Файл: мой курсач.doc

Для фильтрации сигнала на +U ставим конденсатор С₃=0,1мкФ. [7]

Для преобразования аналоговой информации в цифровую был выбран АЦП К572ПВ3с электрическими параметрами:

1) Номинальное напряжение питания - 5 В

2) Ток потребления 4 мА

3) Опорное напряжение -10 В

4) Выходное напряжение низкого уровня – 0,8 В

5) Выходное напряжение высокого уровня – 4 В

6) Время преобразования – 7,5мкс

7) Входной ток по выводу CLK – 0,7мА

8) Входной ток по выводам RD и CS – 0,01мкА

9) Ток утечки по цифровым входам – 0,01 мкА

10) Время установления в начальное состояние - 2 мкс

11) Время задержки выдачи данных – 120 нс

12) Время задержки сброса данных – 80 нс

13) Входное сопротивление по выводам Vin и BOFS – 6..30 кОм

14) Входное сопротивление по выводу Vref – 3..15 кОм

15) Рекомендуемая тактовая частота внешнего генератора – 500 кГц

Для формирования внутренней генерации импульсов C₁ выбираем 30 пФ,

а R₇=250 кОм.

Сопротивление R₁₀ и R₈ выбираем равными 2кОм.

Для усиления разности напряжений выбираем усилитель К544УД1А с электрическими параметрами:

1) Номинальное напряжение питания - 15 В+10 %

2) Выходное напряжение при Uп= 15 В 12|В

3) Напряжение шумов приведенное ко входу при Uп= = 15 В5 мкВ

4) Средний входной ток при U_п= 15 В, U_вых= 0,02 В 0,05 нА

5) Ток потребления при U_п= 15 В, U_вых= 0,02 В2,5 мА

Максимальная разность напряжений на шунте будет -0,1..0,1 В, а входное максимальное напряжение на входе АЦП 10 В, значит нужно рассчитать сопротивления таким образом, чтобы схема дифференциального разностного усилителя усиливала разность напряжений в 100 раз. Для простоты возьмем R₃=R₄=K*R₁ или R₃=R₄=100*R₁, возьмем R₁ = 9 Ом, тогда R₃=R₄=900 Ом. Соответственно R₂=9 Ом.

Сопротивления R₆ и R₅ подстроенные, где R₅ =10 кОм используется для балансировки и R₆ = 0..2кОм.

6 Описание полной принципиальной схемы

Разность напряжений поступает на усилитель DA1, к которому подключены резисторы R1, R2, R3, R4, R5, R6. Резисторы R3 и R4 обеспечивают нужный коэффициент усиления, R6 служит для подстройки коэффициента усиления, R5 обеспечивает стабилизацию.

Далее сигнал поступает на микросхему A/D DD1, где аналоговый сигнал преобразовывается в цифровое значение. К DD1 подключены конденсатор С1 и резистор R7 для формирования внутренней генерации. Резисторы R8 и R10 задают нужное падение напряжения для микросхемы.

Сигнал с портов D1-D8 поступает на микросхему CPU DD2. Помимо этого к DD2 подключен внешний кварцевый резонатор BQ1, задающий тактовую частоту работы. Кварц обрамлен двумя конденсаторами С4 и С5, которые обеспечивают фазовое условие возникновения генерации. Также к DD1 подключена цепь сброса, в состав которой входят резистор R9, конденсатор С2. Данная цепь служит для установки DD2 в начальное состояние. Так же подключаем конденсатор С3 для фильтрации входного напряжения.

К микросхеме DD2 подключается микросхема дешифратора DD3. Она служит для преобразования полученного от DD2 двоичного кода в код управления семью сегментами.

Так же, к микросхеме DD2 подключается микросхема дешифратора DD4. Она служит для управления очередностью свечения индикаторов HG0 и HG1.

Описание работы:

На усилитель DA1 подается разность напряжений, которая усиливается в 100 раз. Далее сигнал поступает на A/D DD1, где аналоговый сигнал преобразовывается в цифровое значение. Причем разность напряжений может быть как отрицательная, так и положительная, в зависимости от знака, микросхема A/D DD1 формирует код. Код с портов D1-D8 поступает на микросхему CPU DD2, которая выполняет следующие действия:

1) каждые 10 мс снимает сигнал в A/D DD1;

2) анализирует знак величины и преобразует полученный смещенный код в прямой;

3) в течение 1с (то есть 100 раз) снимает значения с A/D DD1 и суммирует их;

4) преобразует полученное значение в А*ч;

5) полученное значение преобразуется в двоично-десятичный код;

Этот код подается на дешифратор DD3, который преобразует код в код управления семью сегментами. Так же микросхема CPU DD2 управляет работой дешифратора DD4, которая служит для управления очередностью свечения индикаторов HG0 и HG1.

7 Оценка нормируемых параметров

Расчет номинального значения потребляемого тока по каждому из источников питания и расчет общей потребляемой мощности:

В схеме присутствуют четыре источника питания E=10 В, Е=-10 В, E_пит =5 B, E=15 B.

Рассмотрим E=10 В:

Рассмотрим E=-10 В:

Рассмотрим E_пит=5 В:

где – ток, потребляемый микросхемой АЦП;

- ток, потребляемый микросхемой дешифратора1; [12]

- ток, потребляемый микросхемой дешифратора2;

–ток, потребляемый CPU

-ток, который протекает через внутренний «подтягивающий» резистор микросхемы CPU;

=50 мА

=70 мА

=4 мА

=мА

=20 мА

где – сопротивление внутреннего «подтягивающего» резистора микросхемы CPU [8];

мА

Рассмотрим E=15 В:

, где -ток потребления усилителя;

Тогда общая потребляемая мощность:

Погрешности

Абсолютную погрешность АЦП в конечной точке характеристики преобразования называют погрешностью полной шкалы и измеряют обычно в единицах младшего разряда. Для использованной в работе АЦП она равна ±3 МЗР.

Погрешностью дифференциальной линейности (дифференциальной нелинейностью) АЦП в заданной точке i характеристики преобразования называется разность между значением кванта преобразования и средним действительным значением кванта преобразования. Для использованной в работе АЦП она равна ±0,75 МЗР.[5]

Для многих областей применения АЦП важнейшей его характеристикой является нелинейность. Абсолютной погрешностью линейности АЦП в заданной точке характеристики преобразования называется разность между расчетным значением входного напряжения, определенным по линеаризированной характеристике преобразования АЦП, и действительным значением входного напряжения, соответствующим заданной точке характеристики преобразования. Для использованной в работе АЦП она равна ±0,75 МЗР.

Динамические характеристики, определяющие быстродействие АЦП.

Важнейшей из них является время преобразования tпр – интервал времени от начала изменения входного напряжения, представляющего собой скачок напряжения постоянного тока, значение которого обычно равно диапазону входного напряжения, до момента, при котором код на выходе АЦП будет отличаться от номинального не более чем на значение статистической погрешности. Для данной АЦП tпр=7,5мкс. Время преобразования складывается из двух интервалов времени – время задержки запуска tз и времени цикла кодирования tц. Время задержки запуска – минимальный интервал времени от момента подачи скачкообразного входного сигнала до момента подачи сигнала запуска АЦП, при котором входной код отличается от номинального не более чем на значение статистической погрешности. Время цикла кодирования – время, в течение которого осуществляется непосредственное преобразование входного напряжения в код.

Отношение сигнал/шум (SNR) – это отношение среднеквадратического значения входного сигнала к среднеквадратическому значению «шума», который определяется как сумма всех остальных спектральных компонент, включая гармоники, но исключая постоянную составляющую, для входного сигнала от полной шкалы. Определяется по формуле:

SNR=(6.02*n + 1.76) = 6.02*8+1.76 = 49.92 дБ [5]