Файл: Задание на курсовую работу По исходным данным, приведенным в табл. 13, требуется.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.11.2023
Просмотров: 24
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Задание на курсовую работу
По исходным данным, приведенным в табл. 1—3, требуется:
-
Выполнить полную схему АЦП, описать работу предложенного АЦП, соответствующих выбранных микросхем и устройств, обеспечивающих работу АЦП. Построить временные диаграммы работы АЦП. -
Рассчитать тактовый генератор для АЦП по исходным данным табл. 2. -
В соответствии с табл. 3 выбрать конкретные базовые микросхемы, начертить их принципиальные схемы, описать работу и привести справочные данные, необходимые для расчета преобразователя уровней. -
Выбрать схему преобразователя уровней (ПУ) и описать его работу. -
Выбрать тип биполярных транзисторов для схемы ПУ, привести необходимые справочные данные выбранных транзистору -
Рассчитать схему ПУ в заданном температурном диапазоне и подобрать резисторы по их номинальным значениям. -
Рассчитать мощность, потребляемую ПУ от источника питания. -
Построить на ЭВМ передаточную характеристику ПУ
=f(UBX) для номинальных параметров схемы. -
Описать схему интегрального аналога ПУ, если он имеется.
Исходные данные: Таблица 1
| Последняя цифра учебного шифра | Тип АЦП, основная интегральная микросхема |
| 9 | АЦП с преобразованием «напряжение - частота - двоичный код» |
Таблица 2
| Параметр | Последняя цифра учебного шифра |
| 0 | |
| Частота, ГЦ |  |
| Скважность | 4 |
| Длительность фронтов, мкс, не более |  |
| Амплитуда, В | 2 |
Таблица 3
| Первая цифра учебного шифра | Согласуемые элементы серии ИМС | Нагрузочная способность ПУ | Частота переключения F, МГц | Температурный диапазон, оС |
| 2 | ТТЛ-КМДП К155-К561 | 2 | 1 | -10÷70 |
Монтажная емкость См =50 пФ, входная емкость элементов Свх =15 пФ
1. АЦП с преобразованием «напряжение - частота - двоичный код»
Входное напряжение, интегрируется с помощью интегрирующего операционного усилителя (ДА). Интегрирование продолжается до тех пор, пока напряжение на выходе интегратора не превзойдет уровень + Uon(или —Uon), при достижении которого один из аналоговых компараторов формирует выходной импульс.
Выходные импульсы используются для возврата интегратора в нулевое состояние при работе устройства управления (УУ) и ключей (Кк). Это приводит к тому, что величина, равная числу импульсов, генерируемых в секунду, т. е. 'частота, становится пропорциональной уровню входного сигнала Uвх Эти импульсы затем могут быть подсчитаны двоичным счетчиком в течение фиксированного интервала времени.
Результат счета, соответствующий концу этого интервала, пропорционален уровню входного напряжения.
Метод преобразования «напряжение—частота» реализован в ИМС КРП08 ПП1.
Рисунок 1. а) Блок схема АЦП на основе ПНЧ, б) структурная схема ПНЧ
На базе преобразователей напряжение-частота (ПНЧ) могут быть построены интегрирующие АЦП, обеспечивающие относительно высокую точность преобразования при низкой стоимости. Существует несколько видов ПНЧ. Наибольшее применение нашли ПНЧ с заданной длительностью выходного импульса. Структурная схема такого ПНЧ приведена на рис. 1б. По этой схеме построена ИМС VFC-32 (отечественный аналог - 1108ПП1).
Работает ПНЧ следующим образом. Под действием положительного входного сигнала U
вх напряжение Uи на выходе интегратора И уменьшается. При этом ключ S разомкнут. Когда напряжение Uи уменьшится до нуля, компаратор К переключается, запуская тем самым одновибратор. Одновибратор формирует импульс стабильной длительности Ти, который управляет ключем.
Последовательность этих импульсов является выходным сигналом ПНЧ. Ключ замыкается и ток Iоп в течение Ти поступает на вход интегратора, вызывая увеличение выходного напряжения интегратора. Далее описанный процесс снова повторяется.
Импульсы тока Iоп уравновешивают ток, вызываемый входным напряжением Uвх. В установившемся режиме
Отсюда следует
где Uвх.ср - среднее значение входного напряжения за период Т. Выражение показывает, что точность преобразования определяется точностью установки опорного тока Iоп, точностью выдержки длительности импульса одновибратора Ти, а также точностью резистора R. Емкость конденсатора интегратора не оказывает влияния на частоту ПНЧ.
Таким образом, по существу ПНЧ преобразует входное напряжение в унитарный код. Для его преобразования в двоичный позиционный можно использовать счетчик.
Схема интегрирующего АЦП на базе ПНЧ приведена на рис. 1а. Двоичный счетчик подсчитывает число импульсов, поступивших от ПНЧ за период Тотсч=1/fотсч, задаваемый отсчетными импульсами, которыми содержимое счетчика заносится в выходной регистр-защелку.
Вслед за этим происходит обнуление счетчика. Число импульсов n, подсчитанных счетчиком за время Тотсч,
Здесь Uвх.ср - среднее значение входного напряжения за весь период Тотсч.
Можно заметно повысить точность ПНЧ, если вместо одновибратора включить тактируемый импульсами стабильной частоты D-триггер.
2. Расчет тактового генератора для АЦП
Исходные данные для расчета:
| Частота, ГЦ |  |
| Скважность | 4 |
| Длительность фронтов, мкс, не более |  |
| Амплитуда, В | 2 |
В качестве генератора тактовых импульсов удобно использовать микросхему
Рисунок 3.К155АГ3
Микросхема представляет собой два ждущих одновибратора с возможностью перезапуска, имеют по три входа запуска, три вывода С, RC и RI для подключения времязадающих цепей, прямой и инверсный выходы.
Условие запуска мультивибратора - изменение входных сигналов, в результате которого появляется следующее сочетание - хотя бы на одном из входов 3 или 4 - лог. 0, на входе 5 - лог.
1. Длительность импульса при основном варианте подключения времязадающей цепи, приведенном на рис. 4, составляет приблизительно
Если оба ждущих одновибратора в данной микросхеме включить по кольцевой схеме, то можно построить мультивибратор-автогенератор.
преобразователь генератор транзистор
Рисунок 4. Принципиальная схема генератора тактовых импульсов
Таблица 2. Назначение выводов К155АГ3
| Номер вывода | Назначение |
| 1 | выход |
| 2,8,12,13 | свободные |
| 3,4,5 | входы |
| 6 | выход |
| 7 | общий |
| 9,10,11 | для подключения времязадающей цепи |
| 14 | напряжение питания |
Рассчитаем цепь тактового генератора. Сопротивление резистора R1 может находиться в пределах 1.5...43 кОм, емкость конденсатора С1 - любая. В качестве резистора возьмем последовательно соединенный постоянный резистор номиналом 34,8 кОм и построечный номиналом от 10 до 24кОм.
Согласно исходных данных, частота есть величина, обратная периоду, отсюда период колебаний будет равен:
Следовательно, длительность импульса будет равна:
Скважность – это величина, равная отношению периода и длительности импульса, следовательно:
Отсюда, найдя длительность импульса с учетом скважности,
найдем длительность паузы:
Имея длительность паузы и импульса получим значения параметров RC элементов генератора.
Принимая С1 = С2 = 0.01 мкФ, получим:
3. Выбор и описание микросхем
Согласно реализации основной микросхемой должна стать КР1108ПП1.
ПНЧ включает в себя усилитель А1, компаратор А2, одновибратор, источник стабильного тока Iо, аналоговый ключ S и выходной транзистор.
Для построения ПНЧ схему следует дополнить двумя конденсаторами С1,С2 и двумя резисторам R1,R2. Элементы R1, С1 и А1 образуют интегратор, конденсатор С2 задает длительность импульса одновибратора j=kC2, где к определяеться характеристиками микросхемы (в VFC32 Iо=1мА, к=75кОм).
Импульсы тока Iо уравновешивают ток, вызываемый входным напряжением