Система телемеханіки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

Анотація

Вступ

Завдання на курсовий проект

1. Огляд та аналіз інформаційних джерел. Огляд сучасних систем

телемеханіки. Елементна база сучасних систем телемеханіки

2. Вибір та обґрунтування структурної схеми всієї системи

3. Розробка функціональної схеми передавального напівкомплекту

3.1 Вибір виду інтерполяції

3.2 Розрахунок параметрів аналого-цифрового перетворювача та вибір типу АЦП

3.3 Розрахунок параметрів завадостійкого коду

3.4 Побудова та робота функціональної схеми передавального напівкомплекту

4. Розробка принципової електричної схеми передавального напівкомплекту

4.1 Вибір елементної бази

4.2 Визначення повного функціонального складу схеми

4.3 Розрахунок основних параметрів схеми

4.4 Забезпечення завадозахищеності схеми

4.5 Побудова часових діаграм роботи схеми

Висновки

Джерела інформації

Додатки

Анотація

телемеханіка кодоімпульсний аналоговий цифровий перетворювач

В даній курсовій роботі розробляється передавальний напівкомплект кодоімпульсної системи телемеханіки. Була розроблена принципова електрична схема, розраховані основні її параметри, побудовані діаграми роботи.

Вступ

Телемеханіка - це галузь науки і техніки, що охоплює теорію і технічні засоби контролю і управління об'єктами на відстані з застосуванням спеціальних перетворювачів сигналів для ефективного використання каналів зв'язку.

Управління об'єктами забезпечується командною інформацією, направленою до об'єктів і включаючої в себе телеуправління, телерегулювання, контроль об'єктами - інформацією, направленою від об'єктів і включаючої телевимірювання, телесигналізацію і статистичну інформацію [1].

Специфічними особливостями телемеханіки є: віддаленість об'єктів контролю і управління; необхідність високої точності передачі вимірюваних величин; недопустимість великого запізнювання сигналів; висока надійність передачі команд управління; висока міра автоматизації процесів збору інформації.

Телемеханізація застосовується тоді, коли необхідно об'єднати роз'єднані або територіально розосереджені об'єкти управління в єдиний виробничий комплекс (наприклад, при управлінні газо- і нафтопроводом, енергосистемою), або коли присутність людини на об'єкті управління небажано (наприклад, в атомній промисловості, на хімічних підприємствах) або неможливо (наприклад, при управлінні непілотованою ракетою). Впровадження телемеханічних систем дозволяє скоротити чисельність обслуговуючого персоналу, зменшує простої устаткування, звільняє людину від роботи в шкідливих для здоров'я умовах. Особливе значення телемеханіка набуває у зв'язку із створенням автоматизованих систем управління. Обробка даних, отриманих по каналах телемеханіки, на ЕОМ дозволяє значно поліпшити контроль за технологічним процесом і спростити управління. Тому в даний час замість поняття "телемеханіка" все частіше і частіше використовується скорочення АСУТП -- автоматизована система управління технологічним процесом. Сучасна система телемеханіки також немислима без комп'ютера, тому можна сказати, що телемеханіка і АСУТП -- близнята-брати. Різниця між цими поняттями уловлюється лише за часом появи і за традицією використання. Наприклад, в енергетиці вважають за краще використовувати слово телемеханіка, на промислових підприємствах -- АСУТП.

У сучасній системі телемеханіки велика увага приділяється програмному забезпеченню системи і інтеграції з системами, що діють, і програмними комплексами. Стандартом стало графічне представлення схем контрольованого процесу (мнемосхем) з "живим" відображенням поточного стану, управління об'єктом з кадрів мнемосхем.

У програмному забезпеченні спостерігається тенденція до стандартизації програмних інтерфейсів систем збору даних і оброблювальних програм (технологія OPC), зростає потреба експорту зібраних даних в спеціалізовані програми (розрахунку режимів, планерування, аналітичні, АРМ фахівців). В умовах ускладнення систем підвищується роль засобів діагностики і відладки. З технічного боку в системах все частіше використовуються сучасні швидкісні канали зв'язку (оптоволокно, Ethernet) і безпровідні технології (наприклад, транкинговая і стільниковий зв'язок). В той же час зберігається потреба стиковки з морально (а інколи і фізично) застарілими "успадкованими" системами, із збереженням їх протоколів зв'язку. На контрольованих об'єктах все частіше виникає необхідність стиковки з локальними технологічними системами.

Поряд з ускладненням самих систем і їх програмного забезпечення спостерігається зміна вимог до функцій, що реалізовуються. До традиційних функцій телемеханіки (телесигналізація, телевимірювання, телекерування) додаються функції енергообліку, транспорту даних з локальних автоматичних приладів. До звичайних функцій контролю за зміною стану і перевищення граничних значень додаються можливості поточних розрахунків і логічного аналізу (наприклад, балансні розрахунки) [4].

Завдання на курсовий проект

Вихідні дані:

1. Кількість каналів телевимірювань .

2. Характеристики вхідних сигналів для всіх каналів:

2.1. смуга частот ;

2.2. діапазон зміни величини вхідного сигналу .

3. Спосіб ущільнення лінії зв'язку часовий.

4. Зворотній канал відсутній.

5. Основна зведена похибка, що породжується аналого-цифровим перетворенням та відновленням сигналу за його відліками не повинна перевищувати .

6. Вимоги до завадостійкого коду: код повинен забезпечувати виправлення всіх однократних помилок.

6.1. кодова комбінація для кожного відліку сигналу повинна містити: № датчика, значення вимірюваної величини, перевірочні символи;

6.2. вид завадостійкого коду - Бауера (інверсний).

7. Параметри двійкового каналу:

7.1. Ймовірність помилки при прийомі двійкового символу ;

7.2. показник групування помилок .

1. Огляд та аналіз інформаційних джерел. Огляд сучасних систем телемеханіки. Елементна база сучасних систем телемеханіки

Термін телемеханіка походить від двох грецьких слів: tele - відстань, mechanica - механіка. Він був введений в 1905 р. французьким вченим Бранлі. Початку цей термін використовувався для області науки і техніки керування на відстані механізмами і машинами. Телемеханіка - область науки і техніки контролю та управління на відстані шляхом передачі по каналам зв'язку команд управління і повідомлень про стан об'єктів [4].

Телемеханіка застосовується в першу чергу в тих галузях, де необхідно об'єднати територіально віддалені об'єкти в єдиний виробничий комплекс з централізованим контролем та управлінням. Такі задачі виникають в енергосистемах, на нафтопромислах, трубопроводах, крупних заводах, шахтах, транспорті і т.д. Області застосування телемеханіки продовжують розширюватись [4].

Окрім телемеханіки є ряд галузей техніки, що займаються передачею інформації, - телеграф, телефон, телебачення і т. д. Хоча наукові основи всіх методів і засобів передачі інформації, в тому числі телемеханіки, базуються на загальній теорії зв'язку і теорії інформації, промислова телемеханіка має специфічні особливості, що відрізняються від телеграфу, телефону, телебачення та інших засобів зв'язку. Перерахуємо ці особливості:

1) необхідність великої точності передачі інформації телевимірювання (до 0,05 );

2) недопускання великого запізнення в передачі інформації при управлінні, так як велика затримка повідомлень, що передаються в телемеханіці в ряді випадків може викликати аварію;

3) необхідність високої надійності в передачі команд, так як помилки при передачі команд можуть привести до аварії. Звідси - вимога до високої достовірності інформації. Так в управлінні допустима ймовірність виникнення хибної команди порядку , що набагато вище вимог до достовірної передачі в інших видах зв'язку;

4) відміна вхідних і вихідних пристроїв від таких же пристроїв в системах зв'язку. Джерелами інформації в пристроях телемеханіки є датчики, ключі, а в системах зв'язку - мікрофон, іконоскоп і т. д. На виході в пристроях телемеханіки застосовуються сигналізатори, пристрої, реле, а в системах зв'язку - телефон, гучномовець, кінескоп і т.д.;

5) централізованість передачі інформації. В телемеханіці передача інформації, як правило, здійснюється від об'єктів, які можуть бути розосереджені, в якийсь один пункт управління (до диспетчера або обчислювальної машини) і, навпаки, із одного пункту управління до багатьох об'єктів [1].

Частиною вимірювальної техніки і телемеханіки є телевимірювання. Телевимірювання визначається як область автоматичних вимірювань на відстані через канали зв'язку (без безпосередньої участі людини в процесі телевимірювання).

Відповідно системою телевимірювання називається сукупність пристроїв на передавальній і прийомній сторонах і каналу зв'язку для автоматичного вимірювання одного або ряду параметрів на відстані [4].

В телевимірюванні, як області вимірювань, застосовуються багато методів і технічних засобів, які характерні для технічних вимірювань.

1. Первинний відбір інформації завжди здійснюється первинними перетворювачами, які автоматично перетворюють параметри, що вимірюються, в один із уніфікованих параметрів (напруга, струм, опір і т. д.).

2. Широко застосовуються різні методи зменшення похибок і відображення вимірюваного параметра у вигляді, зручному для сприйняття людиною, реєстрації та вводу в ЕОМ. До цих методів відносяться методи порівняння з мірою, масштабування, лінеаризація шкали та ін.

3. Перетворювачі, що використовуються в процесі телевимірювання, повинні мати стабільний коефіцієнт передачі, тобто невелику, зазвичай нормовану похибку.

Системи телевимірювання можна класифікувати за різними ознаками. Найбільш поширена класифікація по параметру, тобто методам, з допомогою яких передається значення вимірюваної величини (рис. 1.1). При такій класифікації системи телевимірювання діляться на імпульсні і частотні. Спільною для цих груп є частотно-імпульсна система [4].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.1.

Всі ці системи можуть бути одноканальними, коли по одній лінії зв'язку передається лише одне вимірювання, і багатоканальними, коли по одній лінії зв'язку передається багато вимірювань. Багатоканальність досягається тими ж методами, що і в телеуправлінні, тобто з допомогою частотного і часового способів розділення сигналів. Багатоканальна система дозволяє вести нагляд за показниками багатьох вимірюваних величин одночасно на відміну від систем, що використовують телевимірювання по виклику, в яких нагляд показників різних об'єктів телевимірювання відбувається почергово.

За методами відтворення величини, що вимірюється, системи телевимірювання розподіляють на аналогові і цифрові.

В кодоімпульсних системах (КІС) величина, що вимірюється передається у вигляді певної комбінації імпульсів (коду). Попередньо вона квантується по рівню і по часу. Далі здійснюється кодоімпульсна модуляція (КІМ).

Кодоімпульсні системи мають ряд переваг в порівняння з іншими системами телевимірювання. Головними з них є:

1) велика завадостійкість і, як наслідок цього, можливість передачі телевимірювання на великі відстані, особливо при використанні завадозахищених кодів;

2) велика точність телевимірювання. Похибка в кодоімпульсних системах виникає при перетворенні вимірюваної величини в код. Точність перетворювачів, які перетворюють величини, що вимірюються в код, може бути менша 0,1 %, тобто вища за точність інших телевимірюючих систем, яка лежить в межах 0,5 - 1,5 %;

3) найкраще використання каналу зв'язку у випадку застосування спеціальних кодів, статистично узгодженими з повідомленнями, що передаються;

4) отримання інформації в цифровій формі, що дозволяє:

а) без складних перетворень вводити інформацію в цифрові обчислювальні машини і пристрої обробки даних;

б) здійснювати цифрову індикацію показників, яка забезпечує меншу похибку при зчитуванні і простоту цифрової реєстрації даних.

Проте кодоімпульсні системи значно складніші інших пристроїв телевимірювання. Тому їх вигідно використовувати тільки в багатоканальному виконанні.

До 50-х років телемеханічні пристрої будувались в основному на електромеханічних реле і електронних лампах з використанням багатопровідних ліній зв'язку. Отримана апаратура була громіздкою, з низькою швидкодією та не дуже надійною. На початку 50-х років в зв'язку з розвитком безконтактних елементів (напівпровідникових пристроїв, магнітних елементів з прямокутною петлею гістерезису, ламп з холодним катодом і т. д.) почалися серйозні теоретичні дослідження і практичні роботи по їх використанню в телемеханіці. Це не була автоматична заміна старих елементів новими. Нові елементи потребували нових ідей в конструюванні апаратури і довгих досліджень. В результаті було розроблено багато оригінальних безконтактних телемеханічних пристроїв. В СССР існував ряд заводів, що спеціалізувались на серійному виготовленні телемеханічної апаратури, яка випускалась в основному на інтегральних мікросхемах. В наш час виготовляють системи телемеханіки з використанням мікропроцесорів і мікро-ЕОМ [4].

2. Вибір та обґрунтування структурної схеми всієї системи

В кодоімпульсних пристроях телевимірювання перетворення сигналів в цифрову форму здійснюється на передавальній стороні перетворювачем аналог-цифра (аналого-цифровий перетворювач - АЦП), а в каналі зв'язку передаються імпульсно-кодові сигнали в вигляді кодових комбінацій.

Структурна схема передавального пристрою кодоімпульсної системи наведена в додатку 1. Вимірювана величина х перетворюється в первинному перетворювачі ПП в уніфікований параметр z (зазвичай струм або напруга) і подається на аналого-цифровий перетворювач - АЦП. На виході АЦП отримуємо двійковий, двійково-десятковий або, рідше, який-небудь інший паралельний цифровий код. Для передачі по каналу зв'язку паралельний код перетворюється в послідовний в перетворювачі Пр-Пс зазвичай шляхом послідовного зчитування кодових комбінацій з елементів пам'яті або продвигання регістра з заданою швидкістю з записаним кодом.

В формувачі кодових сигналів ФКС здійснюється формування серії відеоімпульсних кодових сигналів для передачі їх в канал зв'язку. З цією метою на початку кодової комбінації додається синхронізуючий сигнал і код адреси, а при необхідності підвищення завадостійкості до інформаційної кодової комбінації додаються контрольні розряди у відповідності з вибраним завадостійким кодом. Синхронізуючий сигнал у вигляді одиночного подовженого імпульса або спеціальної кодової комбінації розміщується перед початком кодової комбінації. Управління послідовністю дій вузлів здійснюється вузлом управління ВУ, а швидкість роботи, тобто частота послідовності імпульсів, задається генератором тактових імпульсів ГТІ. На вхід модулятора подаються кодові відеоімпульсні сигнали. В модуляторі вони перетворюються в радіоімпульсні кодові сигнали для узгодження з каналом зв'язку за пропускаючими частотами.

Структурна схема прийомного кодоімпульсного пристрою наведена в додатку 1. Лінійний вузол ЛВ демодулює радіоімпульси, що приймаються із канала зв'язку, формує і відновлює послідовність кодових відеоімпульсів, які можуть бути спотворені завадами. Він здійснює поелементний прийом імпульсів. З виходу перетворювача послідовного коду в паралельний Пс-Прподається комбінація паралельного кода на вхід вузла захисту кодів, який перевіряє коди і забороняє проходження або видає на свій вихід прийняту інформаційну кодову комбінацію. Цифро-аналоговий перетворювач ЦАП перетворює інформаційну кодову комбінацію в струм або напругу, що подаються на вихідний аналоговий пристрій ВП. В перетворювачі кодів ПК код, прийнятий із канала зв'язку, перетворюється в код, що поступає на цифровий індикатор ЦІ (десятковий або інший) або цифродрукуючу машинку.

Послідовність дій вузлів (алгоритм) задається вузлом управління ВУ, а швидкість роботи (частота імпульсів) - генератором тактових імпульсів ГТІ. На відміну від передавального пристрою тут ГТІ працює неавтономно, а синхронізується і синфазується тактовими імпульсами, що подаються з виходу виділювача тактових імпульсів ВТІ. Реалізація алгоритму прийома кодових комбінацій, що задаються ВУ, починається після прийому синхронізуючого сигналу, який подається на вхід вузла управління з виходу виділювача синхроімпульса (циклова синхронізація).

3. Розробка функціональної схеми передавального напівкомплекту

3.1 Вибір виду інтерполяції

На прийомній стороні принята квантована функція в своєму початковому вигляді зазвичай не відновлюється, хоча в принципі це можливо шляхом ступінчатої, лінійної або більш складної інтерполяції. Відновлення сигналу виконується або за допомогою фільтра нижніх частот, або за допомогою обчислень, що використовують один із методів інтерполяції. Найбільш просто реалізується поліноміальна інтерполяція, що основана на побудові алгебраїчного полінома, що проходить через відліки сигналу. При використанні таких поліномів розрізняють ступінчату, лінійну, квадратичну інтерполяцію або інтерполяцію 0, 1, 2 порядку. У випадку ступінчатої інтерполяції неперервний сигнал відновлюється з допомогою відрізків горизонтальних ліній, довжина яких рівна періоду дискретизації. В результаті сигнал заміняється ступінчатим. При лінійній інтерполяції сигнал відновлюється з допомогою відрізків прямих, що з'яднують сусідні точки. При квадратичній інтерполяції сигнал заміняється параболами. Можна застосовувати інтерполяцію більш високих порядків, проте це не раціонально, оскільки похибка буде змінюватись незначною мірою, на відміну від апаратних затрат. Таким чином, будемо використовувати лінійну інтерполяцію, оскільки сигнал буде відновлюватись достатньо точно при оптимальних апаратних затратах.

3.2 Розрахунок параметрів аналого-цифрового перетворювача та вибір типу АЦП

Результуюча зведена похибка визначається за наступною формулою:

, де

- похибка дискретизації;

- похибка квантування;

- похибка вибірки;

- інструментальна похибка.

Результуючу похибку розподілимо порівну по всім складовим:

Похибка дискретизації для сигналів, у яких спектральна густина близька до прямокутної і обмежена частотою звязяна з періодом дискретизації для лінійної інтерполяції наступним чином:

Оскільки за період дискретизації АЦП повинен виконувати 2 перетворення, його час перетворення має задовольняти умову:

Похибка вибірки звязана з часом вибірки наступним чином:

Звідси:

Таким чином в складі АЦП має бути пристрій вибірки і зберігання, час вибірки якого не має перевищувати . При відсутності такого пристрою час перетворення АЦП не має перевищувати .

Похибка квантування при умові, що квантування здійснюється округленням до найближчого рівня і шкала квантування рівномірна, визначається наступним чином:

, де - кількість рівнів квантування

Звідси:

Звідси визначимо розрядність АЦП:

На основі розрахованих параметрів обираємо 8-розрядний АЦП К572ПВ3. Мікросхема являє собою сумісний з МП АЦП послідовних наближень, виготовлений за технологією КМОП. АЦП має наступні характеристики:

- число розрядів - 8;

- час перетворення - 7,5 мкс.

3.3 Розрахунок параметрів завадостійкого коду

Згідно з заданим варіантом необхідно використати для забезпечення завадостійкості код Бауера (інверсний код). В такому коді для для збільшення завадостійкості до вихідної n-розрядної комбінації за певним правилом додають ще n розрядів. В результаті в лінію посилається подвійне число символів. Правило утворення коду наступне: якщо вихідна кодова комбінація містить парне число одиниць, то комбінація, що додається, повторює вихідну, якщо непарне, то в комбінація інвертується по відношенню до вихідної. Приклади складання комбінацій інверсного кода із комбінацій звичайного семирозрядного двійкового кода представлені в таблиці 3.1.

Таблиця 3.1

Інформаційні cимволи k	Контрольні cимволи m	Інверсний код n=k+m
1110001 1111101 1111111 1111100	1110001 1111101 0000000 0000011	11100011110001 11111011111101 11111110000000 11111000000011

Прийом інверсного кода здійснюється в два етапа. На першому етапі сумуються одиниці в першій (основній) групі символів k. Якщо прийняте число інформаційних символів k парне, то контрольні символи m приймаються без змін, якщо непарне, то символи m інвертуються. На другому етапі контрольні символи m порівнюються з символами k і при наявності хоча б одного неспівпадіння вся передана комбінація n=m+k елементів бракується. Це поелементне порівняння еквівалентне сумуванню по модулю 2. При відсутності помилок в обох групах символів їх сума рівна нулю.

Нехай передана перша кодова комбінація із табл. 3.1. Нижче показано сумування трьох варіантів прийому переданої комбінації:

1) 1110001 2) 1100001 3) 1110001

1110001 0001110 1111001

0000000 1101111 0001000

В першому варіанті спотворень немає і число одиниць в символах парне, тому відбувається сумування по модулю 2 з неінвертованими символами m, що в результаті дає нульову суму. В другому варіанті число символів k непарне, тобто символи m інвертовані. В третьому варіанті спотворення виникло в четвертому розряді групи m. Таким чином, із трьох варіантів лише перший виявився без спотворень, а другий і третій повинні бути забраковані через наявність неспівпадання в групах символів m і k.

Розрахуємо кількість інформаційних символів та довжину кодової комбінації.

Кількість інформаційних сисмволів буде дорівнювати сумі кількості розрядів АЦП і кількості бітів для задання номера датчика. Розрядність АЦП, згідно з розрахунками, проведеними у попередньому пункті - 8. Оскільки маємо 6 датчиків, то для задання їх кількості необхідно мати 3 біта. Отже, k = 8 + 3 = 11.

Довжина кодової комбінації буде вдвічі більшою: n = 22.

3.4 Побудова та робота функціональної схеми передавального напівкомплекту

Функціональна схема передавального напівкомплекту наведена в додатку 2.

Сигнал, який передається від датчиків комутується за допомогою комутатора, який повинен мати не менше 6 аналогових входів. Оскільки вхідний сигнал змінюється в межах від -10 В до +10 В, то для узгодженості роботи з АЦП, для якого ці межі -5…+5В, будемо використовувати підсилювач, який повинен мати коефіцієнт підсилення 0,5. У якості підсилювача будемо використовувати операційний підсилювач, структурна схема якого зображена на рис. 3.1.

Рис. 3.1



Нехай . Тоді .

Скомутований аналоговий сигнал перередається на 8-розрядний АЦП, де перетворюється в цифровий. Отримана на виході АЦП інформація кодується за допомогою кодера наступним чином: за допогогою логічних елементів ВИКЛЮЧНЕ АБО і контролера парності підраховується кількість одиниць в інформаційній частині коду. Якщо кількість одиниць буде парна, то на виході елемента виключне або отримаємо «0», якщо непарна - «1». Далі, використовуючи знову елементи виключне або, формуємо перевірочну частину коду. Після отримання перевірочних символів сформована кодова комбінація відпраляється на вихідний регістр, після чого в лінію зв'язку.

4. Розробка принципової електричної схеми передавального напівкомплекту

4.1 Вибір елементної бази

В процесі розвитку інтегральної електроніки виділилося декілька типів схем логічних елементів, що мають досить хороші характеристики і зручних для реалізації в інтегрального виконання, які служать елементною базою сучасних цифрових мікросхем. Базові елементи, незалежно від їх мікросхемотехніки і особливостей технологій виготовлення, будуються в одному з базисів (як правило, в базисі АБО-НЕ). Базові елементи випускаються у вигляді окремих мікросхем, або входять в склад функціональних вузлів і блоків, реалізованих у вигляді СИС, БІС, СБІС. В процесі реалізації базові логічні елементи будують з двох частин: вхідної логіки, що виконує операції І або АБО, і вихідного каскаду, що виконує операцію НЕ. Вхідна логіка може бути виконана на діодах, біполярних і польових транзисторах. Залежно від цього розрізняють:

- транзисторно-транзисторну логіку (ТТЛ), (ТТЛШ);

- інтегральну інжекційну логіку (І2Л);

- логіку на МДП-транзісторах (МДП);

- МОП-транзисторна логіка на транзисторах комплементу (КМОП-логіка).

У перерахованих групах логічних елементів як вихідний каскад використовується ключова схема (інвертор). Інша група логічних елементів заснована на перемикачах струму - емітерно-зв'язана логіка (ЕЗЛ-логіка).

Транзисторно-транзисторна логіка (ТТЛ). Основою транзисторно-транзисторної логіки є базовий елемент на основі багатоемітерного транзистора.

В кінці 70-х років почалося широке використання серій елементів на транзисторах Шотки з підвищеною швидкодією за рахунок зменшення затримки виключення ключів. За принципом дії базовий елемент ТТЛШ аналогічний ТТЛ-елементу. Схеми І2Л не мають аналогів в дискретних транзисторних схемах, тобто характерні саме для інтегрального виконання. Основою І2Л елементів є інвертор, складений з двох транзисторів. У серіях ІС невисокій мірі інтеграції логіка І2Л не ефективна із-за низького логічного перепаду, рівного 0,65 В, і тому, низькій завадостійкості. Крім того, по швидкодії, унаслідок глибокого насичення транзисторів інвертора, І2Л-елементи поступаються ТТЛШ-елементам.

Логічні елементи на МДП-транзисторах. В даний час в логічних схемах використовуються МДП-транзисторі з діелектриком SiО2 (МОП-ТРАНЗИСТОР). Аналіз МОП-транзисторних логічних елементів досить простий, оскільки через відсутність вхідних струмів їх можна розглядати окремо від інших елементів навіть при роботі в ланцюжку. Напругу живлення Ec МОП-логіки вибирають в 3.4 разу більше порогової напруги Uo відкриття транзисторів. Якщо Uo = 1,5 . 3В, то отримуваний логічний перепад в 5…10В набагато перевищує значення, властиві схемам І2Л, ЕЗЛ і навіть ТТЛ (при напрузі живлення 4…5В). Тому МОП-логіка володіє підвищеною завадостійкістю. Вищою швидкодією і низьким енергоспоживанням характеризується логіка на комплементарних транзисторах унаслідок причин, розглянутих раніше. За принципом дії і схемотехнікою КМОП-логіка дуже близька МОП-логіці.

Емітерно-зв'язана логіка (ЕЗЛ). В основі схеми ЕЗЛ лежить перемикач струму, в одне з плечей якого включено паралельно декілька транзисторів. Ці транзистори рівноправні - відмикання будь-якого з них (або всіх разом) приводить до зміни логічного стану перемикача. Тому ЕЗЛ-елементі виконують логічну функцію АБО-НЕ.

Обираючм елементну базу, необхідно звернути увагу на наступні параметри: швидкодія, потужність, що споживається, діапазон робочих температур, надійність. Найбільш оптимальні характеристики має елемента база з техологією виготовлення КМОП, яка має:

- низьку потужність, що споживається;

- широкий діапазон робочих температур: - 40…+85⁰ С;

- середня швидкодія;

- невисока швидкість передачі даних.

Тому, для реалізації принципової електричної схеми будемо використовувати елементи серії КМОП.

4.2 Визначення повного функціонального складу схеми

В якості комутатора використовуємо елемент К590КН1. Скомутований сигнал подаємо на підсилювач, після чого на 8-розрядний АЦП К572ПВ3. Для формування перевірочних символів використовуємо 2-входові елементи ВИКЛЮЧНЕ АБО типу К564ЛП2 та контролер парності К564ИП6В. Сформована кодова комбінація подається на вихідні регістри К564ИР6 паралельно, знімається послідовно, і подається у лінію зв'язку. Робота регістрів і комутатора регулюється вузлом управління, який складається з лічильника К564ИЕ5, дешифратора К1564ИД3 та тригера К564ТМ2. Для нарощування розрядності дешифратора використали ще один дешифратор такого ж типу.

Виводи мікосхем, які не позначені на принциповій схемі опишимо у вигляді таблиці 4.1:

Таблиця 4.1.

Позиційне позначення	№ вивода	Потенціал
DD2, DD3, DD11, DD13, DD14	12	0 B
DD2, DD3, DD11, DD13, DD14	24	+5 B
DD5, DD6, DD8 - DD10	7	0 B
DD4, DD8 - DD21	14	+5 B

4.3 Розрахунок основних параметрів схеми

Розрахуємо ймовірнісні характеристики.

Ймовірність правильного прийому кодової комбінації:

Ймовірність помилкового прийому кодової комбінації:

Розрахуємо потужність споживання схеми.

Результати представимо у вигляді таблиці 4.2:

Позиційне позначення	Потужність, мВт
DA1	200
DA2	300
DD1	25
DD2, DD3	200
DD4	300
DD5, DD8, DD9 - DD10	300
DD6	300
DD7	300
DD11, DD13, DD14	300
DD12	300
R1 - R8	125
Всього:	5225

Таким чином, потужність споживання схеми Р = 5.23 Вт.

4.4 Забезпечення завадозахищеності схеми

Для попередження появи наводок повинна бути забезпечене екранування входів і виходів мікросхем і передбачені ємності розв'язки по ланцюгам живлення. При комутації напруга живлення не допускається наявність на будь-якому із входів напруги, яка перевищує інтервал значень напруг на виводах живлення більше ніж на 1 В. Обрив одного із виводів живлення приводить до появи на ньому напруги, яка рівна напрузі на іншому виводі живлення. Для виконання указаної умови допускається включати послідовно з кожним із виходів резистор, опір якого не менше 1 кОм.

Для попередження проходження по ланцюгам живлення імпульсів і наводок, що призводять до перевищення гранично допустимих параметрів, рекомендується застосовувати параметричні стабілізатори напруги живленя або підключати між виводами живлення і спільним виводом стабілітрони з напругою стабілізації вище U_Ж на 3…5 В.

4.5 Побудова часових діаграм роботи схеми

Для побудови часових діаграм розглянемо приклад. Нехай на виході АЦП від третього датчика отримали наступну комбінацію: 11100011. Тоді, часові діаграми роботи схеми будуть мати вигляд, зображений в додатку 5.

Висновки

В результі виконання курсового проекту був розроблений передавальний напівкомплект кодоімпульсної системи телемеханіки, розроблена його структурна, функціональна і принципова схема, побудовані часові діаграми роботи. Для забезпечення завадостійкості був використаний код Бауера, який забезпечив досить високу ймовірність правильної передачі даних. Таким чином в курсовому проекті було виконано задані в технічному завданні умови.

Джерела інформації

1. Тутевич В.Н. Телемеханика. - М.: Высш. школа, 1985. - 423 с.

2. Пшеничников А. М., Портнов М. Л. Телемеханические системы на интегральных микросхемах. - М.: Энергия, 1977. - 296 с.

3. Б.Г. Федорков, В.А. Телец. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение. - М.; Энергоатомиздат, 1990.

4. Ильин В. А. Телеуправление и телеизмерение. - М.: Энергоиздат, 1982. - 560 с.

5. Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник. Т. 5. - М.: КубК-а, 1997. 608 с.: ил.

6. Щербаков В.И. Электронные схемы на операционных усилителях: Справочник. -Киев: Техника, 1983. -218 с.

7. Резисторы: Справочник. /Под ред. И. И. Четверткова и В.Ф. Смирнова. - М.: Радио и связь, 1983. -516 с.

8. Конденсаторы: Справочник Под ред. И.И. Четверткова. - М.: Энергоиздат, 1981 -352 с.

Додатки

Розробка кодоімпульсної системи телевимірювання

Размещено на http://www.allbest.ru/

Структурна схема передавального та прийомного кодоімпульсних пристроїв

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Функціональна схема передавального напівкомплекту

Размещено на www.allbest.ru/