Схема сбора аналоговой информации микропроцессорной системы (стр. 2 из 6)
блок схема сбор аналоговая информация
2. ТРЕБОВАНИЯ К РГР
РГР выполняется рукописным или машинным способом на одной стороне листа формата А4 (ГОСТ 9327-60) в соответствии с требованиями ГОСТу
При составлении РГР следует пользоваться методическими указаниями по оформлению текстовых документов курсовых и дипломных проектов.
РГР должна содержать:
1 Титульный лист (приложение).
2 Задание РГР.
3 Оглавление.
4 Введение.
5 Выбор и расчет структурной (функциональной) схемы канала сбора аналоговых данных микропроцессорной системы.
6 Выбор и расчет принципиальных схем всех функциональных блоков проектируемой системы.
7 Заключение.
8 Список использованных источников.
9 Перечень элементов (если он не выполнен на поле схемы электрической принципиальной).
Все рисунки в тексте выполняются аккуратно. Рисунки должны иметь подрисуночные подписи. Буквенно-цифровые обозначения условных графических изображений на рисунках, содержащих схемы, допускается проставлять не по сквозной нумерации. В этом случае необходимо указать номиналы резисторов и конденсаторов, типы транзисторов, диодов и микросхем.
Основные справочные данные активных элементов (транзисторов, диодов, микросхем), применяемых в проектируемом устройстве, должны быть приведены в пояснительной записке, либо по ходу изложения материала, либо в приложении.
При окончательном оформлении РГР пояснительная записка сшивается. Электрические структурная (функциональная) и принципиальные схемы канала сбора аналоговых данных электронной системы в записку не подшиваются, а вкладываются.
3. ПОРЯДОК ЗАЩИТЫ расчетно-графической работы
Защита РГР проводится только после проверки окончательно оформленной пояснительной записки и электрических схем преподавателем. Полностью оформленная работа может быть сдана на проверку не позднее, чем за неделю до защиты.
Допуск к защите заверяется подписью преподавателя.
На защите студенту предоставляется 4¸5 минут для доклада, в котором он в сжатой форме должен осветить основные моменты работы, а именно:
1. Назначение спроектированного устройства и технические требования, предъявленные к нему в задании.
2. Пути решения поставленной задачи, выбор оптимального варианта построения.
3. Состав и принцип действия устройства по его структурной схеме и временным диаграммам, иллюстрирующим ее работу.
4. Реализацию функциональных блоков канала сбора аналоговых данных, особенности схемотехнического решения.
Оценка РГР выставляется с учетом полноты и содержательности ответов при защите, объема и качества проделанной работы, степени самостоятельности, аккуратности оформления, соблюдения ГОСТов и систематичности работы над РГР.
Оценка выставляется на титульном листе, заверяется подписью и заносится в ведомость и зачетную книжку.
4. ВЫБОР И РАСЧЕТ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ПРОЕКТИРУЕМОГО УСТРОЙСТВА
Цель данного раздела РГР - определение необходимого функционального состава проектируемого устройства, установление необходимых связей между функциональными узлами и определение технических требований к каждому из них.
Проектирование начинают с анализа технических требований к входным сигналам оконечного устройства канала сбора аналоговых данных - АЦП. У АЦП имеется аналоговый и управляющий входы, поэтому выбор и обоснование структурной схемы следует разбить на два этапа.
На первом этапе необходимо определить наиболее рациональный состав функциональных узлов, которые участвуют в преобразовании выходного сигнала датчика и стоят между его выходом и аналоговым входом АЦП. Указанную совокупность узлов назовем аналоговым трактом.
На втором этапе следует определить состав и структуру управляющего тракта, т.е. совокупности устройств, включающих генератор и устройства, формирующие требуемые управляющие сигналы для АЦП и аналогового тракта.
4.1 Выбор и расчет структурной схемы аналогового тракта
Проектирование нужно начинать с сопоставления технических характеристик датчика и технических требований к форме и параметрам сигнала на аналоговом входе АЦП.
Ход рассуждений может быть примерно следующий:
АЦП имеет несимметричный аналоговый вход, а датчик - симметричный выход. Отсюда ясно, что в состав аналогового тракта должен входить дифференциальный (разностный) усилитель, подключенный к выходу датчика. Назовем этот усилитель согласующим (СУ).
Наибольшая точность преобразования аналогового сигнала в цифровой код получается, когда используется вся шкала АЦП, т.е. в том случае, когда
,где
- максимальное значение сигнала на аналоговом входе АЦП. 
- шкала АЦП.Максимальная величина ЭДС
датчика намного меньше шкалы , поэтому аналоговый тракт должен обладать коэффициентом усиления не менее чем 
где
=(1,1 - 1,3) - коэффициент запаса по усилению.Из задания на работу известно, что наряду с полезным сигналом действует синфазная помеха. Для исключения ее влияния аналоговый тракт должен иметь коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС)
,где
- напряжение синфазной помехи; 
- минимальное значение ЭДС сигнала датчика;D- динамический диапазон изменения входного сигнала, дБ.
Устройством, ослабляющим синфазную помеху, может быть усилитель с дифференциальными входами, введение которого в аналоговый тракт продиктовано необходимостью согласования симметричного выхода датчика с аналоговым трактом (см.п.4.1.1).
Зависимость ЭДС датчика от измеряемой величины является нелинейной. В этой связи необходимо включение в состав аналогового тракта функционального преобразователя, обеспечивающего линеаризацию характеристики датчика. Причем данный функциональный преобразователь должен иметь передаточную характеристику, обратную характеристике датчика. Например, если зависимость ЭДС датчика от измеряемой величины (в задании измеряемая величина не конкретизируется; это может быть температура, перемещение, давление и т.п.) описывается выражением:
,то функциональный преобразователь должен иметь характеристику вида:
,где
- постоянная преобразователя; 
, 
- входное и выходное напряжения функционального преобразователя. Если зависимость ЭДС датчика от измеряемой величины описывается сложной функцией или задана графически, то вид требуемой передаточной характеристики функционального преобразователя следует определить графическим путем, используя кусочно-линейную аппроксимацию, т.е. аппроксимацию кривой зависимость ЭДС ломаной. Число отрезков прямых в рабочем диапазоне достаточно взять 4÷5. Во всех вариантах для определенности рекомендуется крутизну преобразования функционального преобразователя выбрать таким образом, чтобы
,где
и 
- величины максимального входного и выходного напряжений.Из задания на работу известна полоса частот спектра полезного сигнала. Это дает возможность сформулировать технические требования к фильтру низких частот по полосе пропускания, а именно граничная частота фильтра
ƒфнч = ƒв
где ƒв - верхняя частота спектра сигнала датчика.
В задании на работу не оговорены требования к АЧХ фильтра, поэтому имеются достаточно широкие возможности в выборе типа фильтра низких частот. Однако целесообразно использовать RC-фильтры. Можно применять активные RC - фильтры типа Баттерворта 2-го порядка, а можно достичь фильтрующих свойств аналогового тракта, совместив дифференциальный усилитель и RC -фильтр.
Преимущества применения активных RC - фильтров по сравнению с LС - фильтрами очевидны. Это хорошая равномерность АЧХ в полосе пропускания и хорошая скорость спада на переходном участке: практически полная развязка входных и выходных цепей, малые габариты и т.д.
Если фильтр выполняется в виде отдельного функционального узла, то его необходимо включать обязательно до нелинейного устройства. В противном случае высокочастотные помехи наводки (с ними практически всегда приходится иметь дело) могут быть трансформированы в область спектра полезного сигнала.
Как уже указывалось, в момент преобразования аналогового сигнала в цифровой код напряжение на входе АЦП должно быть неизменно. Следовательно, в состав аналогового тракта должно входить устройство выборки-хранения, которое периодически запоминает с осреднением мгновенное значение выходного сигнала функционального преобразователя и хранит его в течение времени хранения txp(рис.3).