Вибір структурноїсхеми
Метою курсовогопроекту являється проектування каналу збору аналогових даних реальної мікропроцесорноїсистеми. Такий канал являє собою пристрій, який забезпечує перетворенняаналогового сигналу датчика – джерела повідомлень в цифровий код. При цьому вканалі здійснюється підсилення, фільтрація і нормування сигналу, придушеннясинфазної перешкоди, приведення сигналу до вигляду, придатного для вводу ваналогово цифровий перетворювач шляхом запам’ятовування його миттєвих значень ізберігання протягом визначеного проміжок часу.
Датчик має симетричнийвихід, а АЦП несиметричний аналоговий вхід. Тому для їх узгодження до виходудатчика ми вмикаємо диференційний (узгоджуючий) підсилювач.
З завдання на проектвідомо, що одночасно з корисним сигналом діє синфазна перешкода. Для ліквідаціїїї впливу на аналоговий тракт, він повинен мати коефіцієнт послабленнясинфазної перешкоди. Пристоєм, що послаблює її може бути той же диференційний підсилювач.
В момент перетворення аналоговогосигналу в цифровий код напруга на вході АЦП повинно бути незмінним. Отже, до складу аналоговоготракту повинен бути вімкнений пристрій виборки – збереження, котрий періодичнозапам’ятовує з усереднюванням миттєве значення вихідного сигналу фільтра ізберігає його протягом часу зберігання />
Отже структурна схемааналогового тракта може бути представлена як покозано на мал
/>
Мал Структурнасхема пристрою
Д – датчик
ДУ –диференційний підсилювач
УВХ – пристрійвиборки-зберігання
АЦП –аналогово-цифровий перетворювачПринцип роботисхеми
Спроектованийнами аналоговий тракт може бути використаний у барометричному пристрої, якийвикористовується для точного вимірювання атмосферного тиску, що рівні моряскладає 1013 мбар.
Зі збільшеннямвисоти або зі зміною стану погоди тиск повітря дуже змінюється. Датчик тискуживиться напругою 15V. Вихідна напруга складає 0 — 300mV для діапазону вимірюваннятиску 0-2 бара.
Для підсиленнянапруги в аналоговому тракті використовується диференційний підсилювач. Вінвиконує основне підсилення сигналу, придушує синфазну перешкоду, забезпечує узгодженняз датчиком і регулює вихідну напругу. Данний підсилювач повинен мати коефіцієнтпідсилення напруги рівний 34.
Для данногодатчика ФНЧ не потрібен, тому що не заданий частотний діапазон, а сигналзадовольняє нормі.
Після підсиленнясигнал подається на пристрій виборки-зберігання. Він слугує для затримкисигналу і подальшої передачі на АЦП при швидкій зміні вхідного сигналу. ПВЗдоцільно використовувати в нашому аналоговому тракті у зв’зку з тим, що тиск може швидкозмінюватись.
З ПВЗ сигналподаний на АЦП.
Вибір и розрахунокпринциповихсхем всіх блоків
Вихідні данні:
Датчик
Мінімальнезначення ЕДС на виході
Umin вих=0mV
Максимальне значенняЕДС на виході
Umaxвих= 300mV
Пристрійвиборки-зберігання
Час виборки
/>
Час зберігання
/>
АЦП
Шкала ( вихіднанапруга канала)
ШАЦП =10 V
Розрядність N=10
Вибір ірозрахунок електричної принципової схеми диференційного підсилювача
Для підсиленнянапруги в аналоговому тракті використовується диференційний підсилювач.Вінвиконує основне підсилення сигналу, придушує синфазну перешкоду, забезпечуєузгодження з датчиком і регулює вихідну напругу.
/>
Мал 2. Диференційнийпідсилювач. Схема електрична функціональна
Данний підсилювачповинен мати коефіцієнт підсилення напруги рівний 200.
/>
Мал 3. Цокольовка операційного підсилювача серії AD622
Довідниковіданні:
/>
Розрахунок:
На вхідпідсилювача надходить сигнал зі значенням 300mV. Опір зворотнього зв’язкупідсилювача повинен складати більше 2000/>.Відповідно резистор
R3=50k/>
Розрахуємо опір R1
/>
Обираємо резисторз реальним номіналом. З допомогоюрезистора R2 ми ліквідуємо похибку, що виникаєчерез наявність вхідної напруги зсуву та вхідного струму зсуву./>
/>
Враховуючистандартні номінали маємо, що
/>
Вибір ірозрахунок електричної принципової схеми пристрою виборки та зберігання.
Схема пристроювиборки-зберігання представлена на малюнку 6
/>
Мал 6. Схема пристроювиборки-зберігання. Схема електрична функціональна
Польовийтранзистор VT1 з р-п переходом виконуєроль кюча. Він ввімкнений по схемі із плаваючим затвором, завдяки чомунезалежно від величини вхідного аналогового сигналу досягається повне відкриттяключа в момент виборки. Режим плаваючого затвору забезпечується за рахунокнаявності управляючого діода VD1.При подачіпозитивного імпульса Uу діод закритий, а транзисторвідкритий, т.я. потенціал затвору рівний потенціалу істока.Якщо на діоднадходить негативний імпульс керування – він відкривається. А напруга назатворі стає рівною керуючій і транзистор закривається.Конденсатор С1являється накопичувальною ємністю. Коли транзистор відкритий(момент виборки),надходить заряд ємності до миттєвого значення вхідного сигналу. Після закриття ключа на VT1 наступає час зберігання, на протязіякого конденсатор С1 незначним струмом утічки закритого транзистора і вхіднимструмом ОП.
Довідникові данні
Транзистор2П302А-1
Польовийтранзистор молої потужності з ізольованим затвором і індуцированим р-каналом.
/>
Діод КД629АС9
/>
Операційнийпідсилювач КР140УД25В
/>
/>
Мал 7. Схемапідключення підсилювача КР140УД25В
Відносні похибкив режимах виборки та зберігання рівні і знаходяться як
/>
при цьому
/>=(0,1-0,05)%
Встановимомаксимальне й мінімальне значення ємності С1
/>
/>
/>Розрахуємовихідний опір ОП:
/>/>
Для забезпеченнямаксимальної точності роботи пристрою />
приймемо рівним
/>=10 k/>Тепер визначимоопір відкритого ключа транзистора
/>
Тепер визначимо />
/>
Оберемостандартний номінал ємності
/>
Мінімальноможливе значення ємності конденсатора С1
/>
Стандартний номіналНеобхіднезначення ємності вибирають із умови
/>
З рядуномінальних ємностей оберемо />=0.27nFВизначимовеличину опору R1
/>РозрахунокпохибокДиференційнийпідсилювач
Температурнапохибка
/>
Обчислимоприведену вхідну похибку
/>/>
1. Параметрична похибка
/>
Висновок
В результатіданного курсового проекту був розрахований пристрій, що узгоджує датчик зананогового – цифровим перетворювачем.
В ходіпроектування був розрахований канал обробки аналогового сигналу і подачі йогона цифровий вхід АЦП.
Для цьогонеобхідно було використовувати наступні функціонаьні вузли:
- диференційнийпідсилювач (підсилення сигналу, придушення синфазної перешкоди)
- пристрійвиборки-зберігання (для приведення сигналу до вигляду, необхідного для подачі нацифровий вхід АЦП)
Також булорозраховано необхідні похибки