Проект устройства для сбора и хранения информации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание на выполнение курсовой работы

Спроектировать устройство для сбора и хранения информации:

- количество измерительных каналов 2

- напряжение на выходах первичных преобразователей -10 В

- период опроса измерительного канала 20 мсек

- время сбора информации 10 сек

- разрядность с контрольным разрядом 8

- включение ИИС каждые 2 ч

- выдача информации по запросным сигналам с ПЭВМ

- питание: ~220 В, 50 Гц.

Аннотация

В данном курсовом проекте разрабатывается схема электрическая принципиальная Устройство для сбора и хранения информации. Данное устройство построено на АЦП, содержит 2 входных канала, информация преобразуется АЦП и сохраняется в БЗУ. В пояснительной записке приводятся описания устройства, структурной и функциональной схем.

Графическая часть включает в себя принципиальную схему на формате А1

Содержание

1. Выбор элементной базы и структурной схемы устройства

2. Разработка схемы электрической принципиальной устройства

2.1 Расчет АЦП

2.2 Расчет БЗУ

2.3 Расчет блока управления

2.4 Расчет блока питания

Заключение

Литература

1. Выбор элементной базы и структурной схемы устройства

Устройство для сбора и регистрации информации представляет собой информационно-измерительную систему, предназначенную для экспериментальных исследований среды или какого-либо объекта. К таким устройствам относятся, например, ИИС для долговременного исследования океана, атмосферы, автоматизированные системы управления технологическими процессами.

Устройство для сбора и регистрации информации является многоканальным. Каждый измерительный канал содержит первичный преобразователь, предназначенный для преобразования измеряемого параметра в физическую величину, удобную для измерения.

В состав ИИС входят четыре устройства: многоканальное АЦП, буферное запоминающее устройство (БЗУ), блок управления и блок питания (рис.1)

Рисунок 1- Структурная схема.

Блок управления формирует сигнал «начало цикла», который устанавливает в «0» счетчик адреса БЗУ, а также формирует операцию запись в БЗУ (W/R=0) и импульсы запуска FАЦП.

АЦП последовательно преобразует входные аналоговые сигналы в цифровой код, формирует контрольный разряд и передает все разряды в БЗУ для записи и регистрации. Запуск БЗУ производится импульсом «конец преобразования» с АЦП.

После заполнения БЗУ (или части его) с выхода счетчика адреса выдается сигнал «конец цикла преобразования», который поступает в блок управления. Считывание информации производится по внешним сигналам, поступающим с ЭВМ. По каждому запросу блок управления выдаёт данные с БЗУ, подтверждая их сигналом STR. Скорость передачи в ЭВМ зависит от частоты следования запросных импульсов. После чего все устройство переходит в режим ожидания прихода следующего сигнала «Начало цикла».

2. Разработка схемы электрической принципиальной устройства

2.1 Расчет двухканального АЦП

Двухканальный АЦП предназначен для последовательного преобразования в двоичный код входных аналоговых сигналов. Двухканальный АЦП содержит аналоговые ключи, прецизионные усилители, счётчик каналов и АЦП. Расчёт сводится к выбору элементной базы и расчёту усилителя. В качестве аналогового ключа используется микросхема К561КП2, содержащая 8 каналов коммутации цифровых и аналоговых сигналов и один выход. В качестве усилителей DA1, DA2 выбираем прецизионные ОУ ИС К140УД17, АЦП поразрядного взвешивания - ИС К1113ПВ1 (DA3). Напряжение на выходе первичных преобразователей UВХ изменяется в пределах от -1В до 0 В, количество каналов m=2. Время опроса каждого датчика ТОПР=20 мсек.

Определим коэффициент усиления измерительного тракта:

Кобщ=5В/1B=5

Для улучшения работы измерительного тракта перед усилителем ставим повторитель DA1 (К=1).

R5 = R6=10 кОм

R4>R5 и R4 ? 100 кОм

R8 = К* R5 = 10 кОм

Расчет усилителя DA2 (К=5)

R9 = R10=10 кОм

R12 = К* R8 = 50 кОм

Для возможности подстройки усиления возьмем R12=51 кОм.

Величину резистора на выходе DA4 примем 2кОм (для УД17). В качестве этого резистора выбираем подстроечный резистор R13 и постоянный резистор R14. Обычно R13 ?0,1*R14, R14 =2 кОм,

т.е. R13 =200 Ом,

В качестве R13 применяется подстроечный резистор, который обеспечивает подстройку коэффициента усиления К1 усилительного каскада примерно на 5%.

Режим работы АЦП определяется импульсами управления. Подсчитаем частоту опроса АЦП fАЦП.

fАЦП = m / TОПР =2 / 0,02=100 Гц,

Для получения контрольного разряда к выходу АЦП подключается ИС К561СА1 DD13. Дифференцирующая цепочка C4R15 и ИС DD12.1. формирует сигнал «Конец преобразования». Время преобразования для ИС К1113ПВ1 составляет 30 мксек.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4. Временная диаграмма работы АЦП

2.2 Расчет БЗУ

цифровой микросхема резистор усилитель

Буферное ЗУ предназначено для записи, хранения и выдачи измеряемой информации. В соответствии с ТЗ время сбора информации ТСБОРА=10 сек. Тогда при частоте опроса АЦП fАЦП=100 Гц количество ячеек памяти (количество измерений) будет равно

N= fАЦП*ТСБОРА=1000.

Разрядность c учётом контрольного разряда n=8.

БЗУ можно построить на статических ИС серии К537РУ10. Для работы БЗУ необходимо сформировать адрес А, сигнал выборкиCS, сигнал операцииW/R. Счетчик адреса на 1000 чисел включает ИС DD15, DD16, DD18.

Схема управления БЗУ включает в себя триггер DD17 и распределитель импульсов DD19. Микросхемы DD15, DD16 формируют адрес БЗУ.

В исходном состоянии триггер DD18.1 находится в состоянии «0», на входе R DD19 будет «1» и счётчик распределитель DD18.2 установлен в «0». В момент прихода с АЦП сигнала «Конец преобразования» триггер DD18.1 устанавливается в состояние «1» и счётчик DD19 начинает считать тактовые импульсы fТИ. На выходе DD19 формируется последовательность тактовых импульсов (0-8), которая формирует управляющие сигналы:CS, строб, увеличение адреса БЗУ. Девятый импульс последовательности устанавливает триггер DD18.1 в исходное состояние (на входе R DD18 будет «1») . Временная диаграмма работы БЗУ приведена на рис. 6

Рисунок 2- Временная диаграмма работы БЗУ

Весь цикл обращения к БЗУ составляет максимум 10 периодов частоты fТИ, т.е. время записи в БЗУ (ТБЗУ) равно ТОБР К БЗУ =10 / fТИ.

Например, если fТИ =32768 Гц, то ТОБР К БЗУ =305 мксек.

Подсчитаем длительность импульса запуска АЦП ТАЦП:

ТАЦП >ТПРЕОБР. АЦП + ТОБР К БЗУ =30 мксек + 305 мксек =335 мксек для fТИ=32768 Гц. Примем ТАЦП =0,7 мсек << Т1

Для формирования ТАЦП можно использовать одновибратор на триггере или на таймере. Информационные выходы БЗУ и импульс «Строба» через разъем SX2 подключены к ЭВМ.

2.3 Расчет блока управления

Блок управления предназначен для формирования сигналов «Начало цикла», «Запуск АЦП», «Выдача в ЭВМ», «W/R», а также для формирования времени задержки. Возможная временная диаграмма его работы приведены на рисунке 3. Здесь в качестве генератора импульсов использована ИС К176ИЕ12 (DD1); триггер DD10.2 формирует сигнал записи-чтения W/R. DD10.1 - одновибратор, который формирует сигнал запуска АЦП. Длительность импульса определяется по формуле:

ТАЦП =0,69* R11C3=0,7 мсек

Возьмем R11=100 кОм, C3=10 нФ.

Рисунок 3 - временная диаграмма работы блока управления

2.4 Расчет блока питания

Данное устройство имеет два напряжения питания U1=5В и U2=15В. Следовательно, блок питания состоит из двух стабилизаторов напряжения.

Для определения токов потребления для каждого стабилизатора напряжения, составим таблицу 1.

Таблица1.

Стабилизатор напряжения на 5 и 15 вольт представлен на следующем рисунке:

Рисунок 4 - Схема блока питания

Справочные данные микросхемы К142ЕН5А[3]:

Uвх=7.5…15В; Uвых=4.9…5.1В; Iн=3А; Iпотр=10мА; КнI=3%.

Исходя из справочных данных и таблицы 1 удостоверяемся, что Iпотр<Iн 198 мА<3000мА.

Выбираем С7: К50-16-25В-2200мкФ

С10: К50-16-25В-100мкФ

Справочные данные микросхемы К142ЕН6А[3]:

Uвх= -30…+30В; Uвых=14.7…15.3В; Iн=2А; Iпотр=7.5мА; КнI=0.1%; КнI=0.0015%.

Условие Iпотр<Iн , 48<2000мА, выполняется.

Выбираем С5, С6, С8: К50-16-25В-2200мкФ

С9, С11, С12: К50-16-25В-100мкФ

В качестве диодного моста в обоих случаях применяем диодный мост КЦ 412А.

В соответствии с рассчитанными стабилизаторами выяснили, что вторичные обмотки трансформатора должны иметь напряжения U1=10В и U2=35В со средним выводом. Токи вторичных обмоток: I1=1А, I2=0.5А.

2.5 Описание работы устройства

Начало работы определяется сигналом «Начало цикла», формирующегося по внешнему сигналу. При этом запускается триггер (DD10.2) и формируются сигналы «W/R», разрешается работа счетчика адреса БЗУ (DD 15 и DD16) и начинается работа на передачу информации из АЦП в БЗУ. АЦП (DА3) преобразует аналоговый сигнал, поступающий с усилителя (DDА2) в цифровой код. После каждого преобразования АЦП формирует сигнал

«Конец преобразования», который запускает схему формирования управляющих сигналов БЗУ . При этом цифровой код с АЦП записывается в нулевую ячейку БЗУ, после чего к счетчику адреса (DD 15 и DD 16)

добавляется 1. Через заданное время (20мс) формируется следующий импульс «Запуск АЦП», по которому следующий параметр преобразуется в цифровой код и записывается в следующую ячейку БЗУ.

Процесс преобразования продолжается пока не заполнятся все используемые ячейки БЗУ и на выходе счетчика адреса БЗУ не сформируется сигнал «конец цикла измерений», который устанавливает триггер (DD ) в исходное положение. При этом запрещается работа счетчика адреса БЗУ и происходит переход в режим передачи информации в ЭВМ по окончанию измерений с частотой 32768 Гц. По приходу сигнала «конец цикла измерений» счетчики адреса обнуляются. БЗУ передаёт 7 бит информации и увеличивает адрес БЗУ на 1. Происходит выдача информации из БЗУ в ЭВМ по запросным сигналам. После выдачи информации устройство переходит в режим ожидания и ожидает прихода сигнала «начало цикла измерений».

Заключение

В ходе работы была спроектирована структурная схема информационно-измерительной системы. По структурной схеме была разработана схема электрическая принципиальная. Произведен расчет и выбор элементной базы.

Полученная информационно-измерительная система разработана в соответствии с ТЗ и имеет следующие параметры:

- количество измерительных каналов 2

- напряжение на выходах первичных преобразователей-10 В

- период опроса измерительного канала 20 мсек

- время сбора информации 10 сек

- разрядность с контрольным разрядом 8

- включение ИИС каждые 2 ч

- выдача информации по запросным сигналам с ПЭВМ

- питание: ~220 В, 50 Гц.

Литература

1. Опадчий Ю.Ф Аналоговая и цифровая электроника./ Ю.Ф. Опадчий, О.П. Глудкин, А.И Гуров- М.: Радио и связь, 1996. - 768с.

2. Лаврентьев Б.Ф. Схемотехника электронных средств: Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов / - Йошкар-Ола: Мар-ГТУ, 2003.-24с.

3. Якубовский С.В. Цифровые и аналоговые микросхемы: Справочник/ С.В. Якубовский. - М.: Радио и связь, 1989. - 496с.

4. Аналоговые и цифровые микросхемы / Справочное пособие - М.: Радио и связь, 1984. - 432с.

5. Бирюков С.А Применение цифровых микросхем серий ТТЛ и КМОП / С.А. Бирюков-2 из., стер - М.; ДМК, 2000 -240с.

Размещено на Allbest.ru