Проектирование и расчет аналого-цифрового преобразователя (АЦП) с накоплением (АЦП счета)
Расчет тактовой частоты, параметров электронной цепи. Определение ошибки преобразования. Выбор резисторов, триггера, счетчика, генераторов, формирователя импульсов, компаратора. Разработка полной принципиальной схемы аналого-цифрового преобразователя.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 23.12.2014 |
| Размер файла | 405,1 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/
Техническое задание
Таблица 1. Спроектировать и рассчитать аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с накоплением (АЦП счета), имеющий следующие характеристики:
|
Вариант |
Входной сигнал |
Выходной сигнал |
Кол-во разрядов |
Максимальное время преобразования |
Индикация |
|
|
3-2 |
0+10В |
Двоичный |
10 |
20 мс |
нет |
1. Рассчитать тактовую частоту.
2. Определить ошибку преобразования.
3. Разработать полную принципиальную схему АЦП.
4. Построить графики.
Введение
Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) - устройства, преобразующие входные аналоговые сигналы в соответствующие им цифровые сигналы.
АЦП делятся на последовательные, параллельные и последовательно-параллельные. Последовательные АЦП можно разделить на АЦП счета и АЦП сравнения (поразрядного кодирования). Спроектируем и рассчитаем АЦП счета
Принцип работы АЦП состоит в сравнении входного напряжения , подаваемого на один из входов компаратора, с последовательно нарастающим эталонным напряжением , представляющий собой сумму квантов , которые определяют погрешность преобразования. Ступенчатое напряжение формируется с помощью счетчика и ЦАП. Счетчик последовательно изменяет свое состояние, начиная с момента обнуления , соответствующего началу операции преобразования. Через k шагов в момент времени совпадения эталонного напряжения с входным напряжением (с точностью до уровня квантования ) схема сравнения (компаратор) вырабатывает импульс, останавливающий счетчик путем подачи запирающего сигнала с триггера на схему совпадения, пропускающую на счетчик импульсы тактового генератора. Прохождение импульсов (а, следовательно, и счет) прекращаются. Этот момент времени соответствует окончанию операции преобразования. Погрешность преобразования в такой схеме равна , Диапазон преобразований определяется разрядностью ЦАП, т.к максимально допустимое значение входного напряжения .
1. Расчетная часть
1.1 Расчет тактовой частоты
Тактовую частоту можно найти из формулы
,
где - время преобразования, т.е. интервал времени от момента заданного измерения сигнала на входе АЦП до появления соответствующего устойчивого (установившегося) кода на его выходе.
n - количество разрядов,
- тактовая частота.
Таким образом
1.2 Определение ошибки преобразования
Ошибку преобразования можно определить из отношения входного напряжения к емкости счетчика :
1.3 Расчет параметров электронной цепи
Для того чтобы выбрать стандартные резисторы необходимо кроме величины сопротивления знать еще и мощность, на которое рассчитано сопротивление. Ток возьмем максимально возможным
цифровой преобразователь триггер генератор
2. Разработка полной принципиальной схемы
2.1 Выбор стандартных резисторов
В справочнике по резисторам выбираем стандартные резисторы. [1]
Рис. 2-1 Резистор МЛТ типа
Таблица 2
|
Номинальная мощность, Вт |
Диапазон номинальных сопротивлений, Ом |
Размеры, мм |
Масса, г, не более |
||||
|
D |
L |
l |
d |
||||
|
0,125 |
8,2 - |
2,2 |
6,0 |
20 |
0,6 |
0,15 |
|
|
0,25 |
8,2 - |
3,0 |
7,0 |
20 |
0,6 |
0,25 |
Резистор типа МЛТ - 0,125 Вт - 3 кОм 10% ГОСТ 7113-66
Резистор типа МЛТ - 0,25 Вт - 10 кОм 10% ГОСТ 7113-66
Резистор типа МЛТ - 0,125 Вт - 390 Ом 10% ГОСТ 7113-66
Резистор типа МЛТ - 0,125 Вт - 180 Ом 10% ГОСТ 7113-66
2.2 Выбор триггера
Микросхема представляет собой два независимых D-триггера, срабатывающих по положительному фронту тактового сигнала. [7]
Рис. 2-2 Микросхема К155ТМ2
2.3 Выбор логического элемента И
Микросхема К155ЛИ1 представляет собой четыре логических элемента 2И. [7]
Рис. 2-3 Микросхема К155ЛИ1
2.4 Выбор логического элемента И-НЕ
Микросхема К155ЛА3 представляет собой четыре логических элемента 2И-НЕ. [7]
Рис. 2-4 Микросхема К155ЛА3
2.5 Выбор логического элемента НЕ
Микросхема К155ЛН1 представляет собой шесть логических элементов НЕ. [7]
Рис. 2-5 Микросхема К155ЛН1
2.6 Выбор счетчика
Микросхема К155ИЕ5 представляет собой двоичный счетчик. Каждая ИС состоит из четырех JK-триггеров, образуя счетчик делитель на 2 и 8. Установочные входы обеспечивают прекращение счета и одновременно возвращают все триггеры в состояние низкого уровня (на входы R0(1) и R0(2) подается высокий уровень). Выход Q1 не соединен с последующими триггерами. Если ИС используется как четырехразрядный двоичный счетчик, то счетные импульсы подаются на С1, а если как трехразрядный - то на вход С2. [4]
а) б)
Рис. 2_6 Схема а) условно-графическое обозначение; б) двоичный счетчик К155ИЕ5
2.7 Выбор генераторов
При построении генераторов импульсов (мультивибраторов) на основе логических ИС используются усилительные свойства инверторов. Чтобы обеспечить возникновение и существование устойчивых автоколебаний, следует исходно вывести инверторы мультивибратора по постоянному току на линейный участок передаточной характеристики (участок между уровнями “ноль” и единица). После этого остается ввести в устройство положительную обратную связь с помощью одного или двух конденсаторов. Чтобы автогенератор быстро возбуждался и работал устойчиво во всем диапазоне внешних воздействий, лежащая в его основе усилительная линейка должна быть неинвертирующей с большим коэффициентом усиления, который по возможности следует стабилизировать. На рис. 2-7.1 (б) приведена схема генератора импульсов на ЛЭ. [3,4]
а) б)
Рис. 2-7.1 а) схема генератора с кварцевой стабилизацией частоты; б) схемы генераторов импульсов
Частота генерируемых колебаний для рассмотренных схем может быть найдена из соотношения
,
где k - постоянный коэффициент, равный 1.
,
Мультивибраторы с кварцевой стабилизацией частоты колебаний выполняются обычно путем включения кварцевого резонатора на место времязадающей емкости мультивибратора. Удобны в этом смысле схемы с одной времязадающей емкостью. Однако стабилизация частоты возможна и при замене одной из двух емкостей мультивибратора (Рис. 2-7.1 (а)). [3,4]
Миниатюрный кварцевый резонатор широкого применения в удобном и привычном корпусном исполнении. Диапазон частот: 3200-100000 кГц. Применяется как в схемах тактовых генераторов, так и в достаточно сложной радиосвязной аппаратуре. [8]
Рис. 2-7.2 Кварцевый резонатор РК169 - МД
Кварцевый резонатор типа РК169 - МД - 10 мГц ОДО.338.017 ТУ
2.8 Выбор стандартных конденсаторов
В справочнике по конденсаторам выбираем стандартные конденсаторы. [2]
Рис. 2-8 Конденсатор типа К71-4
Таблица 3
|
Номинальная емкость, мкФ |
Размеры, мм |
Масса, г, не более |
|||
|
D |
L |
d |
|||
|
20 |
8,5 |
31 |
0,8 |
5 |
Конденсатор типа К71 - 4 (МП2) - 400 В - 19,5 мкФ ОЖО.461.061 ТУ
2.9 Выбор формирователя импульсов типа одновибратора
Формирователи импульсов типа одновибратора используются обычно для формирования либо коротких импульсов (т.е. в качестве “укоротителей” импульсов), либо в качестве формирователей относительно длительных импульсов при входных импульсных сигналах произвольной длительности.
На рис. 2-9 приведена схема одновибратора, построенного на основе двух ячеек И-НЕ. На входы второго инвертора формирователя поданы взаимно инверсные сигналы со входа и выхода первого инвертора, поэтому в статическом режиме сигнал на выходе устройства всегда равен единице. Нулевой сигнал на выходе второго инвертора появляется только в том случае, когда сигнал на входе первого инвертора переходит из нуля в единицу. При этом, пока происходит переключение первого инвертора, на оба входа второго будет подан сигнал “1”. Длительность выходного импульса формирователя можно увеличивать, увеличивая время переключения первого инвертора присоединением к его входу RC-цепи. [4]
Рис. 2-9 Схема формирователя коротких импульсов
2.10 Выбор цифро-аналогового преобразователя (ЦАП)
Рассмотрим микросхему ЦАП К572ПА1. Это схема 10-разрядного ЦАП, выполненного по МОП-технологии на одном кристалле. В состав схемы входит прецизионная резисторная матрица R-2R, токовые ключи на МОП-транзисторах и входные усилители-инверторы, обеспечивающие управление ключами от стандартных уровней цифрового ТТЛ-сигнала. Микросхема работает с прямым параллельным двоичным кодом. Для ее работы необходимы внешние схемы опорного (эталонного) напряжения и выходного операционного усилителя (ОУ) К140УД7. [4]
Рис. 2-10 ЦАП К572ПА1: схема включения
2.11 Выбор компаратора
Компаратор К544СА3 универсальный. Он может работать от любых источников питания, включая однополярные +5 или --30 В. Компаратор имеет два выхода: открытый коллектор (вывод 9) и эммитерный (вывод 2). Из-за этих особенностей он пригоден для обслуживания любых цифровых микросхем умеренного быстродействия (= 200 нс), а также индикаторов многих типов. Выходной ток микросхем достаточен для переключения реле. На рис. 2-11, показана схема компаратор К544СА3. [5]
Рис. 2-11 Компаратор К544СА3
2.12 Выбор регистра
Микросхема представляет собой 4 регистра на 4 разряда с открытым коллекторным выходом. [7]
Рис. 2-12 Регистр К155ИР32
2.13 Выбор разъема
Разъем типа МРН 22 - 1 ОЮ 0.364.003 ТУ. [6]
A = 31,5 мм, B = 18,8 мм, L = 38,5 мм
Рис. 2-13 Разъем типа МРН 22 - 1
3. Построение графиков
Построим график для
Рис. 3.1
Список используемой литературы и программного обеспечения
1. «Справочник по резисторам» И.И. Четверткова, В.М. Терехова.
2. «Справочник по конденсаторам» И.И. Четверткова, В.Ф. Смирнова.
3. «Популярные микросхемы ТТЛ» В.Л. Шило.
4. «Схемотехника цифровых устройств» В.Н. Митрошин.
5. «Справочник по цифровым и аналоговым интегральным микросхемам» С.В. Якубовский, Л.И. Ниссельсон, В.И. Кулешова, В.А. Ушибышев, М.Н. Топешкин.
6. «Справочник по разъемам» К.В. Кравченко
7. Microsoft Office Word 2007
8. АСКОН - КОМПАС-3D V10
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 27.06.2014Анализ 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 05.11.2012Алгоритм 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 18.05.2012Основные 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 09.02.2012Проектируемое устройство для сбора и хранения информации как информационно-измерительная система исследований объекта. Выбор элементной базы и принципиальной схемы аналого-цифрового преобразователя. Расчет автогенератора и делителя частоты, блока питания.
контрольная работа [68,9 K], добавлен 17.04.2011Процедура аналого-цифрового преобразования непрерывных сигналов. Анализ преобразователей последовательных кодов в параллельный. Преобразователи с распределителями импульсов. Разработка преобразователя пятнадцатиразрядного последовательного кода.
курсовая работа [441,5 K], добавлен 09.12.2011Система аналого-цифрового преобразования быстроизменяющегося аналогового сигнала в параллельный десятиразрядный код, преобразования параллельного цифрового кода в последовательный код. Устройство управления на логических элементах, счетчик импульсов.
курсовая работа [98,8 K], добавлен 29.07.2009Понятие 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 27.10.2010Описание и анализ принципиальной электрической схемы. Анализ соответствия электронной базы условиям эксплуатации. Патентный поиск и анализ аналогичных устройств. Определение печатного проводника по постоянному току. Определение ширины проводников.
курсовая работа [143,7 K], добавлен 10.06.2009
