Разработка функциональной схемы модуля измерения ОСШ

7. Разработка функциональной схемы модуля измерения ОСШ.

Функциональная схема разрабатываемого модуля измерения ОСШ будет содержать многие общие с прибором ИСШ-4 детали, но ввиду изменения принципа обработки сигнала есть необходимость полностью пересмотреть функциональную схему измерительной части.

До какой-либо обработки видеосигнала предусматривается усиление его величины. Это необходимо для того, чтобы дальнейшая обработка производилась с сигналом достаточно большого уровня, что обеспечит большую точность при преобразовании сигнала другими блоками. Для этого на входе схемы установлен предварительный усилитель с фиксированным коэффициентом усиления. Затем сигнал поступает на блок выделения синхросигналов и на устройство линейного сравнения и компенсации (УДСК). Блок УЛСК состоит из дифференциального усилителя, компаратора напряжения (КН), меры, генератора линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), устройства выборки и хранения (УВХ). Все эти элементы предназначены выполнить задачу приравнивания величины видеосигнала к постоянной величине В_о. На этом этапе ведется обработка уже не полного видео сигнала, а только сигнала строки в которой производится измерение ОСШ. Поэтому перед входом дифференциального усилителя включается ключ, управляемый от блока выделения синхросигналов и открытый только на время прохождения сигнала строки в которой измеряется ОСШ. Автоматическое регулирование уровня сигнала строки происходит таким образом: в начальном состоянии ГЛИН сброшен в ноль и на один вход дифференциального усилителя приходит ноль. Выход усилителя подключен ко входу компаратора напряжения, который сравнивает полученный сигнал с постоянной величиной В_о. Cигнал несущий информацию сравнения управляет ГЛИНом. В тот момент когда сигнал строки станет равным В_о, сигнал управления с компаратора пропадет и величина напряжения на выходе ГЛИНа будет храниться в УВХ до конца цикла измерения. Таким образом пронормированный сигнал поступает в измерительный блок. Измерительный блок состоит из аналого-цифрового преобразователя (АЦП), генератора опорного напряжения и генератора тактовых импульсов. Также для реализации стробоскопического метода перед АЦП стоит ключ управляемый от схемы перемещения по строке блока выделения синхросигналов. После преобразования аналог-код информация о сигнале поступает в блок цифровой обработки сигнала состоящий из регистра хранения данных, арифметико-логического устройства (АЛУ), постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), оперативного запоминающего устройства (ОЗУ). В этом блоке происходит реализация алгоритма (3.5) и вычисление результата измерения, который в дальнейшем выводиться на отображающее устройство.

Функциональная схема модуля измерения ОСШ изображена на рисунке 7.1.

8.Разработка принципиальной схемы измерительного блока модуля измерения ОСШ.

Входной усилитель состоит из усилителя с фиксированным коэффициентом усиления, который необходим для предва-рительного усиления полного видеосигнала. Такая необходимость обусловлена точностными требованиями, которые в дальнейшем будут предъявлены системе АРУ.

Этот усилитель состоит из прецезионного усилителя, собранного на операционном усилителе (ОУ). Для построения выбрана интегральная микросхема (ИМС) КР140УД1101, которая отвечает требованиям, предъявляемым к этому усилителю в связи с необходимостью работы в частотном диапазоне видеосигнала. ИМС КР140УД1101 представляет собой быстро-действующий операционный усилитель, имеющий повышенную скорость нарастания выходного напряжения (50В/мксек.) и малое время установления. Коэффициент усиления выбран равным 15. Это связано с необходимостью достичь на выходе усилителя амплитуды сигнала близко 12В. Так как стандартный уровень белого в видеосигнале равен 0,7В, коэффициент усиления равен .Принципиальная схема входного усилителя изображена на рисунке 8.1.

Рисунок 8.1.

Схема включения ОУ представляет собой неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления равным отношению

.

Исходя из R1=15Ком.

Ком.

Сопротивление R3 выбрано исходя из требования ТЗ о входном сопротивлении прибора.

Усиленный до необходимой величины сигнал подается на коммутатор, функция которого заключается в выделении из сигнала только части, которая несет в себе информацию строки в которой производится измерение ОСШ. В качестве такого ключа используется ключ на МДП-транзисторах с индуцированным затвором р-типа, который входит в состав микросхемы К547КП1А. Ключ управляется блоком выделения строки.

После коммутатора сигнал выделенной строки подается на схему устройства линейного сравнения и компенсации (УЛСК).

Принципиальная схема УЛСК изображена на рисунке 8.2.

УЛСК состоит из дифференциального усилителя на ОУ DA2, в качестве которой также используется ИМС КР140УД1101, компаратора напряжения, источника напряжения В_о, интегратора и устройства выборки и хранения.

Сигнал выделенной строки пройдя через дифференциальный усилитель подается на компаратор напряжения, в качестве которого используется ИМС К521СА4 (DA3). Компаратор срав-нивает значение сигнала с опорным напряжением, которое соответствует В_о. В данном случае величина опорного напряжения выбрана равной 12В. Наличие опорного напряжения обеспечивает ИМС КР140УД17Б (DA4) на которой собран высоко-стабильный источник опорного напряжения.

В случае если величина сигнала выделенной строки меньше В_о компаратор вырабатывает сигнал, который запускает генератор линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН) который собран на ИМС КР140УД22 (DA5). Величину выходного напряжения ГЛИНа хранит устройство выборки и хранения на ИМС КР140УД1208 (DA6). Это напряжение поступает на один из дифференциальных входов ИМС DA2. Величина выходного напряжения на выходе DA2 равна

Так как напряжение U_ару  возрастает, возрастает и выходное напряжение и наступит момент, когда напряжения на входах уравняются и тогда устройство выборки и хранения зафиксирует величину напряжения до конца цикла измерения.

Для того чтобы во время когда сигнал выделенной строки отсутствует ГЛИН не работал, предусмотрена блокировка выходов компаратора сигналом с блока выделения строки.

Величина резисторов R5,R6,R7,R8, которые влияют на коэф-фициент усиления дифференциального усилителя выбраны таковыми, что при величине U_вх=12В коэффициент усиления диф-ференциального усилителя равен 1.

Исходя из формулы (8.1)

 при U_ару=0

R5=R6=R7=R8=15Ком.

Далее необходимо расчитать источник опорного напряжения на DA4. Величину выходного напряжения задают резисторы R9,R10,R11. Номинал резисторов находится по формуле

В схеме применен стабилитрон КС147А,

Величина этого резистора подбирается при настройке, поэтому в схему устанавливается подстроечный резистор.

Сигнал после дифференциального усилителя попадает на вход компаратора напряжения, где сравнивается с В_о . Результат сравнения на выходе появляется в виде:

Этот сигнал попадает на вход интегратора напряжения собран-ного на ОУ. Для уменьшения влияния шумов перед входом интегратора включена RС цепочка.

Функция устройства выборки и хранения состоит в том, чтобы в начале цикла измерения в течении определенного времени произвести подстройку системы, которая заключается в обеспечении амплитуды выделенной строки после дифференциального усилителя равной В_о. Длительность цикла подстройки равна 5 секундам. Частота кадровой развертки отечественного стандарта равна 50 Гц, за интервал между двумя кадровыми импульсами проходит 312,5 строк, вторая половина растра проходит в следующий интервал. Из этого следует что определенная строка следует с частотой 25 Гц. Значит в течении интервала 5 сек. строка в которой проводится измерение появится 20 раз. Из этого следует, что скорость нарастания выходного напряжения ГЛИНа должна быть такой, чтобы к концу интервала в 5 сек. выходное напряжение ГЛИНа достигло максимума диапазона амплитуды (12В). Длительность импульса строки равна 60 мксек. Следовательно суммарное время работы ГЛИНа равно 1,2 мсек. Для сброса заряда конденсатора по окончанию цикла измерения предусматривается шунтирование его управляемым ключом. Схема ГЛИНа представлена на рисунке.

Необходимо расчитать параметры RС цепи образующей парралельную отрицательную обратную связь по напряжению. Выходное напряжение определяется выражением:

Приняв С=0,1мкФ определяю R

Схема устройства хранения значения выходного напряжения ГЛИНа является типовой схемой включения микросхемы КР140УД1208 и описана в { }.

После УЛСК пронормированный сигнал выделенной строки подается на инвертирующий вход дифференциальный усилитель также собранный на ИМС КР140УД1101. Задачей этого усилителя является компенсация в сигнале величины собственно видеосигнала и усиление оставшегося сигнала, являющегося по сути измеряемым шумом, до величины динамического диапазона аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Таким образом необ-ходимо определиться с выбором АЦП. Исходя из требований к быстродействию и к разрядности АЦП выбирается СБИС десяти разрядного АЦП считывания КМ1107ПВ6. Максимальная частота преобразования этой СБИС - 15 Мгц, диапазон входного напряжения 0....-3В.

Таким образом дифференциальный усилитель должен усилить компенсированный сигнал максимум до -3В.

 Принципиальная схема дифференциального усилителя показана на рисунке 8.3.

Рисунок 8.3.

Исходя из диапазона в котором будут производиться измерения ОСШ и величины видеосигнала можно сказать, что величина U_шум на данном этапе не будет превышать 1,2В. Значит коэффициент усиления должен составлять 2,5.

Функция компенсации видеосигнала выполняется подачей на неинвертирующий вход дифференциального усилителя величины В_о с источника опорного напряжения описанного выше.

Величина резисторов R1,R2,R3,R4, которые влияют на коэф-фициент усиления дифференциального усилителя выбраны исходя из формулы:

R1=R3=7,5Ком

R2=R4=3Ком.

Схема включения АЦП является типовой и расчета не требует за исключением расчета источника опорного напряжения собранного аналогично источнику В_о.

Величину выходного напряжения задают резисторы R46,R47,R48. Номинал резисторов находится по формуле

В схеме применен стабистор КС113А,

Величина этого резистора подбирается при настройке, поэтому в схему устанавливается подстроечный резистор.

.

После АЦП происходит обработка сигнала уже в виде кода в цифровой части прибора.

Укрупненная функциональная схема блока цифровой обработки сигнала изображена на рисунке 8.4.

Десятиразрядный код от АЦП постурает на входные регистры которые помимо функции хранения кода между выборками выполняют функцию мультиплексирования сигнала из 10 в 8.

Функции ЦПУ, ОЗУ,ПЗУ,УВВ выполняет СБИС однокристаль-ной восьмиразрядной микро-ЭВМ КМ1816ВЕ48.

Эта микросхема выбрана исходя из требований к объему ПЗУ, ОЗУ, а также, что не мало важно, то что эта СБИС имеет перепрограмируемое ПЗУ. Этот параметр имеет большое значение так как предполагается не большое количество изготовляемых приборов.

Десять разрядов кода с АЦП поступают на регистры и по заднему фронту строб-сигнала записываются и запоминаются до прихода следующего импульса. Код считывается в однокристальную ЭВМ в такой последовательности:

по приходу сигнала с микро-ЭВМ на чтение памяти считывается младшие восемь разрядов;

разряды 9 и 10 выставляются на шину по приходу сигналаТ1 вместе с сигналом чтения памяти.

На время чтения регистров выходы незадействованного регистра переводятся в Z-состояние.

Микро-ЭВМ производит операции запоминания предыдущего значения NK, вычисление разности Nk и Nk-1, суммирование разностей, вычисление корня суммы и дальнейшие вычисления по формуле 3.5.

Результат измерения появляется в виде 12 разрядного двоично-десятичного кода на выводах портов 1 и 2 микро-ЭВМ.

Этот код подается на дешифраторы КР555ИД18 предназначенные для преобразования двоичного кода в код для семисегментных индикаторов АЛС324Б.

9. Анализ погрешности модуля измерения ОСШ.

9.1. Погрешность входного усилителя.

9.1.1.Погрешность от конечного усиления ОУ.

Погрешность от конечного усиления определяется по формуле:

;

где К - коэффициент усиления на частотах измерения

 - коэффициент передачи обратной связи.

Коэффициент усиления ОУ КР140УД1101 на рабочей частоте равен 50000.

Погрешность по характеру мультипликативная, систематическая.

Похожие работы

Измеритель коэффициента шума

Скачать

119959

17

32

... – 3 0,1; 0,2; 0,4; 1; 2; 4 N8974A 0,01 – 6.7 0,1; 0,2; 0,4; 1; 2; 4 N8975A 0,01 – 26.5 0,1; 0,2; 0,4; 1; 2; 4 Таблица 4.3 - Технические особенности ИКШ серии NFА Структурная схема измерителя коэффициента шума N8973A представлена на рисунке 4.4. Рисунок 4.4 - Структурная схема ИКШ N8973A В преобразователе частот (блок радиоприемного тракта) спектр входного сигнала сначала ...

Допплеровский измеритель скорости кровотока

Скачать

157070

33

0

... Аорта 30-60 Большие артерии 20-40 Вены 10-20 Малые артерии, артериолы 1-10 Венулы, малые вены 0.1-1 Капилляры 0.05-0.07 Ограничения, налагаемые на частотный диапазон существующих допплеровских измерителей скорости кровотока, обусловлены, в основном, двумя причинами: сложностью получения приемлемых параметров УЗ преобразователя, выполненного на основе пьезокерамики, для работы на ...

Устройство измерения отношения двух напряжений

Скачать

83278

20

0

... устройств относительно не велика, соответственно по форме финансирования это могут быть и частные фирмы и госпредприятия. Величина закупок данного вида устройств не может быть высока, т.к. операция измерения отношения двух напряжений является весьма специфической, хотя как таковая она может быть использована в управлении различными техпроцессами на заводах. Приобретая разрабатываемое устройство, ...

Однокритериальный измеритель частотной избирательности радиоприёмника

Скачать

81641

9

9

... 2. Разработка структурной схемы устройства 2.1 Расчёт основных системных показателей В данном разделе даётся описание метода обобщенной (однокритериальной) оценки частотной избирательности радиоприёмника, а так же соображения о построении аппаратуры. Предполагается применение двухчастотного зондирования с имитацией статистических характеристик прогнозируемой электромагнитной обстановки. ...