Схема сбора аналоговой информации микропроцессорной системы (стр. 4 из 6)

учитывая, что в последующем большие значения

потребу-

ют применения ОУ с малым значением входных токов.

Основными характеристиками и параметрами фильтра нижних частот являются:

1. Верхняя граничная частота

2. Неравномерность АЧХ в полосе пропускания.

3. Скорость спада частотной характеристики на переходном участке АЧХ.

4. Коэффициент передачи

по напряжению в полосе пропускания.

5. Входное

и выходное

сопротивления.

6. Напряжение источников питания.

В задании на проектирование не оговорены требования по неравномерности АЧХ и скорости спада, поэтому их выбор дается на* усмотрение разработчика.

При использовании фильтров Баттерворта неравномерность АЧХ в полосе прозрачности задавать не требуется, так как она получается минимальной.

Скорость спада можно выбрать порядка 12 дБ/октаву (40 дБ/дек).

Фильтры Баттерворта, выполненные на ОУ, имеют

= (1,35 ÷ 1,5) [2]. Отсюда можно определить требования к максимальной величине входного напряжения:

Входное и выходное сопротивления выбираются из условия

= (10-1000) кОм;

= (0,1-0,01)

;

Напряжение источников питания желательно выбрать одинаковым для всех функциональных блоков. Согласующий усилитель является одним из ответственных узлов аналогового тракта. Он выполняет основное усиление сигнала, подавляет синфазную помеху, обеспечивает согласование с датчиком и регулировку выходного напряжения. Согласующий усилитель должен обладать номинальным коэффициентом усиления разностного сигнала не менее чем

Этот коэффициент усиления изменяется в пределах ± 10 дБ:

Коэффициент ослабления синфазной помехи у него должен быть не менее чем:

Входное сопротивление

необходимо выбрать таким образом, чтобы оно обеспечивало возможность смены датчиков:

где

- среднее значение выходного сопротивления датчика, Ом;

-диапазон изменения выходного сопротивления датчика, Ом; D - динамический диапазон изменения выходного сигнала датчика, дБ. Выходное сопротивление согласующего усилителя:

Требования к числу источников питания и их выходному напряжению выбираются на общих основаниях.

Выбор и обоснование структурной схемы управляющего тракта.

Задачей управляющего тракта является создание двух синхронизированных с выходным сигналом задающего генератора последовательностей импульсов для управления УВХ и АЦП, Одна часть параметров этих периодических сигналов оговорена в задании на проектирование (длительности импульсов выборки t_в и пуска АЦП

, их период следования T) , а другая получена в результате проектирования аналогового тракта (амплитуды импульсов).

В качестве задающего генератора в соответствии с заданием должен использоваться либо генератор синусоидальных колебаний, либо генератор прямоугольных импульсов.

Проанализируем случай с генератором синусоидальных колебаний.

Использовать непосредственно для управления, например УВХ, выходное напряжение генератора нельзя из-за его синусоидальной формы и несоответствия длительности полуволны и длительности импульса управления УВХ,

Импульсы управления УВХ должны иметь прямоугольную форму и требуемую длительность t_в, причем t_в <0.5T.

Следовательно, необходимо включить в состав управляющего тракта формирователь импульсов выборки (ФИВ), параметры выходного сигнала которого обеспечивали бы работу по управляющему входу УВХ, например заторможенный мультивибратор.

Непосредственный запуск ФИВ осуществить напряжением формы трудно. В этой связи требуется сформировать короткие пусковые импульсы из сигнала задающего генератора. Реализовать это можно при помощи ограничителя (или усилителя-ограничителя) и дифференцирующей RC -цепочки.

В соответствии с техническими требованиями на РГР пуск на АЦП должен происходить спустя время t_зад после окончания импульса выборки. Осуществить задержку можно различными способами. Один из них - при помощи заторможенного мультивибратора, генерирующего импульс длительностью, равной требуемой задержке t_зад в момент окончания импульса выборки.

И, наконец, в состав управляющего тракта необходимо ввести формирователь импульсов пуска (ФИП) АЦП, запуск которого осуществляется по срезу импульса заторможенного мультивибратора задержки (ЗМЗ).

Структурная схема управляющего тракта приведена на рис.7. Здесь же даны временные диаграммы, поясняющие ее работу.

Расчет технических требований к функциональным узлам управляющего тракта рекомендуется производить по методике, изложенной в разд.4 настоящих методических указаний. При этом следует предварительно проработать вопросы схемной реализации блоков и оценить возможность осуществления предъявляемых требований к формам и параметрам сигналов при исполнении на транзисторах, операционных усилителях либо логических элементах.

Рисунок 7 – Структурная схема управляющего тракта

5. ВЫБОР И РАСЧЕТ ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ СХЕМ ОСНОВНЫХ БЛОКОВ КАНАЛА СБОРА АНАЛОГОВЫХ ДАННЫХ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ

Прежде чем приступить к составлению принципиальных схем проектируемых узлов, необходимо ознакомиться по литературе [2;3] и конспекту лекций по курсу "Аналоговая схемотехника" с принципом действия схем аналогичного назначения, понять особенности их работы, выявить достоинства и недостатки тех либо иных схемотехнических решений.

Затем уже можно вплотную приступить к решению поставленной задачи, учитывая следующие критерии выбора:

1. Возможность достижения технических характеристик, предъявляемых к проектируемым узлам.

2. Простота в настройке и эксплуатации.

3. Минимальное число источников питания.

4. Минимальные габариты, вес.

5. Высокая надежность.

Все принятые технические решения должны быть логически обоснованы.

5.1 Согласующий усилитель

Одна из возможных схем согласующего усилителя приведена на рис.8.

Здесь цепи коррекции смещения нуля и цепи частной коррекции условно не показаны.

Расчет следует начать с выбора типа ОУ в зависимости от минимального уровня сигналов датчика и его выходного сопротивления, величины напряжения синфазной помехи. В большинстве вариантов для согласующего усилителя подходят ОУ общего применения (140УД7, 140УД8, 153УД2 и др.).

Критерием выбора является возможность удовлетворения следующей системы неравенств:

Рисунок 8 – Схема согласующего усилителя

где

- коэффициент ослабления синфазного сигнала ОУ;

- дрейф напряжения смещения нуля ОУ;

- рабочий диапазон температур;

- дифференциальный коэффициент усиления ОУ;

- дифференциальное входное сопротивление ОУ;

- выходное дифференциальное сопротивление датчика

Для достижения наибольшего ослабления синфазной помехи коэффициент усиления первой ступени усиления на ДА1, ДА2 желательно брать наибольшим (т.е. реализовать на ней основное усиление сигнала), а коэффициент усиления разностного усилителя на ОУ ДА3 принять равным единице. В этом случае резисторы R5÷ R8 получаются одного номинала, а следовательно, облегчается их подбор по требуемому допуску и температурному коэффициенту.

Расчет элементов схемы начинают с каскада на ДА3.

Задаются номиналами резисторов в пределах