Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

Кафедра «Автоматизированные системы обработки информации и управления»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему «Кодоимпульсный аналого-цифровой преобразователь»

по дисциплине «Электротехника и электроника»

студента Кравченко Алексея Викторовича группы ЗАС-411

Омск 2015

Техническое задание

На проектирование - «Кодоимпульсный АЦП «напряжение-код» (следящего уравновешивания)».

1 Область применения. Кодоимпульсные АЦП «напряжение-код» следящего уравновешивания используются в области измерительной техники и в технике преобразования информации.

2 Назначение. Кодоимпульсный АЦП «напряжение-код» следящего уравновешивания предназначен для преобразования отрицательного напряжения постоянного тока в цифровой код.

3 Технические требования

3.1 Показатели назначения

3.1.1 Диапазон входного напряжения минус 10…0 В

3.1.2 Погрешность преобразования не более 1,0 %

3.1.3 Входное сопротивление 100 кОм

3.1.4 Обеспечить доступ со стороны внешней ЭВМ к результатам преобразования

3.1.5 Обеспечить автоматический режим работы преобразователя

3.2 Условия эксплуатации

3.2.1 Кодоимпульсный АЦП «напряжение-код» следящего уравновешивания предназначен для эксплуатации в лабораторных условиях

Реферат

Аналого-цифровой преобразователь, цифро-аналоговый преобразователь, счетчик, компаратор, логическая микросхема, microcap 9.0

Предметом выполнения работы является кодоимпульсный аналоговый цифровой преобразователь.

Целью курсовой работы являлось выбор, проектирование и моделирование кодоимпульсного АЦП.

В процессе работы проводились расчеты на структурном уровне, выбор элементов электрической схемы, анализ метрологических характеристик, электрическое моделирование системы.

Основные технико-эксплуатационные показатели: время преобразования 1 с; диапазон входных напряжений (минус 10…0)В; входное сопротивление 100кОм; погрешность преобразования 1%.

Степень внедрения -- проектирование для учебных целей.

Эффективность определяется точностью преобразования напряжения в цифровой код.

Содержание

• Введение
• 1. Анализ современного состояния научно-технического уровня по тематике проектирования
• 2. Выбор и обоснование направления проектирования
• 3. Расчёт на структурном уровне
• 4. Выбор элементов электрической схемы
• 4.1 Входное устройство
• 4.2 Компаратор
• 4.3 ЦАП
• 4.4 Счетчик
• 4.5 Генератор тактовых импульсов
• 4.6 Регистр
• 4.7 Хранение и считывание данных
• 5. Электрическое моделирование схемы
• 6. Анализ метрологических характеристик
• Заключение
• Список использованных источников

Введение

Современный компьютер с успехом может заменить стандартные измерительные и регистрирующие приборы. Единственным ограничением на пути использования компьютера в области измерений и регистрации аналоговых сигналов является то, что компьютер не способен принимать аналоговые данные, так как является полностью цифровым устройством. Для решения этой проблемы существуют специальные устройства -- аналого-цифровые преобразователи.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) -- устройство, осуществляющее преобразование непрерывно изменяющегося аналогового сигнала в цифровой код.

В кодоимпульсном АЦП дискретизация происходит по величине напряжения.

1. Анализ современного состояния научно-технического уровня по тематике проектирования

Из обзора информационных материалов были выделены аналоги разрабатываемого устройства, которые выполняют схожие задачи. Схема поразрядного кодоимпульсного преобразователя представлена на рисунке 1 [1].

Генератор тактовых импульсов включает триггер циклов который, в свою очередь, запускает генератор сдвигающих импульсов и записывает в старший разряд РК «1», в остальные «0». Далее компаратор сравнивает входное напряжение с напряжением ЦАП и если оно больше оставляет единицу в РК, иначе переключает на «0».

Рисунок 1 -- Функциональная схема кодоимпульсного АЦП

Данный аналого-цифровой преобразователь обладает высокой точностью и скоростью преобразования.

Схема другого кодоимпульсного преобразователя представлена на рисунке 2 [2].

На вход устройства сравнения УС подаются преобразуемое напряжение постоянного тока U_x, и напряжение U_o с выхода преобразователя кода в напряжения (ПКН или ЦАП). В процессе работы устройства напряжение U_o изменяется, приближаясь к текущему значению U_x. Это происходит посредством генератора импульсов G; распределителя импульсов; набора триггеров; логических элементов И, ИЛИ. Количество триггеров и логических элементов определяется разрядностью кода. Для сброса состояния триггера перед началом преобразования и записи кода из ПКН в ЦОУ (цифровое отчетное устройство) по окончанию преобразования необходимо 2 импульса. Процесс преобразования в код происходит во времени от старшего разряда к младшему.

Рисунок 2 -- Функциональная схема кодоимпульсного АЦП

Данный АЦП схож с предыдущим аналогом, отличие в том, что он реализован без использования регистра.

Оба указанных устройства схожи и частично выполняют требования технического задания. Однако существует более подходящее под требования ТЗ устройство - кодоимпульсный преобразователь, реализующий следящее уравновешивание, представленный на рисунке 3 [3].

На вход входного устройства (ВУ) подается напряжение U_вx, и компенсирующее его опорное U₀ АЦП далее с помощью компараторов и схемы ИЛИ - И происходит определение режима изменения кода в зависимости от полярности входного сигнала. После этого сигнал подается на счетчик, который выполняет тактирование (по входу С). Далее используя ЦАП, сигнал преобразуется в напряжение и выводится для сравнения с заданным входным. Процесс повторяется снова. По истечению времени преобразования, из счетчика выводится на выход требуемое значение.

Рисунок 3 -- АЦП, реализующий следящее уравновешивание

В целом, за прототип можно принять кодоимпульсный АЦП (рисунок 3), реализующий следящее уравновешивание.

2. Выбор и обоснование направления проектирования

Для выполнения поставленной задачи на основе известных аналогов была разработана функциональная схема кодоимпульсного АЦП, представленная на рисунке 4.

Рисунок 4 -- Подробная функциональная схема АЦП

Основу схемы составляют реверсивный счётчик и цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). Цифровой код со счётчика поступает на ЦАП и преобразуется в аналоговый сигнал, пропорциональный коду, который подаётся на один из входов компаратора. На второй вход компаратора подаётся входное напряжение. Поскольку входное напряжение отрицательное, входной сигнал предварительно поступает на инвертирующий усилитель, который, кроме того, обеспечивает системе необходимое входное сопротивление.

Тактирование схемы осуществляется тактовым генератором. Импульсы тактового генератора поступают на счётчик через селектор импульсов. Если сигнал на управляющем входе селектора нулевой, то тактовые импульсы проходят на вход счёта на увеличение, в противном случае -- на вход счёта на уменьшение.

Если абсолютная величина сигнала на выходе ЦАП меньше абсолютной величины входного, то счётчик считает на увеличение, увеличивая тем самым напряжение на выходе ЦАП. Если сигнал на выходе ЦАП больше входного, то счётчик считает на уменьшение, уменьшая напряжение на выходе ЦАП. Следовательно, содержимое счётчика постоянно подстраивается так, чтобы выходное напряжение ЦАП примерно (с точностью до одного дискрета) соответствовало входному напряжению.

Код со счётчика подаётся на шинный формирователь, подключённый к шине данных внешней микропроцессорной системы. Шинный формирователь представляет собой набор буферных элементов с Z-состоянием на выходе и общим входом для включения/выключения Z-состояния.

Чтение данных с АЦП происходит в момент, когда микропроцессорная система выполняет команду чтение из порта ввода/вывода. В этот момент на линии «Чтение» устанавливается активный низкий уровень, который переводит буферные элементы из Z-состояния в активное состояние, в результате чего данные со счётчика АЦП выдаются на шину данных МП-системы, откуда считываются микропроцессором.

Преобразователь является следящим, так как содержимое счётчика постоянно подстраивается (с учётом масштаба код/напряжение) под напряжение на входе.

3. Расчёт на структурном уровне

Установим требования для узлов функциональной схемы (рисунок 4) в соответствии с техническим заданием. Для всякого преобразователя аналоговой величины в код расчет структуры начинается с определения числа уровней квантования или числа разрядов n ЦАП:

(1)

где -- максимальное значение входной величины;

- шаг квантования.

Разрядность ЦАП n определится как:

(2)

где а - основание системы счисления ЦАП.

Число разрядов округляется до ближайшего большего целого значения.

Опорная частота генератора импульсов находится из формулы:

(3)

где -- время преобразования;

-- количество импульсов за время

-- опорная частота генератора импульсов.

Суммарную погрешность устройства представим двумя составляющими:

 (4)

где - погрешность метода, реализуемого в устройстве (преобразования аналоговой величины в дискретную);

- инструментальная погрешность, обусловленная неидеальностью применённых функциональных узлов.

По техническому заданию погрешность преобразования не более 1 %. Для разделения суммарной погрешности на методическую и инструментальную, на основе знания возможностей и параметров современной функциональной и элементной базы электронных устройств распределим суммарную погрешность следующим образом:

= 0,6 %;

= 0,4 %.

Тогда ступень квантования находим по формуле:

(5)

Далее определим максимальное число уровней квантования по формуле(1):

Примем емкость счетчика N₀ равной количеству уровней квантования, округлённому с избытком до ближайшей степени двойки.

Отсюда разрядность счетчика найдется из соотношения (2):

Опорная частота генератора импульсов найдется из формулы (3):

Возможны два варианта:

1. Сопоставить диапазон входных напряжений 0…10 В с интервалом кодов 0…250. В этом случае 1 шаг ЦАП будет равен 10/250 = 0,039 В. Это не превышает 0,4 %.

2. Сопоставить диапазон входных напряжений 0…10 В с интервалом кодов 0…250. В этом случае 1 шаг ЦАП будет равен 10/250 = 0,04 В, а верхний предел выходного напряжения ЦАП будет 10,2 В.

В данном случае выбран второй вариант.

Чтобы иметь запас по времени преобразования, увеличим эту частоту до 300 Гц.

Входное напряжение устройства имеет отрицательную полярность и диапазон абсолютных величин напряжения от 0 до 10 В. Существуют цифро-аналоговые преобразователи (например К1108ПА2), обладающие тем же диапазоном выходных напряжений. Благодаря этому преобразование входного сигнала сводится к изменению его полярности. Это можно сделать с помощью операционного усилителя, включённого по схеме с инверсией, выбрав внешние элементы таким образом, чтобы коэффициент усиления составил минус 1.

Для обеспечения высокого входного сопротивления можно взять большое сопротивление резистора прямой связи (более 100 кОм), однако при этом входные токи могут оказаться достаточно малыми по отношению к токам утечки на входах ОУ, поэтому имеет смысл поставить на входе устройства отдельный повторитель напряжения на ОУ с полевыми транзисторами во входном каскаде.

Входное сопротивление устройства представляет собой параллельное соединение входного сопротивления ОУ и (если есть) сопротивления подключённых параллельно входу цепей. Входное сопротивление полупроводникового прибора -- величина, как правило, нестабильная, имеющая большой технологический разброс. Поэтому для обеспечения точного значения входного сопротивления целесообразно взять ОУ с большим входным сопротивлением (например, 10 МОм) и подключить параллельно входу сопротивление 100 кОм, которое и обеспечит точное значение входного сопротивления.

импульс преобразователь электрический

4. Выбор элементов электрической схемы

4.1 Входное устройство

Входное устройство выполняет две функции:

- обеспечивает заданное входное сопротивление схемы;

- инвертирует входной сигнал, чтобы сделать его пригодным для сравнения с выходным сигналов ЦАП, который имеет положительную полярность.

Схема входного устройства представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 -- Входное устройство

Первый каскад входного устройства на операционном усилителе (ОУ) DA1 представляет собой повторитель напряжения. ОУ с полевыми транзисторами на входе имеет входное сопротивление не менее 1 МОм. Включённое параллельно входу ОУ сопротивление R1 обеспечивает заданное входное сопротивление устройства. Второй каскад -- инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления минус 1. В качестве активного элемента берём ОУ K544УД1A [4,5]. Цоколёвка микросхемы показана на рисунке 6.

Назначение выводов: 1, 8 -- входы балансировки; 2 -- инвертирующий вход; 3 -- неинвертирующий вход; 4 -- положительный вывод источника питания; 6 -- выход; 7 -- отрицательный вывод источника питания



Рисунок 6 -- Цоколёвка микросхемы K544УД1A.

Микросхема имеет следующие характеристики (таблица 1). [5]

Таблица 1 - Электрические параметры ОУ K544УД1A

Номинальное напряжение питания	±15 В
Максимальное выходное напряжение	12 В
Максимальное напряжение смещения нуля	20 мВ
Входной ток не более	0,05 нА
Коэффициент усиления напряжения	более 100000
Температурный дрейф напряжения смещения нуля	30 мкВ/єС
Максимальное синфазное входное напряжение	±10 B
Входное сопротивление	1,5Ч1011 Ом
Выходное сопротивление	200 Ом
Минимальное сопротивление нагрузки	2 кОм

Резисторы R₂ и R₃ выбираем из соображений, чтобы входной ток операционного усилителя (0,05 нА) не вносил в измерительную схему ошибок более 0,1 % (т.е. 10 мВ).

Выбираем = 10 кОм.

Второй каскад входного устройства выполнен по схеме инвертирующего усилителя. Коэффициент передачи этого каскада должен быть равен минус 1. В общем виде коэффициент передачи этого каскада определяется формулой



Отсюда найдём :

= 10 кОм.

Погрешность входного устройства имеет две составляющих: падение напряжения, вызванного входным током ОУ на сопротивлении обратной связи, а также зависимость смещения нуля от температуры.

Погрешность, вызванная входным током ОУ:

Погрешность вызванная смещение нуля:

Обе составляющие ошибки аддитивные, поэтому

+

4.2 Компаратор

Элементная база компаратора представляет собой микросхему К521СА3 (рисунок 7). Это функционально законченное устройство, предназначенное для сравнения двух входящих сигналов [6] .

Рисунок 7 -- Компаратор К521СА3

Назначение выводов: 1 -- общий; 2-- прямой вход; 3-- инверсный вход; 4--источник питания отрицательной полярности; 5,6-- балансировка; 7-- выход; 8-- источник питания положительной полярности.

В таблице 2 приведены основные характеристики компаратора. [6]

Таблица 2 - Электрические параметры К521СА3

Параметр	Величина
Напряжение питания
Положительное	+15 В
Отрицательное	минус 15 В
Напряжение «1»	2,5-4 В
Напряжение «0»	0,3 В
Время задержки tЗд	300 нс
Напряжение смещения нуля	7,5 мВ
Коэффициент усиления Kу	>1,5•105
Ток потребления
От положительного	6 мА
От отрицательного	5 мА

Погрешность компаратора находится по формуле:

где -- напряжение смещения нуля,

-- максимальное входное напряжение.

Эта составляющая суммарной погрешности носит аддитивный характер.

4.3 ЦАП

В качестве ЦАП выбрана микросхема К1108ПА2, представленная на рисунке 8 [7] .

Рисунок 8 -- ЦАП К1108ПА2

Это 8-разрядный быстродействующий ЦАП представляет собой функционально законченное устройство, предназначенное для преобразования входного двоичного кода в опорное напряжение на выходе.

Назначение выводов:

1…8 - цифровые входы (D0…D7, D0 -- младший разряд); 9 -- строб записи цифрового кода во внутренний регистр ЦАП; 10 -- выбор кристалла; 11 -- источник питания +5…+15 В; 12 -- аналоговый общий провод; 13 - цифровой общий провод; 14, 15 - управляющие входы для выбора диапазона выходного напряжения (2,56 В или 10 В); 16 -- выходное напряжение.

В таблице 3 приведены основные параметры ЦАП.

Таблица 3 - Электрические параметры К1108ПА2

Параметр	Величина
Напряжение источника питания	+5…+15 В
Ток потребления	15 мА
Число разрядов	8
Время установленияtуст	2 мкс
Выходной ток Iвых	5 мА
Максимальное выходное напряжение Uвых.max	10 В
Нелинейность	0,25 %
Абсолютная погрешность преобразования в конечной точке шкалы	0,5 %
Источник опорного напряжения	внутренний
Опорное напряжение	2,56 В; 10 В

Так как ЦАП К1108ПА2 не требует для работы никаких внешних элементов, схема на рисунке 8 представляет собой типовую схему включения ЦАП.

4.4 Счетчик

Восьмиразрядный двоичный счетчик построен на основе двух четырехразрядных реверсивных счетчиков К1533ИЕ7. Схема счётчика приведена на рисунке 9 [8] .

Назначение выводов микросхемы К1533ИЕ7:

1, 9, 10, 15 -- входы данных для параллельной загрузки; 2, 3, 6, 7 -- выходы; 4, 5 -- тактовые входы для счёта на уменьшение и увеличение; 8 --общий; 11 -- строб параллельной установки; 12, 13 -- выходы каскадирования при счёте на увеличение и уменьшение; 14 -- вход асинхронного сброса; 16 -- напряжение питания.

В таблице 5 приведены основные параметры счетчика К1533ИЕ7. [8]

Таблица 5 - Электрические параметры К1533ИЕ7

Параметр	Величина
Напряжение источника питания Uпит	5 В
Ток потребления Iпот1,2	22 мА
Число разрядов	4
Время задержки от тактового входа к параллельному выходу	30 нс
Время задержки от тактового входа к выходу переноса	18 нс

Рисунок 9 - Реверсивный счётчик на микросхемах К1533ИЕ7

АЦП представляет собой схему слежения за входным напряжением.

Когда счетчик принимает значение 250, это значит, что входное напряжение достигло нижнего предельного значения (минус 10 В). В этой ситуации обнулять счётчик бессмысленно, так как значение 0 соответствует верхнему предельному значению входного напряжения (0 В).

По логике работы устройства, по достижении счётчиком значения 251 необходимо прекратить счёт на увеличение (то есть блокировать прохождение тактовых импульсов на вход «+1») и подать сигнал о превышении входным напряжением установленных пределов. Однако в техническом задании не оговорено, каким образом устройство должно реагировать на выход напряжения за установленные пределы, поэтому никаких дополнительных мер по отработке этой ситуации в данной работе не предусмотрено.

Так как входной сигнал устройства заведомо не превышает 10 В, то содержимое счётчика никогда не превысит 250, следовательно, никаких мер на случай, если счётчик превысит 250, предпринимать не нужно, можно использовать 8-разрядный двоичный счётчик без добавления каких-либо обратных связей.

4.5 Генератор тактовых импульсов

В основе генератора тактовых импульсов лежит мультивибратор на логической микросхеме КМОП (рисунок 10) [11].

В качестве логических элементов DD1.1 и DD1.2 выбираем микросхему К1554ЛА3, состоящую из 4 логических элемента 2И-НЕ.

В таблице 6 приведены основные параметры логического элемента К1554ЛА3 [7] .



Рисунок 10 -- Мультивибратор на логических элементах И-НЕ

Таблица 6 - Электрические параметры К1554ЛА3

Параметр	Величина
Напряжение питания Uп	3…5 В
Время задержки максимальное (при Uп = 5 В)	7 нс
Выходное напряжение низкого уровня	0,1 В
Выходное напряжение высокого уровня (при Uп = 5 В)	4,2 В

Частота генерации определяется цепочкой , [11].

(6)

Здесь измеряется в кОм, - в нФ, - в кГц.

Резистор предохраняет эту цепочку от шунтирования охранными диодами на входе DD1.1 в моменты переключений. Обычно выбирают Кроме того, рекомендуется соотношение между резисторами кОм.

Берём = 5 кОм, = 15 кОм, а найдем из (6):

Так как критичным является максимальное значение этой ёмкости (при большом её значении частота тактового генератора будет недостаточна, чтобы обеспечить необходимую скорость преобразования), то

Величину уменьшаем до ближайшего стандартного значения.

Тогда частота генератора составит

4.6 Регистр

Для хранения текущего показания счётчика и считывания данных в микропроцессорную систему применяется К1533ИР33, представленная на рисунке 11. Параметры данного шинного формирователя приведены в таблице 8 [8].

Назначение выводов: 1 -- вход разрешения Z-состояния; 2…9 --информационные входы; 10 -- общий; 11…19 -- информационные выходы; 20 -- напряжение питания.

Таблица 8 - Параметры шинного формирователя К1533АП5

Параметр	Величина
Напряжение источника питания	+5 В
Ток потребления при высоком уровне выходного напряжения Iпот1	17 мА
Ток потребления при низком уровне выходного напряжения Iпот2	20 мА
Ток потребления в состоянии «выключено» Iпот3	27 мА
Число разрядов	8
Время задержки распространения сигнала
- по входу D:	14 нс
- по входу Е:	20 нс
- при переходе в состояние «выключено»
- - из состояния высокого уровня:	30 нс
- - из состояния низкого уровня:	15 нс
- при переходе в состояние «включено»:	18 нс
Выходной ток Iвых	15…70 мА

Рисунок 11 -- Схема регистра К1533ИР33 с сигналами управления

4.7 Хранение и считывание данных

Для хранения данных в системе используется двоичный счётчик, изображённый на рисунке 9. Он одновременно обеспечивает инкрементирование и декрементирование данных в процессе отслеживания входного напряжения.

Для нормального взаимодействие устройства с микропроцессорной системой данные из счётчика по каждому тактовому импульсу CLK переписываются в регистр К1533ИР33 (рисунок 11).

Чтобы обеспечить неизменность данных в регистре в момент их считывания микропроцессором, входной сигнал RD (чтение) от микропроцессора, поступая на элемент DD6.1 блокирует прохождение сигнала CLK на тактовый вход регистра.

Регистр имеет вход разрешения Z-состояния на выходе. При подаче сигнала RD, выходы регистра переходят в активное состояние, выдавая информацию на шину данных микропроцессора.

5. Электрическое моделирование схемы

Моделирование схемы проводилось в пакете программ схемотехнического моделирования Micro-Cap 9.0. В качестве устройства для моделирования было предложено смоделировать входное устройство. В программе Micro-Cap была создана схема, показанная на рисунке 12.

Рисунок 12 - Электрическая схема для моделирования

Данная схема представляет собой буферный усилитель-инвертор на базе операционного усилителя К544УД1А. Используем стандартную модель этого ОУ, имеющуюся в пакете MicroCap 9.0. На данной схеме были использованы простейшие батареи V₃, V₂ для подачи напряжения питания ± 15 В. Батарея V₁ - в качестве входного напряжения.

Целью разработки входного буферного усилителя являлось получение коэффициента передачи, равного минус 1с начальной точкой характеристики (0,0). Для моделирования установим диапазон изменения входного сигнала от минус 10 В до 0 В, как это задано в техническом задании. Окно для настройки параметров графика передаточной функции показана на рисунке 13. Полученный в результате моделирования график передаточной функции изображён на рисунке 14.



Рисунок 13 -- Установки анализа по постоянному току

Рисунок 14 -- Передаточная характеристика усилителя

Числовые координаты точек графика получим, воспользовавшись сохранением графика в числовом виде: «Анализ по постоянному току DC > Свойства > Сохранить графики». Результаты показаны в таблице 9.

Таблица 9 - Результаты моделирования входного усилителя

Входное напряжение, В	Выходное напряжение, В	Отклонение, мВ
-10,0	10,003582590	3,582590
-9,5	9,503407314	3,407314
-9,0	9,003232683	3,232683
-8,5	8,503058689	3,058689
-8,0	8,002885328	2,885328
-7,5	7,502712591	2,712591
-7,0	7,002540474	2,540474
-6,5	6,502368969	2,368969
-6,0	6,002198071	2,198071
-5,5	5,502027775	2,027775
-5,0	5,001858074	1,858074
-4,5	4,501688962	1,688962
-4,0	4,001520434	1,520434
-3,5	3,501352484	1,352484
-3,0	3,001185107	1,185107
-2,5	2,501018297	1,018297
-2,0	2,000852050	0,852050
-1,5	1,500686359	0,686359
-1,0	1,000521219	0,521219
-0,5	0,500356625	0,356626
0,0	0,000192577	0,192574

График зависимости ошибки входного усилителя от входного напряжения показан на рисунке 16. Из рисунка можно заключить, что можно воспользоваться линейной моделью ошибки, то есть будем считать, что аддитивная ошибка равна ошибке в точке а остальная ошибка является мультипликативной. Тогда 3,4 мВ;.

Данные погрешности могут быть устранены настройками: -- путём балансировки входного каскада, -- путём подстройки сопротивления обратной связи R2.



Рисунок 15 -- Зависимость ошибки входного усилителя от входного напряжения

6. Анализ метрологических характеристик

Для подтверждения работоспособности проекта разработанного кодоимпульсного преобразователя компенсирующего напряжения определим его основные характеристики.

Диапазон входного напряжения, исходя из способа построения, рассчитан на напряжение до 10 В, что соответствует ТЗ.

Диапазон обеспечивается максимальным выходным напряжением применяемого ЦАП (минус 10 … 0 В), а также допустимыми входными напряжениями микросхем DA1, DA2 (минус 20 … +20 В).

Время преобразования задаётся тактовым генератором с частотой 410 Гц. При максимальном рассогласовании между входным напряжением и напряжением ЦАП, которое составляет 10 В (250 дискретов по 0,04 В), время устранения рассогласования составит 250/410 = 0,61 c, что соответствует требованиям ТЗ.

Входное напряжение схемы определяется сопротивлением R6, равным 100 кОм. Входное сопротивление операционного усилителя DA1, которое как минимум на 3 порядка выше этой величины, не оказывает на входное сопротивление существенного влияния.

С помощью шинного формирователя с возможностью переключения в Z-состояние обеспечивается согласование устройства с шинами ЭВМ и микропроцессорных систем.

Погрешность нелинейности данного устройства будет равна погрешности нелинейности ЦАП, так как остальные узлы не обладают данным видом погрешности.

= 0,25 %

Аддитивная составляющая погрешности данного устройства определяется по формуле

;

.

Мультипликативная составляющая погрешности данного устройства равна

.

По найденным погрешностям определим класс точности:

;

По найденным погрешностям определим класс точности. Для этого округлим полученные величины и в сторону увеличения до ближайшего класса точности по ГОСТ 8.401-80:

Класс точности -- 1/0,5.

Полная погрешность будет определяться по формуле (19):

Отсюда можно сделать вывод, что погрешность разработанного устройства не превышает оговоренную в техническом задании.

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта был разработан кодоимпульсный аналого-цифровой преобразователь, реализующий метод следящего уравновешивания. Устройство соответствует требованиям ТЗ, однако реальная погрешность превышает ожидаемую.

Был проведен анализ справочной литературы, в ходе которого были найдены аналоги и прототип, на основе которого и был разработан данный АЦП.

С помощью справочной литературы были найдены все требующиеся функциональные узлы устройства

С помощью ППП Micro-Cap 9 был проведен анализ одного из функциональных узлов -- входного устройства, -- подтвердивший подбора отдельных компонентов данного устройства.

Список использованных источников

1. Разработка электрических функциональных устройств: Методич. указания для курсового проектирования по курсу «Электротехника и электроника» / А.В. Никонов, Г.В. Никонова. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2005. - 66 с.

2. Никонов А.В. Методические аспекты построения измерительных устройств: Учеб. пособие. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2001. - 52 с.

3. Цифровые измерительные устройства/ Метод указания по лабораторным работам / Сост. А.В. Никонов. - Омск, 1995. - 16 с.

4. Интегральные микросхемы: Операционные усилители. Обзор. - М.: ДОДЭКА, 1994. - 48 с.

5. Интегральные микросхемы: Операционные усилители. Т. 1. - М.: Физматлит, 1993. - 240 с.

6. Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги. Серии К507-К543. Справочник. Т.4. - М.: ИП Радио Софт, 2001. - 576 с.

7. Кончаловский В.Ю. Цифровые измерительные устройства: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 304 с.

8. Александров К.К., Кузьмина Е.Г. Электрические чертежи и схемы. -- М.: Энергоатомиздат, 1990.

9. Основы метрологии и электрические измерения: Учеб. пособие для вузов/ Под ред. Е.М. Душина. - Л.: Энергоатомиздат, 1987. - 480 с.

10. Никонов А.В. Основные узлы цифровых измерительных устройств: Учеб. пособие. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2001. - 50 с.

11. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. М.: Радио и связь, 1987. - 352 с.

Размещено на Allbest.ru

...