расчетным значениям.
Наладку производят всем электронным устройствам для работы в нормальном режиме. Чтобы все напряжения и протекающие токи находились в допустимых пределах.
В данном курсовом проекте был разработан канал выборки и преобразования аналоговых данных. Данное устройство является посредником между цифровой и аналоговой частью любого устройства в котором объединены как аналоговые, так и цифровые блоки.
Разработана структурная и принципиальная схема канал выборки и преобразования аналоговых данных. Выполнен синтез и аппаратная реализация низкочастотного активного фильтра Баттерворта 2-го порядка. А также расчет и согласование инструментального усилителя, функционального преобразователя и устройства выборки хранения.
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
Характеристика активных фильтров, требования, предъявляемые к ним. Разработка принципиальной схемы полосового фильтра. Анализ технического задания и синтез схемы устройства. Реализация фильтра Баттерворта. Выбор элементов схемы и операционного усилителя. курсовая работа [1,0 M], добавлен 18.12.2015
Проектирование устройства преобразования цифровой информации в аналоговую и наоборот для цифрового магнитофона. Описание используемых интегральных микросхем. Разработка структурной и принципиальной схемы цифрового канала звукозаписи без кодера и декодера. курсовая работа [1,8 M], добавлен 18.10.2010
Проект устройства сбора данных (УСД), предназначеный для измерения, сбора, обработки, хранения и отображения информации с реальных объектов. Разработка блока выработки адресов каналов коммутатора. Абстрактный синтез УУ. Синтез управляющего устройства. курсовая работа [257,7 K], добавлен 19.06.2010
Разработка активного электрического фильтра Баттерворта 6-го порядка на основе идеального операционного усилителя (ОУ). Изучение проектирования фильтров при использовании современных методов расчета – программы Microcap. Построение АЧХ и ФЧХ фильтра. курсовая работа [1,2 M], добавлен 31.05.2010
Разработка структурной схемы электронного устройства. Синтез и расчет транзисторного усилителя. Синтез преобразователей уровня, схемы арифметических преобразователей. Схема компаратора, разработка цифровой схемы. Расчет тока нагрузки блока питания. реферат [1,4 M], добавлен 06.11.2013
Структурная и принципиальная схемы усилителя для фоторезистора. Проектирование входного устройства. Расчет масштабирующего усилителя, блока регулировки, усилителя мощности. Разработка фильтра нижних частот, режекторного фильтра, источника питания. курсовая работа [2,2 M], добавлен 10.12.2015
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



Разработка канала обработки и сбора данных курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Дипломная работа по теме Половая конституция человека и методы ее определения
Реферат: Социальный контроль за ВИЧ-инфицированными людьми
Контрольная Работа На Тему Психоаналитическая Концепция Детского Развития (З. Фрейд, К. Юнг, А. Адлер)
Проект Обучающегося В Форме Реферата
Дипломная работа по теме Ресурсное обеспечение стратегических решений
Пособие по теме Правовое воспитание школьников как средство коррекции
Информационные Технологии Вокруг Нас Эссе
Скачать Реферат На Тему Уютный Дом
А Платонов Летом Сочинение
Реферат: Религиозный туризм
Реферат: Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений
Реферат: "Мифы" об антибиотиках и других антимикробных средствах
Изложение: Роб Рой. Скотт Вальтер
Реферат: Сравнительный анализ государственно-политического устройства Великобритании и Исландии
Учебное пособие: Методические указания по выполнению курсовых проектов для студентов очного и заочного отделений
Реферат по теме Федеральные налоги и сборы с организаций
Конституционный строй в Польше
Методы Научного Исследования В Курсовой Работе
Лабораторная Работа На Тему Загрузка Xml-Данных В Скринсейвер
Общество И Религия Реферат По Философии
Информационная сфера как сфера правового регулирования - Государство и право контрольная работа
Trotskyst movement in Australia - Иностранные языки и языкознание реферат
Методы подсчета запасов твердых полезных ископаемых - Геология, гидрология и геодезия презентация