Кодоимпульсный аналого-цифровой преобразователь (стр. 1 из 2)
Министерство образования и науки Российской Федерации
ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Автоматизированные системы обработки информации и управления»
к курсовому проекту
по дисциплине «Электротехника и электроника»
«Кодоимпульсный аналого-цифровой преобразователь»
Принял: Преподаватель
______________________
подпись, дата
Выполнил: студент
гр.
_______________________
подпись, дата
Омск –
Реферат
Пояснительная записка 18 с., 8 рис., 6 табл., 12 источников
СЧЕТЧИК, ЦАП, КОМПАРАТОР, РЕГИСТР, ЛОГИЧЕСКАЯ МИКРОСХЕМА, операционный усилитель.
Цель работы – разработка кодоимпульсного аналого-цифрового преобразователя с возможностью считывания результатов в ЭВМ, работающего в автоматическом режиме и имеющей большое входное сопротивление.
Содержание
1 Расчет на структурном уровне.. 7
1.1 Распределение погрешностей. 8
2 Расчет электрической схемы... 10
2.2 Выбор элементов схемы.. 10
3 Анализ метрологических характеристик.. 15
4 Электрическое моделирование.. 17
Введение
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) – устройство, осуществляющее преобразование непрерывно изменяющегося аналогового сигнала в цифровой код.
В кодоимпульсном АЦП дискретизация происходит по величине напряжения. Метод преобразования характеризуется наличием нескольких мер, равных числу разрядов кода; комбинации мер по логической программе сравниваются с измеряемой величиной [6].
1 Расчет на структурном уровне
В основе проектирования АЦП было положено кодоимпульсное преобразование, реализующее следящее уравновешивание.
В качестве базовой была взята схема из [6], реализующая выбранный метод преобразования. Эта схема, несколько преобразованная, изображена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Преобразованная схема АЦП
Порядок следования сигнала следующий: на входы операционного усилителя подается входное напряжение и, компенсирующее его, напряжение с ЦАП (при этом усилитель в зависимости от разности напряжений может работать и в своем основном режиме и в режиме насыщения, алгоритм работы такой, что разностный сигнал удерживается в пределах разрешающей способности АЦП). Далее с помощью двух компараторов и схемы 2ИЛИ происходит определение режима изменения кода в зависимости от полярности сигнала. После этого сигнал подается на счетчик, который выполняет тактирование (по входу С), при этом счетчик работает только тогда, когда с блока управления есть разрешающий сигнал (по входу R). Далее используя ЦАП, сигнал преобразуется в напряжение и выводится для сравнения с заданным входным. Процесс повторяется снова.
Таким образом, по истечению времени преобразования, в счетчике мы получим требуемое значение.
1.1 Распределение погрешностей
Исходя из требований ТЗ погрешность АЦП не должна превышать 1%. За максимальную методологическую погрешность (прежде всего погрешность дискретности) взята
δм =0.25%
Отсюда на приборную погрешность приходится:
δп=1% - δм=0.75%
По основной цепи преобразования распределение погрешности представлено в Таблице 1
Таблица 1
| Элемент | Допустимая погрешность |
| Усилители | ≤0.01% |
| Компараторы | ≤0.01% |
| Схема И-НЕ | ~0% |
| Схема ИЛИ | ~0% |
| Счетчик | ~0% |
| АЦП | 0.1% |
1.2 Счетчик
В качестве счетчика берется двоичный реверсивный счетчик. Его разрядность определяется исходя из величины методологической погрешности (δм)
Вначале определяется ступень квантования:
Δ=0.0025*10=0.025
Соответственно емкость счетчика высчитывается следующим образом:
(1)
Отсюда разрядность счетчика N=9 (наименьшая целая степень двойки при которой получается число покрывающая емкость счетчика).
1.3 Опорный генератор
Частота опорного генератора высчитывается по формуле из [6]:
МГц (2)
1.4 Компараторы
В связи с заданием ступени квантования важно определить для компаратора опорное напряжение и максимальную ширину зоны неопределенности, это можно сделать по формуле 3 из [6].
(3)(4)
1.5 ЦАП
ЦАП в схеме должен быть девяти разрядным. Согласно [3] такой ЦАП в униполярном режиме не поддерживается стандартом. Поэтому в данной схеме берется десятиразрядный ЦАП, после которого строится усилительная схема для соответствия входных активных разрядов и выходных напряжений, а также умножения напряжения.
Так, если при 10 разрядах напряжение было Umax=1В, то
(5)В тоже время максимальное выходное напряжение должно соотносится к коду на входе системы, так чтобы при максимуме мы получили 10 В (для минимального это соотношение выполняется Umin=0). Для этого необходимо подобрать коэффициент усиления:
0.9К=107
К=10/0.9=11,11
Корректирующее устройство представляет собой инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления 11,11 и максимальным выходным напряжением не менее 10 В.
2 Расчет электрической схемы
2.1 Выбор схемы
В качестве элементарной базы было выбрано КМДП так как:
· Она способна обеспечить заданное быстродействие
· Эта серия является полной и способной синтезировать АЦП, заданного вида
· По энергопотреблению серия является рекомендуемой, т.к. считается, что при частоте меньшей 3МГц потребление мощности на схемах КМОП меньше чем у ТТL (в данной схеме f = 0.4 МГц).
2.2 Выбор элементов схемы
2.2.1 Регистр
Для соединения АЦП с ЭВМ, чтобы исключить взаимное влияние необходимо поставить регистр, который изображен на рисунке 2.
Рисунок 2- Регистр 530ИР22
Регистр КР531ИР22 предназначен для хранения восьмиразрядного слова, записываемого и считываемого в виде параллельного кода. Запись кода производится асинхронно при действии напряжения логической 1 на входе L. При записи на выходах Q формируется записываемый код. Для перевода регистра в режим хранения необходимо на вход L подать напряжение логического 0. При записи кода и его хранении на входе OE должно действовать напряжение логического 0.
Перевод регистра в третье состояние выходов Z (состояние высокого импеданса) осуществляется подачей напряжения логической1 на инверсный вход OE.
2.2.2 ЦАП
В качестве ЦАП выбрана микросхема КР752ПА1[5]. Это 10-разрядный ЦАП (рисунок 3), выполненный по КМОП технологии с коэффициентом нелинейности δ=0,1%
Рисунок 3 ЦАП КР752ПА1
В Таблице 2 приведены основные параметры ЦАП [11]:
Таблица 2 - Основные параметры ЦАП
| Число разрядов | 10 |
| Время установления | 5 мкс |
| Δ | 0,1% |
| Максимальное выходное напряжение | 1 В |
| Uоп | 10.24 |
| Uип | 5.4 |
2.2.3 Усилитель
В качестве элементной базы для всех усилителей схемы (если это специально не оговорено) выбрана микросхема К140УД7. Она имеет параметры [11],которые отображены в таблице 3: