Проектирование канала сбора аналоговых данных микропроцессорной системы

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

Сумской Государственный Университет

Кафедра Автоматики и Промышленной Электроники

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по курсу: «Электронные системы»

по теме: «Проектирование канала сбора аналоговых данных микропроцессорной системы»

ФЗ 51.6.090803.573ПЗ

Руководитель проекта Макаров М. А.

Проектировал студент Река Д. П.

группы ПЭЗ-51

Оценка работы

Члены комиссии:

Сумы 1999

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................................................................................................. 3

Выбор и расчет СТРУКТУРНОЙ схемы........................................................................................................................ 4

Выбор и расчет структурной схемы аналогового тракта.................................................................................................... 4

Определение технических требований к функциональным блокам аналогового тракта........................................... 5

Выбор и обоснование структурной схемы управляющего тракта.................................................................................... 7

Расчет технических требований к функциональным узлам управляющего тракта..................................................... 8

Выбор и расчет принципиальных схем................................................................................................................ 9

Заключение.................................................................................................................................................................................. 11

Список использованных источников................................................................................................................. 12

ВВЕДЕНИЕ

Канал сбора аналоговых данных представляет собой устройство, обеспечивающее преобразование аналогового сигнала в цифровой код. При этом в канале осуществляется усиление, фильтрация и нормирование сигнала, подавление синфазной помехи; производится нелинейная обработка сигнала с целью линеаризации характеристики датчика и приведение аналогового сигнала к виду, пригодному для ввода в аналого-цифровой преобразователь (АЦП) путем запоминания его мгновенных значений и хранения в течение определенного промежутка времени.

В состав канала сбора аналоговых данных входит также ряд импульсных узлов, которые синхронизируют работу его составных частей и управляют работой АЦП.

АЦП является оконечным узлом проектируемого устройства, и все другие составные функциональные единицы прямо или косвенно обеспечивают его нормальное функционирование.

Выбор и расчет СТРУКТУРНОЙ схемы Выбор и расчет структурной схемы аналогового тракта

АЦП имеет несимметричный аналоговый вход, а датчик – симметричный выход. Отсюда ясно, что в состав аналогового тракта должен входить дифференциальный 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 АЦП, поэтому аналоговый тракт должен обладать коэффициентом усиления не менее чем:

,

где - коэффициент запаса по усилению.

Из задания на проект известно, что наряду с полезным сигналом действует синфазная помеха. Для исключения ее влияния аналоговый тракт должен иметь коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС):

Из задания на проект известна полоса частот спектра полезного сигнала. Это дает возможность сформулировать технические требования к фильтру низких частот по полосе пропускания: граничная частота фильтра , где - верхняя частота спектра сигнала датчика.

В задании на проект не оговорены требования к АЧХ фильтра, поэтому тип фильтра низких частот (ФНЧ) выберем самостоятельно. Для реализации ФНЧ используем RC-фильтр типа Баттерворта 2-го порядка.

Преимущества применения активных RC-фильтров по сравнению с LC-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.

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 фильтра низких частот и хранит его в течение времени хранения .

Из задания на проект известно, что требуется преобразовывать сигнал поступающий от 4 датчиков. В связи с этим в структурную схему должен быть включен мультиплексор.

В итоге анализа всего вышесказанного структурная схема может быть представлена так, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1. Структурная схема аналогового тракта

СУ1…4 – согласующие усилители, ФНЧ1…4 – фильтры нижних частот, УВХ1…4 – устройства выборки-хранения, MS – мультиплексор, АЦП – аналого-цифровой преобразователь.

Определение технических требований к функциональным блокам аналогового тракта

Расчет технических требований будем производить в обратном порядке прохождения аналогового сигнала.

В качестве УВХ используем те принцип действия, которых основан на заряде емкости через ключ в течение интервала , выборки и хранения накопленного значения в течение времени  после отключения ключа. 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 .