Расчет разрядности. Устройства. Расчет аналогового инвертора

Изм.

 Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Разработ.

Проверил

Н.контр.

 Утв.

Лит.

Лист

Листов

ВГСК Э-32

ВГСК. Э32. 21.1.ПЗ

Оглавление

1.ВВЕДЕНИЕ.. 4

2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ... 5

 3.ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ... 6

3.1. РАСЧЕТ РАЗРЯДНОСТИ.. 6

3.2 ВЫБОР АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ.. 9

3.3 ВЫБОР ЦИФРО-АНАЛОГОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ.. 12

3.4 ВЫБОР ПОСТОЯННОГО ЗАПОМИНАЮЩЕГО.. 14

3.5 ВЫБОР ЭЛЕКТРОННОГО КЛЮЧА.. 16

3.6 ВЫБОР КОМПАРАТОРА.. 17

 3.7 ВЫБОР ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ.. 19

3.8 ВЫБОР ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ.. 20

3.9 ВЫБОР ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ.. 22

3.10 ВЫБОР ИСТОЧНИКА ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ.. 25

 3.11 ВЫБОР РАЗЪЕМА.. 26

4.РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ... 27

4.1 РАСЧЕТ АНАЛОГОВОГО ИНВЕРТОРА.. 27

4.2 РАСЧЕТ БУФЕРНОГО И СОГЛАСУЮЩЕГО УСТРОЙСТВ.. 28

4.3 РАСЧЕТ ТАКТОВОГО ГЕНЕРАТОРА.. 29

4.5.Расчет формирователя коротких импульсов. 31

4.6.Расчет запускающих схем АЦП.. 32

4.7.Синтез анализатора условий. 33

4.8 РАСЧЕТ АНАЛОГОВОГО СУММАТОРА.. 34

4.9.РАСЧЕТ АНАЛОГОВОГО УМНОЖИТЕЛЯ.. 36

4.10.РАСЧЕТ АНАЛИЗАТОРА УСЛОВИЙ.. 37

5.РАЗРАБОТКА И ОПИСАНИЕ ВРЕМЕННЫХ ДИАГРАММ... 38

6. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ. 43

7.РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ.. 44

8. Заключение. 45

Литература. 46

Приложение. 47

Изм.

АЦФП – аналого-цифровой функциональный преобразователь служит для преобразования функций как цифровым, так и аналоговым методам одновременно.

      Цифровые методы обработки сигналов находят широкое применение в самых различных областях науки и техники, включая обработку изображений, анализ и синтез речи, для управления и контроля производственных процессов в контрольно-измерительной техники и другой радиоэлектронной аппаратуре.

Ускорение научно-технического прогресса во всех областях научного хозяйства требует интенсивного развития таких направлений науки и техники, как автоматизация, роботизация микроэлектроники, вычислительная техника, освоения прогрессивных технологии и конструктивно-новых материалов.

В настоящее время освоены новые методы, повышающие быстродействие и снижающие уровень потребления электроэнергии. Существенно расширена номенклатура цифровых микросхем заметна тенденция совмещения в одной схеме аналоговых и цифровых функциональных элементов, а так же узлов, реализующие аналоговые функции цифровым методом.

Успехи микроэлектроники сделали возможным широкое применение в аппаратуре нового поколения микросхем повышенного уровня, которые широко применяются в вычислительных машинах и центрах, в электронных устройствах автоматики, в цифровых измерительных устройствах, в аппаратуре связи и передачи данных, медицинской и бытовой техники, в оборудовании и приборах для научных исследованиях.

Проектируемый аналого-цифровой функциональный преобразователь может найти широкое применение в выше перечисленных научно-экономических областях народного хозяйства.

Использование многоразрядных (12-16-33) интегральных микросхем позволяет достичь высокой точности преобразования и измерения, обеспечивающих научно-исследовательских и учебных задач. К основных характеристикам различных преобразователей относится: число разрядов, быстродействие, статическая точность, применяемой цифровой код, диапазон входных и выходных напряжений, напряжение питания, потребляемая мощность, ток, помехозащищенность и стабильность.

Изм.

Задание на курсовой проект имеет следующий вид:

        при  х+у ≥ 0                -10B≤x≤10B

                                                        a = 10B

                                                         х+у < 0                   -10B≤y≤10B

В данной системе присутствуют следующие функции: тригонометрическая функция «е» ; умножение; деление; вычитание.

При реализации арифметических действий мы выполним функцию

вычитания которую реализуем на сумматоре.

Условие работы сумматора  является: работа с информацией в цифровом двоичном коде, а величины X и Y; в моем случаи заданы аналоговым напряжением, поэтому надо преобразовать это напряжение в цифровой двоичный код, для этого я использую аналого-цифровой преобразователь с поразрядным взвешиванием. Для него требуется определённое напряжение и частота, для этого мы используем источник опорного напряжения и генератор тактовых импульсов, т.к величины переменных X и Y изменяются

в интервалах -10В≤x≤10В. Необходимо предусмотреть схему преобразования

входных величин X и Y в абсолютное значение.

В схему преобразования входят следующие элементы

1.Аналоговый инвертор (АИ);

2.Электронный ключ (ЭК);

3.Нуль-орган (НО). (см.рис.1)

Рисунок. 1

Изм.

3.1. РАСЧЕТ РАЗРЯДНОСТИ

Основным фактором выбора элементной базы является точность преобразования, которая определяет разрядность точность цифровых микросхем, поэтому необходимо определить количество разрядов, которая обеспечивает заданную точность преобразования. В результате анализа разработанной структурной схемы определяют, какие блоки являются источниками ошибок или погрешностей.

Преобразование схемы выполним по формуле:

В схеме используется 2 АЦП, ЦАП, 2 ПЗУ, СМ, буферное устройство,

электронный ключ и т.д. Из них источниками ошибок являются ЦАП, АЦП, ПЗУ, БУ, СМ. Учтем что БУ аналоговым устройством, поэтому его погрешностью пренебрегаем, тогда получим 2АЦП, СМ, 2ПЗУ, ЦАП.

Задана по условию погрешность: =0,1

      В схеме будем использовать 12 разрядные ЦАП, АЦП, ПЗУ, АЛУ.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВГСК Э32.21.1.ПЗ

    НО – нуль-орган, предназначен для сравнения значений аналогового

Напряжения, подаваемого на его вход, с нулем, ив зависимости от результата на его выходе, подается ‹‹0›› или ‹‹1››.

    ЭК – электронный ключ предназначен для того, чтобы с помощью

малого тока управлять большим током, он в зависимости от комбинаций

управления, подаваемой на вход управления, подключается к той или иной цепи.

    Для преобразователя цифрового двоичного кода используем цифровой аналоговый преобразователь (ЦАП), для которого мы применяем источник опорного напряжения (ИОН). Тригонометрические функции ‹‹sin, cos›› будут выполняться в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ). Для записи и хранения информации мы используем регистр (РГ).

Для того, что бы ПЗУ выполнял предписанные ему функции, необходимо сигнал подающий с АЦП задержать (З), для этого используем RC-цепь.

    За правильность выполнения поставленной задачи будит следить анализатор условий (АУ). Для запуска АЦП нам понадобится формирователь коротких импульсов (ФКИ) - служит для запуска ЦАП, генератор тактовых импульсов (ГТИ), генерирует электрические импульсы заданной частоты (обычно прямоугольной формы ) для синхронизации различных процессов в цифровых устройствах.

    Структурная схема приведена на рисунке 2, где:

АИ – аналоговый инвертор;

НО – нуль орган;

ЭК – электронный ключ;

Д - делитель;

З - задержка;

ИОН – источник опорного напряжения;

ФКИ – формирователь коротких импульсов;

АЦП – аналого-цифровой преобразователь;

ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь;

АЛУ – арифметически логическое устройство;

ПЗУ – постоянно запоминающее устройство;

РГ – регистр;

БУ - буферное устройство;

ГТИ – генератор тактовых импульсов;

У – умножитель;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВГСК Э32.21.1.ПЗ

Рисунок. 2

Изм.

АЦП предназначен для, преобразования входного аналогового сигнала в дискретный код (цифровой сигнал ).

Основные характеристики АЦП:

1.Разряшающая способность;

2.Точность;

3.Быстродействие.

    Разрешающая способность определяется разрядностью и максимальным диапазоном входного напряжения. В данном случаи АЦП должен иметь 12 разрядов. Выбираем АЦП Серии К572ПВ1, который обладает следующими параметрамипри t = +25°С:

N=12 разрядов;

=5мА;

=150….170 мкс;

= +5В;

= +15В.

    Нумерация и назначение выводов (Рис. 3):

1 - Последовательный вход;

2 - Вход управления CP;

3 - Напряжение питания ;

4…15 - Цифровой вход/выход;

16 - Вход управления MP;

17 - Вход управления режимом;

22 - Выход Цикла;

23 - Вход Сравнения;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВГСК Э32.21.1.ПЗ

25 - Вход ТU;

26 - Выход конец преобразования;

27 - Вход запуск;

28 - Вход Цикл;

29 - Вход стробирования ЦАП;

30 - Цифровая земля;

31 - Конечный вывод PM R-2R;

32 - Общий вывод резисторов R/2 R/4;

40 - Вывод резистора R/4;

41 - Вывод резистора R/2;

42 - Опорное напряжение ;

43 - Аналоговый вход 1;

44 - Аналоговый вход 2;

45 - Общий вывод резисторов аналоговых входов 1и 2;

46 - Аналоговый выход 1;

47 - Аналоговый выход 2;

48 - Аналоговая земля.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВГСК Э32.21.1.ПЗ

Рисунок. 3

Изм.

    Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) – это устройство для преобразования цифрового кода в аналоговый сигнал по величине, пропорциональный значению кода.

    ЦАП применяются для связи цифровых управляющих систем с устройствами, которые управляются уровнем аналогового сигнала. Также, ЦАП является составной частью во многих структурах аналого-цифровых устройств и преобразователей. Основной характеристикой ЦАП является: разрешающая способность, определяемая числом разрядов N. В данном курсовом проекте используется ЦАП серии К572ПА2А со следующими параметрамипри t = +25°С:

N=12разрядов;

=2мА;

=15мкс;

= +5В;

= +15В.

    Нумерация и назначение выводов (Рис. 4);

2 - Аналоговый выход 2 (инверсный); 47 – вывод резистора обратной связи;            

4 – Аналоговая земля;                                        48 – Аналоговый выход 1;

6 – Вход регистра 1;                 1,3,5,7,23,25-29,31-37,39,46 незадействован-

8…19 – Цифровые входы 1-12;  ные выводы.

21 – Вход регистра 2;

22 – Цифровая земля;

20, 24 – Напряжение источников питания;

30 – Вывод конечного резистора матрицы;

38 – Опорное напряжение;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВГСК Э32.21.1.ПЗ

Рисунок. 4

Изм.

УСТРОЙСТВА

В микропроцессорных и других цифровых автоматических системах необходима память, которая служила бы    источником информации, остающейся неизменной, в том числе и при отключении питания. В таких случаях используют модули памяти, в которых изменить написанную информацию невозможно. Эти модули называются постоянными ЗУ. Таким образом, ПЗУ- это постоянное запоминающее устройство, содержимое которого не может быть заменено микропроцессором в ходе выполнения рабочей программы и сохраняется при снятии питания системы. В процессе обработки информации ПЗУ представляет собой память, которая работает только в режиме считывания.

Применение ПЗУ позволяет достичь большой плотности упаковки информации за счет упрощения запоминающих элементов. ПЗУ может работать как в режиме программирования так и в режиме считывания.

В данном курсовом проекте используется микросхема ПЗУ серии CAT28C64B (рис. 5). В связи с тем, что АЦФП работает с 12 разрядным кодом, необходимо поставить параллельно два ИМС ПЗУ.

    Основные параметры:

=40мА;

=120нс;

= ±5В.

    Нумерация и назначение выводов (Рис. 5):

2,3,4,5,6,7,8,9,10,21,23,24,25 - Адресные входы;

11,12,13,15,16,17,18,19 - Входы/Выходы данных;

20,22,27 - Входы управления.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВГСК Э32.21.1.ПЗ

Изм.

В устройствах электроники, автоматики для осуществления управляемой передачи аналоговой информации от датчиков к исполнительным механизмам, широко используют аналоговой ключ. Схемы ключей реализуют на МОП - транзисторах, потребляющих мало энергии. В данном курсовом проекте используется ИМС К590КН4. Эта ИМС четырехканального аналогового ключа со схемой управления (однополюсное включение) для коммутации напряжения от -15В до +15В.

Основные параметры:

= ±15В;

I_пот = 2мА;

=300нс;

=75 Ом;

= 4 - 15В;

=0,8В.

Нумерация и назначение выводов: ( Рис. 7).

3,4 и 5,6 - Нормально замкнуты;

1,16 и 8,9 - Нормально разомкнуты;

15,10 - Входы управления;

14,11 - Питание;

13 - Общий.

Схема включения:

Рисунок.7

Изм.

Компаратор - (англ. Comparator - сравнивающее устройство) — электронная схема, принимающая на свои входы два аналоговых сигнала и выдающая логическую «1», если сигнал на прямом входе («+») больше, чем на инверсном входе («−»), и логический «0», если сигнал на прямом входе меньше, чем на инверсном входе. Входной каскад компаратора должен выдерживать широкий диапазон входных напряжений между инвертирующим и не инвертирующим входами, вплоть до размаха питающих напряжений, и быстро восстанавливаться при изменении знака этого напряжения.   

Для формирования гистерезисной передаточной характеристики, компараторы часто охватываютположительной обратной связью. Эта мера позволяет избежать быстрых нежелательных переключенийсостояния выхода, обусловленном шумами во входном сигнале, при медленно изменяющемся входном сигнале.

    В данном курсовом проекте используется ИМС компаратора К140СА1 [1, стр. 290].

Основные параметры:

= ±15В;

=300мкс;

=2,5 - 4В;

=0 - 0,3В.

Назначение выводов: ( Рис. 8)

1,2,13,14 - Выходы;

4,6,8,10 - Инвертирующие входы;

5,7,8,11 - Неинвертирующие входы;

3,12 - Питание.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВГСК Э32.21.1.ПЗ

Рисунок. 8

Изм.

Операционный усилитель - это электронный усилитель напряжения с высоким коэффициентом усиления, имеющий дифференциальный вход и обычно один выход. Напряжение на выходе может превышать разность напряжений на входах в сотни или даже тысячи раз. В настоящее время ОУ получили широкое применение, как в виде отдельных чипов, так и в виде функциональных блоков в составе более сложных интегральных схем. Такая популярность обусловлена тем, что ОУ является универсальным блоком с характеристиками, близкими к идеальным, на основе которого можно построить множество различных электронных узлов.

Для данного курсового проекта выбираем ОУ 153УД201                     [2,страница. 118].

Основные параметры:

= ±5В;

= ±12В;

= ±15В;

= 150 мА.

Назначения выводов: (Рис. 9);

2,6,9,13 - Инверсные входы;

3,5,10,12 - Неинвесрные входы;

1,7,8,14 - Выходы;

4,11 - Питание.

Схема включения:

Рисунок. 9

Изм.

В соответствии с требованиями, быстродействием и мощностью АЦФП выбираем наиболее быстродействующие и не неэнергоёмкие логические элементы из серии К561ЛА7 , К561ЛН2.

Цоколёвка МС К561ЛН2 приведена на (Рис.10).

Основные параметры МС К561ЛН2:

=5В;

=2мкА;

t₃^0.1=120 нс;

t₃^1.0=110 мс;

  =0.3 мкА.

                                                  Рисунок. 10

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВГСК Э32.21.1.ПЗ

Основные параметры МС К561ЛА7:

=5В;

=2мкА;

t₃^0.1=160 нс;

 t₃^1.0=160 мс;

=0.3 мкА.

                                              Рисунок. 10.1

Изм.

Выпускаемая промышленностью микросхема- стабилизатор напряжения серии КР142ЕН обладает малым количеством дополнительных деталей, отличается невысокой стоимостью и хорошими техническими характеристиками. Эти её свойства намного упростили задачу создания стабилизированных источников питания для электронных устройств. Микросхема данной серии выпускалась в нескольких модификациях: с регулируемым и фиксированным выходными напряжениями.

Выпускаемые микросхемные стабилизаторы напряжения способны работать в широких пределах выходных напряжения и тока, часто имеют встроенную систему защиты от перегрузки по току и от перегревания - как только температура кристалла микросхемы превысит допустимое значение, происходит ограничение выходного тока. Наряду со стабилизаторами положительного напряжения существуют стабилизаторы отрицательного напряжения. В основном они используются в двухполярных источниках питания.

В данном курсовом проекте используется КРЕН типа: КР142ЕН15А и К142ЕН5А.

Нумерация и назначение выводов К142ЕН5А приведена на (Рис.11).

1 – Вход;

2 – Общий;

3 – Выход.

Основные характеристики микросхемы К142ЕН5А:

=15В;

=5В ±0.1В;

=4мА;

=2А;

=10Вт;

Диапазон рабочих температур: -45…+100 °C.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВГСК Э32.21.1.ПЗ

Рисунок. 11

Нумерация и назначение выводов КР142ЕН15А приведена на (Рис.11.1):

1 – Общий;

3,12 - Частотная коррекция;

4 – Выход положительный 2;

5 – Выход положительный 1;

7 – Вход положительный;

8 – Вход отрицательный;

10 – Выход отрицательный 1;

11 – Выход отрицательный 2;

2,6,9,13,14 – незадействованные выводы.

Основные характеристики микросхемы КР142ЕН15А:

 =30В;

=15В ±0.1В;

= ;

=100мА;

=0,8Вт;

Диапазон рабочих температур: -10…+70 °C.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВГСК Э32.21.1.ПЗ

Рисунок. 11.1

Для микросхемы КР142ЕН5А емкость входных С1,С2 и выходных С5,С6 конденсаторов должна быть 1мкФ, а для конденсаторов С3,С4 следует выбрать емкость - 0,01мкФ.

Изм.

Источник опорного напряжения необходим для питания АЦП и ЦАП, а также для формирования константы (z=10В). Для расчета высоко стабилизирующего источника опорного напряжения используем готовую схему стабилизатора напряжения на ИМС линейной стабилизации LM317, схема включения показана на (Рисунок. 11).

Рисунок. 11

Для ИМС  LM317 емкость входного и выходного конденсатора С1, C3 должна быть 0.1мкФ, для конденсатора С2=10мкФ, R1=240 Ом, R2=5 кОм, VD1, VD2-1N4002.

Выбираем:

R1-МЛТ-0.125Вт-240 Ом 5%

R2-СП5-16ВВ-0.125Вт 5кОм 5%

VD1, VD2- 1N4002

C1-К10-23-0.1мкФ 10%

С2-К50-40-10мкФ 10%

С3- К10-23-0.1мкФ 10%

Изм.

В данном курсовом проекте используется разъем СНП-95-64В-23-18903[1,страница.170].(Рис.12).

Рисунок. 12

Изм.

В связи с тем, что АЦП преобразует только положительное напряжение, нужно устройство, которое будет выдавать положительное напряжение независимо от того, какое поступает на его вход. Таким устройством является модулятор. Основной составной частью модулятора является аналоговый инвертор. (Рисунок.14).

Рисунок. 14

Электрические параметры:

=12 B;

=160мВ;

=150мА;                  

=8.5мА.

+ = ;

= ;

× = ;

= ;

= =75;

= ;

Пусть R1=1KOм, тогда:

= =R1;

=75KOм.

Выбираем: R-ЛМТ-0.125-75кОМ ±5%.

Изм.

    Согласующее устройство необходимо для нормальной работы аналоговых ИМС, стоящих перед и после него. Из-за того, что выходные характеристики одной ИМС на небольшую величину не соответствуют входным характеристикам другой и появляется необходимость использования согласующего устройства (СУ), которое сглаживает это различие, СУ реализуется на аналоговых повторителях.

Рисунок. 15

Данная схема включения ОУ (Рисунок. 15) передает напряжение без потерь и усиливает ток. Для обеспечения подключения к АЦФП внешних и дополнительных устройств, необходимо обеспечить какое-то СУ. Но в связи с тем, что устройство является последним в разработанном АЦФП, то оно будет называться буферным. Схема буферного устройства такая же как и схема согласующего устройства.

Изм.

Тактовый генератор изображен на Рисунке 16.

Рисунок. 16

Одним из важнейших генератора является его частота и период. Их и необходимо определить. В задании было дано время преобразования 150мкс. Зная, что число тактов 26 (2 такта на каждый разряд и 2 такта на импульс конец никла преобразования), можно определить период и частоту ТГ:

N=2*n+2=2*12+2=26 тактов.

= = =5.8 мкс

= = =172кГц

Для выбора частоты генератора необходимо, что бы она удовлетворяла условию 250кГц>f>129кГц. Но так как расчет нижней частоты генератора вполне подходит, то частоту генератора берем 172кГц.

Исходя из формул, находим .

=1.5 * ;

=0.5 ;

0.5 =1.5 * ;

= ;

;

;

;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВГСК Э32.21.1.ПЗ

= =2.6мкс.

Генератор должен затрачивать 1/10 части энергии из соображения экономии мощности, поэтому берем 1/10 части тока, т.е 1,25/10мА.

Нижняя граница выбора резистора определяется:

= = кОМ.

Верхняя граница резистора зависит от входного сопротивления серии К561, т.е , берется 10-я часть.

= = =1МОм.

Значит выбор резистора находится в пределах:

60кОм<R<1МОм.

Из справочника[10] выбираем резистор:

R-C2-29В-0.125-100кОм±5%

Затем из формулы находим емкость конденсатора:

C= =

Из справочника [10] выбираем конденсатор:

К10-17а-М750-33 пФ±10%.

Изм.

Запись в регистр осуществляется по заданию с длительностью импульсов 5мс и для этого служит ФКИ (формирователь коротких импульсов). ФКИ имеет вид (Рисунок.18.1,18.2):

Рисунок.18.1

Рисунок.18.2

Uc=Еп/2; Um=Uп;    Еп/2= Еп e^-tзад/τ;

½= e^-tзад/τ; tзад/= ln2; τ= t_зад/ln2=50*10^-3/0.693= 72.15*10^-3с;                                                            

R=1кОм

С = τ/R=72.15*10^-3с/1000=72.15мкФ

Из справочника выбираем резистор и конденсатор:

С2-29В-0.125-1.2кОм±0.5%; КД-М750-6800пФ±1.

Изм.

Запускающие схемы необходимы для запуска АЦП и начала преобразования (Рисунок 19).

Рисунок.19

= ;

; ;

= ;

= =1.5*

Из справочника [10] выбираем резистор:

R-C2-29В-0.125-100кОм±5%

Затем из формулы  находим емкость конденсатора:

C=

Из справочника [11] выбираем конденсатор:

E6-152-1.5нФ.

Изм.

Анализатор условий в схеме определяет какой из имеющихся ключей он подключит к выводу. Мы его реализуем на элементарной логике ИМС 2И и инверторах, представляет собой дешифратор 2 на 4(Рисунок 20). Входные сигналы поступают с компараторов во входном блоке, а выходные управляют ключами.

Рисунок.20

Таблица истинности имеет следующий вид:

X

Y

Z1

Z2

Z3

Z4

Таблица.3

Изм.

Аналоговый сумматор будет на основе ОУ

Тип ОУ-К140ОУД6

Параметры ОУ:

Рисунок.20

Выбираем резистор

 = =100кОм

=100кОм

=100кОм

=100кОм

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВГСК Э32.21.1.ПЗ

U= = =5.5В

Изм.

Аналоговый умножитель будет на основе ОУ

Тип ОУ-К140ОУД6

Параметры ОУ:

Рисунок.21

4.10.РАСЧЕТ АНАЛИЗАТОРА УСЛОВИЙ

Анализатор условия (АУ) представляет собой сочетание инвертирующего сумматора и компаратора (рисунке.22.).

К_у инвертирующего сумматора равен -1

К_у=-R3/R1=-1;

При R1=R2=R3+Rвыполняется условие: U_вых=-(Uвх1+Uвх2);

R3=U_выхmax/(I_вых/10)=12/(10*10^-3/10)=12 (кОм)

R1=R2=R3=R=12 кОм; для надёжности R=22кОм;

По ГОСТ:С2-29В-0.125-22кОм±0.5%

Рисунок.22

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВГСК Э32.21.1.ПЗ

Изм.

Исходные данные для построения временных диаграмм:

Аналоговое напряжение U=2.2В

Когда на выходе АЦП U=10В, на выходе АЦП все единицы             (12 разрядов).

1) 2.2≥1/2*5=2.5→0

2) 2.2≥1/4*5=1.25→1

3) 2.2≥(1/4+1/8) *5=1.875→1

4) 2.2≥(3/8+1/16) *5=2.18→1

5) 2.2≥(7/16+1/32) *5=2.34→0

6) 2.2≥(7/16+1/64) *5=2.26→0

7) 2.2≥(7/16+1/128) *5=2.22→0

8) 2.2≥(7/16+1/256) *5=2.21→0

9) 2.2≥(7/16+1/512) *5=2.1→1

10) 2.2≥(225/512+1/1024) *5=2.2→1

11) 2.2≥(551/1024+1/2048) *5=2.206→0

12) 2.2≥(551/1024+1/4096) *5=2.205→0

Получившийся код: 011100001100

Диаграммы логических управлений на выходе АЦП приведены в приложении.

Для построение графиков работы необходимо одной переменной задать фиксированные значения, второй переменной построить график для каждого фиксированного значения. Временные диаграммы показаны в приложении . Построим графики для значений X,Y,Z ( таблица 1).

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВГСК Э32.21.1.ПЗ

X

Z при У=-10В

Z при У=0В

Z при У=10В

-10

-10

-10

-29.9

-9

-9

-9

-28.3

-8

-8

-8

-26.8

-7

-7

-7

-25.3

-6

-6

-6

-24

-5

-5

-5

-22.7

-4

-4

-4

-21.5

-3

-3

-3

-20.3

-2

-2

-2

-19.3

-1

-1

-1

-18.2

-17.7

9.4

-16.3

8.9

-15.5

8.4

-14.6

-13.8

7.6

-13.1

7.1

-12.4

6.8

-11.7

6.4

-11.1

6.1

-10.5

5.7

-1

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВГСК Э32.21.1.ПЗ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВГСК Э32.21.1.ПЗ

При у = -10, график имеет вид:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВГСК Э32.21.1.ПЗ

При у = 10, график имеет вид:

Изм.

Разработка принципиальной схемы осуществляется исходя из разработанной ранее структурной схемы реализации функции. Принципиальная схема отображает схемную реализацию данной функции и отображает условными обозначениями выбранную элементную базу.

Исходя из этого, представляем вместо структурных обозначений блоков АЦФП их аналоги на уровне принципиальной схемы. Принципиальная схема АЦФП включает в себя пассивные элементы ( в первую очередь резисторы и конденсаторы ), активные элементы ( операционные усилители, интегральные микросхемы ). В схеме используются прецизионные резисторы, конденсаторы ,ОУ, обеспечивающие точные параметры и мало влияющие на выходную величину преобразования.

Изм.

Надёжность изделия – свойство изделия сохранять значения установленных параметров функционирования в определённых пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, хранения и транспортирования. Надёжность – комплексное свойство, которое в зависимости от назначения изделия и условий его эксплуатации может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость в отдельности или определённое сочетание этих свойств как изделия в целом, так и его частей.

Составим таблицу для расчета(таблица 4).

Наименование

 Кол-во

(1/ч)

(1/ч)

ИМС цифр.(большие)

1.4

ИМС цифр.(малые)

0.19

1.14

ИМС аналог

0.4

5.2

Резисторы пост .плен.

0.19

1.9

Резисторы перемен. керам

0.038

0.038

Конденсаторы керам.

0.02

0.22

Конденсаторы электрол.

0.26

1.04

Диоды

0.01

0.08

Разъем

0.026

0.026

Пайка

0.0007

0.4011

Для всего АЦФП

17.0451

Таблица.4

Расчет производится за 8000 часов.

Определяем вероятность безотказной работы:

P(t)= = = 0.986

Определяем работу до отказа:

= = = 586369.

Изм.

Данный аналого-цифровой функциональный преобразователь выполняет следующие функции 

        при х+у ≥ 0                -10B≤x≤10B

                                                        a = 10B

                                                         х+у < 0                   -10B≤y≤10B

Разработанное устройство отвечает заданным параметрам: имеет большое быстродействие и малые аппаратные затраты

Изм.

 Литература

1.Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги. Справочник. Т.2.-М.: ИП РадиоСофт, 2000.-640 с

2.Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры. Справочник/ И.В. Новаченко, В.М Петухов, И.П. Блудов, А.В. Юровский.-М. :КУбК-а, 1996 г.

3.http://edu.dvgups.ru/METDOC/GDTRAN/DEPEN/ELSN_TR/REL_ZA/MET/KDP/MP_KD2.htm

4. http://umup.ru/книга/микросхемы-цап-и-ацп-функционирование-параметры-применение-федорков-1990

5. http://www.cyberforum.ru/electronics/thread957062-page3.html

6. http://www.rtcs.ru/popup_product.asp?id=214

7. http://www.izme.ru/dsheets/ic/590/590kn4.html

8. http://madelectronics.ru/gadget/302/11.40.htm

9. http://www.htmldatasheet.ru/dallas/ds1100500.htm

10. http://www.litagents.ru/library/books/rezistori_spravochnik.html

11. http://rkniga.ru/knigi/spravochnik/kondensatory/

12.http://yandex.by/clck/jsredir?from=yandex.by%3Byandsearch%3Bweb%3B%3B&text=%D1%81%D1%83%D0%BC%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80%204%20%D1%80%D0%B0%D0%B7%D1%80%D1%8F%D0%B4%D0%BD%D1%8B%D0%B9%20564%20%D0%98%D0%9C1&uuid=&state=AiuY0DBWFJ4ePaEse6rgeAjgs2pI3DW9J0KiE

Приложение

Познавательные статьи:



Техника нижней прямой подачи мяча

Комплекс физических упражнений для развития мышц плечевого пояса

Стандарт Порядок надевания противочумного костюма

Общеразвивающие упражнения без предметов