Перетворювач СКЗ змінної напруги (стр. 3 из 4)

На даному етапі проектування особливу увагу слід приділити вибору таких основних компонентів пристрою як : АЦП, МП комплект , постійна память , оперативна память.

При виборі АЦП основним критерієм буде забезпечення необхідної точності перетворення аналогової величини в код.

Мінімальну кількість розрядів АЦП обчислюють за наступною формулою :

N = I*log₂(100/d_кб)

Де d_кб – середньоквадратична похибка квантування .

В наступному випадку маємо :

N = ]log₂(100/0.05)[= 11 ;

Крім необхідної кількості розрядів АЦП повинен мати статичну і динамічну похибки перетворення .

Цим вимогам задовольняє високоточний дванадцятирозрядний АЦП послідовного наближення К 1108 ПВ2

Коротка характеристика мікросхеми К 1108 ПВ2 :

- нелінійність d_і = ± 2МР (молодших розрядів) ;

- диференційна нелінійність d_ді = 1 (МР)

- час дискретизації 2,6 мкс ;

- напруга внутрішнього джерела опорної напруги 2,6 В;

- струми споживання І_сс1 =60 мА ; І_сс2=150 мА.

Центральний МП буде виконувати наступні функції :

1) Управління роботою пристрою;

2) Обробка даних, знятих з АЦП, з метою обчислення СКЗ напруги;

3) Запам’ятовування 2500 попередніх вимірів .

Враховуючи низьку частоту вхідного аналогового сигналу особливих вимог до швидкодії МП не ставиться. Пристрій в цілому повинен характеризуватися по таким параметрам :

а) простотою реалізації ;

б) простотою програмування;

в) дешевизною виконання;

г) малогабаритністю конструкції;

д) можливістю перепрограмування на виконання іншої задачі.

Взявши до уваги вище перелічені вимоги , а також з інших поглядів доцільним бачиться використання МП комплекту КР 580. Центральний процесор на базі МП КР580ИК80А , має 8-розрядну шину даних , 16 – розрядну шину адрес та 5- розрядну шину управління.

Спряження 12-розрядного АЦП та 8 розрядної системної ШД здійснюється за допомогою двох 8-розрядних регістрів памяті КР580ИР82. Таким чином 12- розрядний код АЦП розбивається на 2 слова по 8 біт.

Орієнтований розрахунок об”єму необхідної пам”яті.

В системі необхідно має бути постійна (ROM) та оперативна (RAM) пам”яті.

В ROM зберігається код програми , тому і об”єм постійної памяті і буде визначатись довжиною основної програми та всіх інших підпрограм.

Команди мови Асемблер мають довжину 1-3 байти. Знаючи сумарну кількість команд основної програми MAIN та памяті підпрограм (див розділ 6)

Можна обчислити об”єм необхідної ROM.

ROM=MAIN_LONG*3+SQRT_LONG*3+SUM_LONG*3+POWER_LONG*3+DIVISION_LONG*3+MAKE_SURE_LONG*3

При чому :

MAIN_LONG– кількість команд в основній програмі;

SQRT_LONG – кількість в програмі SQRT;

SUM_LONG – кількість в підпрограмі SUM;

POWER_LONG – кількість в підпрограмі POWER;

DIVISION_LONG – кількість в підпрограмі DIVISION;

MAKE_SURE_LONG – кількість в підпрограмі MAKE_SURE.

Підставивши чисельні значення дістанемо :

ROM=39*3+300*3+20*3+70*3+70*3+30*3=1587 байт

При виборі ВІС памяті ROM необхідно також врахувати те, щоб вона мала 8-розрядну шину даних (для спряження з МП комплектом , КР 580)

Враховуючи вище вказані вимоги до об”єму та способу спряження ROM доцільним є використання постійної памяті на базі ВІС К573РФ8

Коротка характеристика ВІС К573РФ8

- ємність 2048 (2 кБ);

- час вибірки адреси 350 мс;

- струм споживання 100 мА;

- час зберігання інформації при відключеному живленні =2500 год;

- тип корпусу 2121 , 28-8.

Оперативна память (RAM) використовується для тимчасового зберігання проміжних та кінцевих результатів роботи програми , а також для запам’ятовування оперативної інформації (стек).

В даному пристрої в RАM записується 2500 значень вимірів , кожне з яких має довжину 2 байти. Крім цього в оперативну память записується М двохбайтових вибірок (за період Т вхідної напруги U(t)). При частоті дискретизації АЦП F_д=10 кГц і частоті вхідної напруги f=2.0 Гц , маємо М=F_д /f=10/2.0=5

Це число задовільняє співвідношенню теореми Котельникова. Під стек і проміжні результати обчислень виділимо 300 байт . Тоді сумарний об”єм RAM складає :

2500*2+5*2+300=5310 байт

Як і в ROMшина данихRAM повинна мати 8 розрядів. Враховуючи це , а також об”єм RAMбудуємо оперативну пам”ять на базі трьох ВІС К537РУ8

Коротка характеристика мікросхеми К537 РУ8.

- має тристабільний вхід, в режимах зберігання і запису керується трьома сигналами

- обмін інформацією відбувається по двохнаправленій шині даних;

- об”єм пам”яті 2048 біт;

- час вибірки 190 мс;

- час звертання 320 мс;

- струм споживання 100 мА

При розрахунку попереднього підсилювача напруги визначимо його коефіцієнт передачі.

За еквівалентною схемою складаємо повну матрицю провідностей:

Виключаємо базовий вузол, при цьому скорочена матриця буде мати вигляд:

| Y₁ -Y₁ 0 0 |

| -Y₁ Y_вх+Y₁+Y_c -Y_вх 0 |

Y= | 0 -Y_вхY₂+Y₃+Y_вх+Y_c -Y₂ |

| 0 -кY_вих kY_вих –Y₂ Y₂+Y_вих |

Коефіцієнт передачі по напрузі як і в попередньому випадку визначається з рівняння

К₁₄ =D₁₄/D₁₁;

| -Y₁Y_вх+Y₁+Y_c -Y_вх |

D₁₄= | 0 -Y_вхY₂+Y₃+Y_вх+Y_c | = kY_вих(Y₂+Y₃)Y₁

| 0 -кY_вих kY_вих – Y₂ |

| Y_вх +Y₁ +Y_с -Y_вх 0 |

D₁₁ = | -Y_вх Y₂+Y₃+Y_вх+Y_с -Y₂ |=

| - кY_вих kY_вих– Y₂ Y₂+Y_вих|

=Y₁(Y₂+Y₃)Y_вих+Y₂Y₁(kY_вих-Y₂)=kY_вихY₂Y₁

K₁₄=(kY_вих(Y₂+Y₃)Y₁)/(kY_вихY₂Y₁) = 1+(R₂/R₃)

В якості операційного підсилювача вибираємо мікросхему К140УД1В

Задаємо значення R₁=10кОм.

Тоді

R₂=kR₃-R₃

Так як коефіцієнт передачі по напрузі даного підсилювача повинен бути рівним 50 то

R₂=50*10*10³ – 10*10³ = 490 kOm

Оскільки в номінальному ряді опорів немає такого номіналу , то набираємо R₂з двох опорів

R₂=R₂¢+R₂¢¢ R₂¢=470 kOm i R₂¢¢=39 kOm,

Причому R₂¢¢ буде змінним опором.

5 Оцінка похибки пристрою.

В проектованому пристрою основний вклад в похибку буде вносити тракт аналогово- цифрового перетворення , а також методичну похибку внесе чисельний метод визначення інтегралу.

При аналого-цифровому перетворенні виникають як статичні, так і динамічні похибки.

Перші є результатом відхилення реальної статичної характеристики АЦП від прямої лінії , другі – результат зміни вхідного сигналу за час дискретизації t_д .

При вхідному сигналі U(t) АЦП частотою 60 Гц і час дискретизації АЦП t_д =7.6 мкс – динамічна похибка буде надзвичайно малою (зміна U(t)) = U_m*sinwtза час 2.6 мкс). Тому при обчисленні похибки АЦП будемо враховувати тільки її статичну складову.

d_АЦП =100/2^N; (5.1)

d_АЦП=100/2¹²=100/4096;

Похибка чисельного методу :

d_U.M = h²((b-a)/24)max_[a,b] |(sin²x)¢¢|

при М=200 отримаєм d_U.M = 0.014% ; d_пр=d_АЦП+d_U.M

6 Програмна частина.

Програмне забезпечення , що керує роботою пристрою, має блочну структуру і складається з основної програми MAIN та п’яти підпрограм.

1 п/п SQRT – реалізує добування кореня квадратного з чотирьохбайтного числа;

2 п/п POWER – підносить двохбайтне число до квадрату ;

3 п/п DIVISION – ділить чотирьохбайтне число на двохбайтне;

4 п/п SUM – сумує М двохбайтних чисел;

6 п/п MAKE_SURE – перевіряє , чи напруга U(t) знаходиться в фазі І-ї вибірки.

В системі прийняті наступні адреси по пристроях :

0000 – 1FFF – тригер

2000 – 3FFF – регістр RG1

4000 – 5FFF – регістр RG2

6000 – 7FFF – вхід АЦП ERD ;

8000 – DFFF – RAM;

E000 – FFFF – ROM.

Блок-схема програми MAIN.

ні

так