Проектирование канала сбора аналоговых данных микропроцессорной системы (стр. 2 из 2)

Входное

и выходное сопротивления.

Напряжение источников питания.

При использовании фильтров Баттерворта неравномерность АЧХ в полосе пропускания задавать не требуется, т.к. она получается минимальной.

Скорость спада выберем порядка 12 дБ/октаву.

Фильтры Баттерворта, выполненные на ОУ, имеют

. В нашем случае зададимся . Исходя из этого, можно определить требования к максимальной величине входного напряжения:

Входное сопротивление выберем

, а выходное определим по формуле:

Напряжение источников питания выберем таким же, как и для устройства выборки и хранения.

Согласующий усилитель должен обладать номинальным коэффициентом усиления разностного сигнала не менее чем

Этот коэффициент изменяется в пределах

, т.е.

Коэффициент ослабления синфазной помехи должен быть не менее чем

Входное сопротивление

выберем из соотношения:

Выходное сопротивление согласующего усилителя

Напряжения источников питания выберем таким же, как и для остальных блоков аналогового тракта.

Выбор и обоснование структурной схемы управляющего тракта

Р

исунок 2. Структурная схема управляющего тракта.

Для генерации импульсов выборки используем генератор сигналов прямоугольной формы (Г1). С его выхода импульсы поступают на управляющий вход УВХ.

В соответствии с заданием на проект за время хранения АЦП должен обработать сигналы с выходов 4 датчиков. Для управления мультиплексором, выполняющим переключение между датчиками используем счетчик (СТ). Два первых выхода счетчика подключены к адресным входам мультиплексора. Для генерации импульсов на запуск АЦП используем генератор запускающийся по заднему фронту импульса выборки (Г2). Этот генератор за время хранения должен выработать 4 импульса длительностью

с интервалом .

Р
исунок 3. Временные диаграммы.

В соответствии с заданием на проект пуск АЦП должен происходить спустя время

после окончания импульса выборки. Для осуществления задержки используем генератор генерирующий импульс длительностью , по заднему фронту импульса от Г2,.

Расчет технических требований к функциональным узлам управляющего тракта

Для реализации узлов управляющего тракта наиболее удобно использовать микросхемы с технологией ТТЛ. Микросхемы на основе этой технологии имеют достаточное быстродействие, низкое энергопотребление и наиболее удобный (в данной ситуации) набор логических функций.

Согласно заданию на проект амплитуда импульсов пуска АЦП составляет 8¸12 В. По техническим данным напряжение логической единицы, микросхем ТТЛ не превышает 5 В, следовательно, потребуется согласование по напряжению импульса пуска АЦП.

Для реализации генераторов импульсов выборки и пуска АЦП используем генераторы импульсов прямоугольной формы на основе мультивибраторов. Для реализации генератора задержки используем схему задержки на мультивибраторах.

Для питания узлов управляющего тракта потребуется напряжение:

Для реализации согласующего усилителя (СУ) используем схему представленную на рисунке 4.

Р

исунок 4. Принципиальная схема согласующего усилителя

Расчет СУ начнем с выбора операционного усилителя (ОУ). Критериями выбора является возможность удовлетворения следующих неравенств:

Этим условиям удовлетворяет операционный усилитель К153УД2:

Для достижения наибольшего ослабления синфазной помехи коэффициент усиления первой ступени усиления на DA1, DA2 примем наибольшим, а коэффициент усиления разностного усилителя на DA3 примем равным единице. В этом случае резисторы R5¸R8 получаются одного номинала, что облегчает их подбор.

Расчет элементов схемы начнем с каскада на DA3.

Зададимся номиналами резисторов исходя из неравенства:

По паспортным данным

, отсюда примем .

Расчет каскадов DA1 и DA2 начнем с выбора суммарного сопротивления резисторов R1 и R2. Примем его равным

. Тогда номиналы резисторов R3 и R4 определим по формуле:

Зная требуемый минимальный коэффициент усиления согласующего усилителя

, рассчитаем максимальное суммарное сопротивление резисторов R1 и R2:

Исходя из максимального коэффициента усиления

, определим минимальное значение суммарного сопротивления резисторов R1 и R2.

Номинал резистора R1 определим из стандартного ряда, по ближайшему меньшему значению

.

Номинал резистора R2 определим по формуле:

Подберем ближайший номинал из стандартного ряда

.

Допуск на относительный разброс номиналов резисторов, определим по формуле:

Оценим напряжение ошибки на выходе каскада, обусловленной дрейфом напряжений смещений нуля и разностных входных токов.

Сравним напряжение ошибки с

Фильтр низких частот

Р
исунок 5. Фильтр низких частот

Устройство выборки-хранения

Р
исунок 6. Устройство выборки и хранения

Для обработки аналоговых сигналов на современном этапе характерны цифровые методы, в результате чего операционный усилитель вытесняется микропроцессорами, ставшими универсальными компонентами электронных конструкций. Тем не менее, специалисты по аналоговым схемам продолжают создавать микросхемы с более высокой степенью интеграции, предназначенные для универсальных подсистем. На базе АЦП, ЦАП, коммутаторов, схем выборки и хранения, операционных усилителей и других аналоговых элементов разрабатывают операционные узлы в виде БИС, способные обрабатывать аналоговую информацию без преобразования ее в цифровую форму.

Датчики, пожалуй, являются теми устройствами, в которых острее всего нуждаются производственные участки предприятий, особенно промышленные роботы.

В области преобразования данных основной движущей силой является стремление к повышению точности и быстродействию. Однако существенное значение начинают приобретать и новые факторы: сильный сдвиг в сторону технологии КМДП, разработка преобразователей специального назначения и использование новых методов преобразования, в том числе схем коррекции погрешностей.

Весьма сложную задачу представляет собой организация ввода-вывода информации. Это связано с огромным разнообразием периферийных устройств, которые необходимы в микро-ЭВМ.

Методические указания к курсовому проекту по курсу «Электронные цепи» по теме «Проектирование канала сбора аналоговых данных микропроцессорной системы» /Сост. А.В. Дорошков. – Сумы: СумГУ, 1991.

Фолкенберри Л. Применения операционных усилителей и линейных интегральных схем: Пер. с англ. – М.: Мир, 1985.

Микропроцессоры: В 3 кн. Кн 2. Средства сопряжения. Контролирующие и информационно-управляющие системы: Учеб. Для вузов / В.Д.Вернер, Н.В. Воробьев, А.В. Горячев и др.; Под ред. Л.Н. Преснухина. – М.: Высш. Шк., 1986.

Цифровые и аналоговые интегральные схемы: Справ. Пособие / С.В. Якубовский, Н.А. Барканов, Л.И. Ниссельсон и др.; Под ред. С.В. Якубовского. – 2-е изд., перераб. И доп. – М.: Радио и связь, 1985.

Ю.А. Мячин: 180 аналоговых микросхем (справочник) - М. Патриот, 1993.