Схема сбора аналоговой информации микропроцессорной системы (стр. 3 из 6)
В итоге анализа по пп.4.1.2 - 4.1.6 структурная схема аналогового тракта может быть представлена так, как показано на рис.4, где СУ - согласующий усилитель;
ФНЧ - фильтр нижних частот;
ФП - функциональный преобразователь;
УВХ - устройство выборки-хранения;
АЦП - аналого-цифровой преобразователь.
Рисунок 3 - Временные диаграммы работы УВХ
Рисунок 4 - структурная схема аналогового тракта при одном датчике
4.2 Определение технических требований к функциональным блокам аналогового тракта
Для того, чтобы грамотно сформулировать технические требования к блокам проектируемого устройства, необходимо предварительно ознакомиться с их принципом действия и схемотехническими особенностями построения по литературе [2, 3] и конспекту лекций по курсу "Аналоговая схемотехника". В противном случае может оказаться, что будут заданы требования, выполнение которых встретит серьезные трудности.
Расчет технических требований следует производить в обратном порядке прохождения аналогового сигнала, т.е. мысленно перемещаясь от АЦП к датчику информации.
Известны [2, 3] устройства выборки-хранения, принцип действия которых основан на заряде емкости через ключ в течение интервала tв выборки и хранения накопленного значения в течение txp после отключения ключа (см. рис.3). В качестве ключа используют как биполярные, так и полевые транзисторы. Однако ключи на полевых транзисторах обладают лучшими характеристиками, поэтому их применение предпочтительней.
Основными техническими характеристиками УВХ являются:
1. Коэффициент передачи в момент окончания выборки
2.Максимальные значения входного
и выходного 
напряжений.3.Входное
и выходное 
сопротивления по аналоговому сигналу.4.Относительные ошибки выборки
и хранения 
5.Форма и параметры сигнала на управляющем входе УВХ.
6.Напряжение источников питания УВХ.
Так как существует большая неопределенность выбора указанных параметров УВХ, то их нужно задать, используя практический опыт построения подобных устройств и инженерную интуицию. Это очень ответственный этап проектирования, однако излишним опасениям здесь не место. Следует помнить, что в случае невозможности реализации УВХ с заданными наперед характеристиками, возможен этап коррекции технического задания. Это, собственно, обычный (стандартный) путь решения инженерных и исследовательских задач .
В первую очередь можно задаться
Кувх=1
и найти максимальное значение напряжения входного аналогового сигнала:
Зная, что современные методы построения УВХ дают возможность реализации относительных ошибок
и 
до 10-4 и ниже, можно установить требования к допустимой погрешности: 
Ориентируясь на выполнение аналогового тракта на операционных усилителях (ОУ), задаются стандартной величиной напряжения источников питания:
ЕИ1 = +15 В;
ЕИ2 = -15 В.
Как известно, в схемах на ОУ достаточно легко реализуются большое входное сопротивление (до единиц мом) и малое выходное сопротивление (менее десятков - сотен ом), поэтому устанавливаем требования:
Длительность импульсов управления и период их следования оговорены в техническом задании на РГР. Подлежит определению величина времени хранения:
tхр = Т – tв
и амплитудные значения импульса и впадины на управляющем входе УВХ.
При реализации управляющего тракта полностью на ОУ рекомендуется выбрать:
с последующим уточнением этих данных при расчете принципиальных схем.При реализации блоков оправляющего тракта на транзисторах либо логических элементах можно брать:
Основной характеристикой функционального преобразователя является зависимость выходного напряжения
от входного 
: 
Если зависимость ЭДС датчика задана аналитическим выражением, например, ec = 0,4l2, то искомая зависимость определяется как обратная функция
где Кфп - постоянная преобразователя. Кфп определяется следующим образом. Из п. 4.2.1- известно, что
В соответствии с выводами п. 4.1.4
Отсюда
(1)и, соответственно,
(2)Постановка выражения (2) в (1) позволяет получить аналитическое выражение передаточной характеристики преобразователя
(3)В зависимости (3) нужно построить график
(рис.5), аппроксимировать кривую ломаной и определить графическим путем координаты точек излома 
; 
,где j=1, 2, 3, 4, 5, …n и требуемые коэффициенты усиления на участках по формуле
Рисунок 5 - аппроксимация кривой ломаной
При аппроксимации следует учитывать, что минимальное значение входного сигнала определяется как
где D - динамический диапазон, дБ (он оговорен в задании на РГР).
Если зависимость ЭДС датчика от измеряемой величины задана графической зависимостью, то передаточную характеристику функционального преобразователя находят путем построений. Для этого рекомендуется построить на листе миллиметровой бумаги в увеличенном масштабе график ес= f (l) (рис.6), выделить на нем точки I и 5, соответствующие минимальной и максимальной ЭДС датчика и провести через точку 5 и начало координат ось симметрии.
Рисунок 6 – Определение передаточной характеристики функционального преобразователя
Затем необходимо построить симметричную относительно оси кривую, которая и будет искомой передаточной функцией функционального преобразователя.
Выполнив указанные построения, приступают к определению масштабов по осям
и 
, которые совмещены с осями e и ec.Масштабирование основывается на том, что
После нахождения масштабов по осям аппроксимируют зависимость
отрезками, находят координаты точек излома и требуемые коэффициенты усиления, как уже указывалось выше.Требования к величине выходного сопротивления
функционального преобразователя устанавливаются входным сопротивлением нагрузки, т.е. входным сопротивлением 
УВХ: 
Входное сопротивление функционального преобразователя можно задать ориентировочно в пределах:
,