Расчет аналого-цифрового преобразователя
Схема аналого-цифрового преобразователя с использованием частотно-импульсного модулятора, временная диаграмма работы устройства. Принципиальная схема семиразрядного счетчика, генератора управляемого напряжением и одновибратора на операционном усилителе.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 13.01.2015 |
| Размер файла | 676,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Введение
В данной курсовой работе рассмотрена схема аналого-цифрового преобразователя (в дальнейшем просто АЦП) с использованием частотно-импульсного модулятора (ЧИМ), построенного на генераторе управляемым напряжением (ГУН), частота которого линейно зависит от управляющего напряжения, которое и необходимо измерить. Количество импульсов ГУНа подсчитывается счетчик за определенный интервал времени. Таким образом осуществляется преобразование «напряжение - частота - двоичный код».
Аналого-цифровыми преобразователями называют устройства, позволяющие осуществить переход от информации в аналоговой форме к информации в цифровой форме. Эти преобразователи широко используют для ввода в ЭВМ аналоговых данных, при цифровом измерении аналоговых сигналов, в цифровых системах связи, в оконечных устройствах цифровых телевизионных и космических линиях связи.
В курсовом проекте приведена и рассмотрена работа функциональной схемы, а также отдельно рассмотрена работа отдельных функциональных ячеек. Приведены расчеты элементов, временные диаграммы, а также полный анализ работы схемы.
Исходные данные
В соответствии с вариантом:
Максимально подаваемое напряжение
Разрядность счетчика - 7
Время преобразования -
Элементная база - операционные усилители
Функциональная схема, принцип работы АЦП с использованием ЧИМ
Рисунок 1. Функциональная схема АЦП с использованием ЧИМ
Как было заявлено во введении частотно-импульсный модулятор построен на генераторе, управляемым напряжением, которое требуется измерить переводом в двоичный код.
Принцип работы заключается в следующем: на вход ГУНа (ЧИМ) подается некоторое напряжение, а на выходе получаем сигнал определенной частоты, прямо пропорциональной подаваемому напряжению с линейной зависимостью. Этот сигнал поступает на конъюнктор, на выходе которого появиться точно такая же частота, но при условии что на втором входе присутствует логическая единица. Логическая единица будет подаваться на второй вход лишь определенное время (время преобразования) с одновибратора. Одновибратор запускается импульсом, который и обнуляет счетчик. В итоге сигнал с конъюнктора поступает на счетчик, который считывает количество импульсов. На выходах счетчика имеем некоторый двоичный код, так как время преобразования всегда постоянно, то двоичный код линейно зависит от частоты и является ее эквивалентом. Таким образом осуществляется преобразование «напряжение - частота - двоичный код».
Рисунок 2. Временная диаграмма работы АЦП с ЧИМ
Генератор, управляемый напряжение спроектируем на операционных усилителях (по заданию), хотя можно было воспользоваться и классическим мультивибратором с генераторами постоянного тока, вместо базовых сопротивлений.
Одновибратор также будет на операционном усилителе.
Проведем проектирование и расчет каждого функционального элемента.
Конъюнктор и счетчик
преобразователь модулятор генератор одновибратор
Конъюнктор представляет собой простую схему «И».
Для простроения 7-разрядного счетчика мозьмем микросхему КРИЕ19 Счетчик является сдвоенным 4-разрядным, значит для построения 7-разрядного счетчика включим два каскадно в соответствии с описанием микросхемы. Также необходимо предусмотреть обнуление счетчика при достижении 7 разрядом и подаче запускающего одновибратор импульса.
Рисунок 3. Принципиальная схема семиразрядного счетчика
Зная разрядность счетчика и максимально измеряемое напряжение можно посчитать ошибку при потере младшего разряда, которая определяется соотношением:
Но для достижения такой ошибки необходимо, чтобы 6 В соответствовали 128 импульсам, пришедшим за время преобразования, значит частота ГУНа (при подаче максимального напряжения) определяется соотношением:
Генератор управляемый напряжением
Рисунок 4. Генератор управляемый напряжением, построенный на операционных усилителях.
Входное напряжение интегрируется интегратором до тех пор, пока напряжение на выходе интегратора не превзойдет опорное. В этот момент на выходе компаратора возникает логическая единица, транзисторный ключ открывается, и конденсатор быстро разряжается на землю, на выходе компаратора появляется ноль, ключ закрывается и процесс перезапускается.
Зная максимальные частоту и напряжения, рассчитаем элементы схемы, для получения коэффициента, отражающего линейность зависимости частоты от напряжения.
Известно, что напряжение на конденсаторе изменяется по закону:
и не может превысить порогового , конденсатора заряжается током .
Пороги для компаратора не заданы, выберем их произвольно и ноль. Сразу же зададим сопротивления и .
Рисунок 5. Временная диаграмма работы ГУНа
Рассчитаем остальные сопротивления и емкость. Возьмем операционный усилитель КР140УД8 :
,
,
Зададим то, что время импульса равно времени паузы, тогда , . Зададимся тем, что , тогда . Рассчитаем емкость конденсатора:
из рада номиналов емкостей выберем .
Одновибратор на операционном усилителе
Рисунок 6. Принципиальная схема одновибратора на операционном усилителе
С приходом положительного импульса на неинвуртирующем выходе появляется положительно напряжение и усилитель выдаст на выходе , при этом конденсатор начнет заряжаться увеличивая напряжение на инвертирующем выходе. Как только напряжение на инвертирующем выходе сравняется с пороговым усилитель перекинется на , где и останется до прихода следующего запускающего импульса.
Рисунок 7. Временная диаграмма работы одновибратора на операционном усилителе.
Из за переходного процесса на конденсаторе получаем следующие выражения для времени импульса и релаксации.
и
Величина определяется также как и при расчете ГУНа, но резисторами и . Оставим пороги и 0, тогда , а . Так как конденсатор должен разряжаться (восстанавливаться) много быстрее времени заряда, то . Зададим и емкость . Зная необходимое время импульса, рассчитаем сопротивление :
Согласование функциональных элементов
Выходное напряжение как одновибратора, так и ГУНа равно , его необходимо согласовать взятыми микросхемами (с ТТЛШ - логикой).
Наиболее простой вариант поставить ограничительные диоды. Как показано на рисунке ниже. Сопротивлении резистора можно взять номиналом в 510 Ом.
Рисунок 8. Ограничитель, построенный на диодах.
В итоге собрав все функциональные элементы получим принципиальную схему АЦП с ЧИМ.
Рисунок 9. Принципиальная схема АЦП с ЧИМ
Заключение
В ходе курсовой работы, был показан расчет аналого-цифрового преобразователя с использованием частотно-импульной модуляции. Это всего лишь один из нескольких типов АЦП, однако даже рассмотрение его одного дает навыки расчета других устройств.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Описание работы однополярного аналого-цифрового преобразователя. Расчет эмиттерного повторителя и проектирование схемы высокочастотного аналого-цифрового преобразователя. Разработка печатной платы устройства, технология её монтажа и проверка надежности.
курсовая работа [761,6 K], добавлен 27.06.2014Алгоритм работы аналого-цифрового преобразователя. USB программатор, его функции. Расчет себестоимости изготовления стенда для исследования преобразователя. Схема расположения компонентов макетной платы. Выбор микроконтроллера, составление программы.
дипломная работа [3,2 M], добавлен 18.05.2012Расчет тактовой частоты, параметров электронной цепи. Определение ошибки преобразования. Выбор резисторов, триггера, счетчика, генераторов, формирователя импульсов, компаратора. Разработка полной принципиальной схемы аналого-цифрового преобразователя.
контрольная работа [405,1 K], добавлен 23.12.2014Анализ справочной литературы, рассмотрение аналогов и прототипов аналого-цифрового преобразователя. Составление функциональной и принципиальной схемы функционального генератора. Описание метрологических характеристик. Выбор дифференциального усилителя.
курсовая работа [460,4 K], добавлен 23.01.2015Расчет источника опорного напряжения для схемы аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Выбор компаратора, составление счетчика. Принцип работы АЦП. Получение полосового фильтра. Граничная частота входных сигналов. Перевод сигнала в аналоговую форму.
курсовая работа [925,5 K], добавлен 05.11.2012Выбор типа аналого-цифрового преобразователя на переключаемых конденсаторах. Структурная схема сигма-дельта модулятора. Генератор прямоугольных импульсов. Действующие значения напряжений и токов вторичных обмоток трансформатора, его параметры и значения.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 08.03.2016Структура кадров информационного обмена. Выбор антенны и расчет высоты установки. Функциональная схема приемо-передатчика центрального и контрольного пунктов. Расчет разрядности аналого-цифрового преобразователя. Принцип работы амплитудного ограничителя.
курсовая работа [856,5 K], добавлен 19.02.2013Основные структуры, характеристики и методы контроля интегральных микросхем АЦП. Разработка структурной схемы аналого-цифрового преобразователя. Описание схемы электрической принципиальной. Расчет надежности, быстродействия и потребляемой мощности.
курсовая работа [261,8 K], добавлен 09.02.2012Уточнение технических и эксплуатационных показателей устройства. Импульсно-кодовая модуляция. Линейное предсказание. Вокодер - один из основных узлов ПО пакетирования речи. Кодирование звука. Структура устройства. Электрическая принципиальная схема.
дипломная работа [153,5 K], добавлен 05.11.2012Разработка адаптера аналого-цифрового преобразователя и активного фильтра низких частот. Дискретизация, квантование, кодирование как процессы преобразования сигналов для микропроцессорной секции. Алгоритм работы устройства и его электрическая схема.
реферат [847,2 K], добавлен 29.01.2011Понятие аналого-цифрового преобразователя, процедура преобразования непрерывного сигнала. Определение процедур дискретизации и квантования. Место АЦП при выполнении операции дискретизации. Классификация существующих АЦП, их виды и основные параметры.
курсовая работа [490,2 K], добавлен 27.10.2010Применение аналого-цифровых преобразователей (АЦП) для преобразования непрерывных сигналов в дискретные. Осуществление преобразования цифрового сигнала в аналоговый с помощью цифроаналоговых преобразователей (ЦАП). Анализ принципов работы АЦП и ЦАП.
лабораторная работа [264,7 K], добавлен 27.01.2013Информационные характеристики и структурная схема системы передачи; расчет параметров аналого-цифрового преобразователя и выходного сигнала. Кодирование корректирующим кодом. Определение характеристик модема; сравнение помехоустойчивости систем связи.
курсовая работа [79,6 K], добавлен 28.05.2012Передача аналоговых сигналов. Требования к защитному интервалу на этапе итерации. Расчет параметров подсистемы преобразования дискретных сигналов при использовании способа наложения. Структурная схема мультиплексора и аппаратуры линейного тракта.
курсовая работа [899,6 K], добавлен 22.06.2012Расчет основных характеристик передачи информации - ширины и пропускной способности непрерывного канала. Выбор аналого-цифрового и цифроаналогового преобразователей, кодера и модулятора. Алгоритм работы и структурная схема оптимального демодулятора.
курсовая работа [776,7 K], добавлен 13.08.2013Структурная схема технических средств канала измерения системы. Расчет статической характеристики измерительного канала, погрешностей дискретизации, числа каналов коммутатора, числа разрядов аналого-цифрового преобразователя. Опрос коммутатором каналов.
контрольная работа [247,6 K], добавлен 16.01.2014Изучение принципа работы аналого-цифровых преобразователей (АЦП и ADC) . Классическая схема аналого-цифрового преобразования: аналоговый сигнал, компараторы, выходной код, шифратор. Характеристика отсчётов аналогового сигнала и частей опорного напряжения.
статья [344,1 K], добавлен 22.09.2010Аналого-цифровой преобразователь, разрешение и типы преобразования. Точность и ошибки квантования. Частота дискретизации и наложение спектров. Подмешивание псевдослучайных сигналов и передискретизация. Основные аппаратные характеристики микроконтроллера.
дипломная работа [635,4 K], добавлен 23.03.2013Представление чисел в дополнительном двоичном коде. Номенклатура арифметических операций в цифровом фильтре. Назначение аналого-цифрового преобразователя. Амплитудно-частотная характеристика рекурсивного фильтра. Составление схемы лабораторного макета.
реферат [215,6 K], добавлен 14.02.2016Структурная схема цифрового устройства. Проектирование одновибратора на интегральных таймерах. Минимизация логической функции цифрового устройства по методу Квайна и по методу карт Карно. Преобразование двоичного числа. Расчет номиналов сопротивлений.
курсовая работа [319,2 K], добавлен 31.05.2012
