Xreferat.com » Рефераты по радиоэлектронике » Розробка мікропроцесорного пристрою системи автоматичного регулювання

Розробка мікропроцесорного пристрою системи автоматичного регулювання

Міністерство освіти України

Державний університет
“Львівська політехніка”


Комп’ютерний факультет


Кафедра систем автоматизованого проектування


ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

до курсової роботи

з дисципліни “Електронні обчислювальні машини
і мікропроцесорні системи”

на тему: Розробка мікропроцесорного пристрою
систем
и автоматичного регулювання


Допущено до захисту:

Дата:

Виконав:

студентка групи ІСМ-41

Шаховська Н. Б.

Прийняв:

Теслюк В. М.

Оцінка:

Залікова книжка № 9517007

Дата:


Львів

1998

Державний університет
“Львівська політехніка”

Кафедра САП

Дисципліна “Електронні обчислювальні машини і мікропроцесорні системи”

Спеціальність “Інформаційні системи та мережі”

Курс IV Група ІСМ-41 Семестр 7


Завдання

на курсову роботу студента

Шаховської Н. Б.


1. Тема проекту: “Розробка мікропроцесорного пристрою системи автоматичного регулювання ”

2. Термін здачі проекту: 16.12.1998

3. Вихідні дані для проекту.

Останні цифри залікової книги: mn=07. За формулою

визначаємо

k=18 l=8; рівняння –

k=3 l=1; розрядність АЦП – 8;

k=2 l=1; вхідний сигнал – однополярний невід’ємний;

k=9 l=8; організація обміну з АЦП – через переривання RST 7;

k=7 l=2; вид функціонального вузла – системний контролер з використанням КР580ВК28.

4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки:

1) Для заданого рівняння систем в регулювання здійснити йoгo часткову дискретизацію і отримати відповідне рівняння цифрового фільтра (ЦФ). Побудувати аналогову схему, яка описується заданим рівнянням.

2) Скласти і детально описати структурну схему МПП з врахуванням особливостей індивідуального завдання.

3) Скласти схему алгоритму функціонування МПП. Вибрати структуру представлення даних при заданій розрядності АЦП, який здійснює дискретизацію і квантування вхідного сигналу.

4) У відповідності з індивідуальним завданням вибрати типи АЦП і ЦАП. Скласти і описати принципові схеми підключення АЦП і ЦАП до МПП. Нарисувати часову діаграму роботи АЦП.

5) Скласти на мові асемблеру мікропроцесора КР580ВМ80 програму вводу інформації через АЦП і виводу через ЦАП.

6) Скласти програму відповідної цифрової обробки інформації. Оцінити верхню граничну частоту ЦФ.

7) Скласти і детально описати фрагмент принципової схеми реалізації функціонального вузла, вказаного в індивідуальному завданні.

5. Перелік графічного матеріалу

Принципова схема електрична МПП

6. Дата видачі: 15.9.1998


Календарний план

№ п/п

Назва етапів курсового проекту

Термін виконання етапів проекту

Примітки

1

Побудова рівняння цифрового фільтру

16.09 – 18.09


2

Побудова схеми реалізації ЦФ

19.09 – 20.09


3

Побудова аналогової схеми ЦФ

22.09 – 28.09


4

Визначення структури МПС

30.10 – 02.10


5

Розробка алгоритму функціонування ЦФ

05.09 – 10.10


6

Визначення структури представлення даних

11.10 – 12.10


7

Вибів АЦП

13.10 – 16.10


8

Побудова схеми підключення АЦП

17.10 – 19.10


9

Вибір ЦАП

20.10 – 21.10


10

Побудова схеми підключення ЦАП

22.10 – 25.10


11

Розробка програми переривань

01.11 – 02.11


12

Розробка основної програми

05.11 – 10.11


13

Визначення верхньої граничної частоти ЦФ

13.11 – 15.11


14

Побудова принципової схеми електричної ЦФ

20.11 –27.11


15

Опис принципової схеми СК

27.11 – 30.11


16

Написання та оформлення пояснювальної записки

02.12 – 06.12



Анотація

Виконання даної курсової роботи присвячене розробці мікропроцесорних пристроїв систем автоматизованого проектуваня. Загальний обсяг роботи становить 40 сторінки. В даній курсовій роботі є 14 рисунків та 5 таблиць. Для виконання роботи викоритано 9 літературних джерел плюс методичка по оформленню курсової роботи. За своєю структурою вона ділиться на 7 частин, кожна з яких відповідає певному завданню, що перераховані вище.


Виконання курсової роботи присвячене для реалізації наступної мети:

  1. поглиблення теоретичних знань, технічних і програмних засобів мікропроцесорних пристроїв;

  2. розвиток навиків самостійної розробки загальної структури МПП з аналогово-цифровим і цифро-анлоговим перетворенням інформації, побудови принципових схем окремих вузлів принципів, розробки та відлагодження програмного забезпечення на мові асамблеру мікропроцесора КР580ВМ;

  3. набуття навиків роботи з технічною та довідниковою літературою з питань реалізації ряду вузлів МПП, вибору аналого-цифрового і цифро-аналогово перетворювачів (АЦП і ЦАП), використання стандартних підпрограм з прикладного програмного забезпечення МП КР580ВМ80.

ЗМІСТ

Державний університет
“Львівська політехніка” 2

Анотація 4

ЗМІСТ 5

специфікації 6

ВСТУП 7

1. ПОБУДОВА ЦИФРОВОГО ФІЛЬТРА 9

1.1 Побудова аналогової схеми 10

2. Структурна схема МП-пристрою 13

3. Алгоритм функціонування МП-пристрою 15

3.1 Схема алгоритму функціонування МПП
як цифрового фільтру, що визначається
заданим рівнянням 15

3.2 Вибір структури представлення даних 18

4. Вибір АЦП і ЦАП 20

4.1 Вибір АЦП 20

4.2 Вибір ЦАП 25

5. Програма вводу інформації
через АЦП і виводу через ЦАП 28

6. Програма цифрової обробки інформації. 30

Основна програма: 31

6.1 Оцінка верхньої граничної частоти фільтру 32

7. Опис фрагменту принципової схеми
реалізації системного контролера. 33

висновок 38

Список літератури 39

додатки 40

специфікації

Абревіатура

Значення

АЦП

БЕ

ВІС

ГТІ

ДШВ/В

ДШП

ДОН

ЗП

КН

МК

МП

МПП

МПС

ОЗП

ПЗП

ПІ

ПП

ППІ

РКС

РПН

СК

СШ

ТГ

ША

ШД

ШК

ШФ

ЦАП

ЦП

ЦФ

- аналогово-цифровий перетворювач

- буферний елемент

- велика інтегральна схема

- генератор тактових імпульсів (див. ТГ)

- дешифратор каналів вводу/виводу

- дешифратор адрес пам’яті

- джерело опорної напруги

- запам’ятовуючий пристрій

- компаратор напруги

- мікроконтролер

- мікропроцесор

- мікропроцесорний пристрій

- мікропроцесорна система

- оперативний запам’ятовуючий пристрій

- постійний запам’ятовуючий пристрій

- підсилювач-інвертор

- підпрограма

- паралельний програмований інтерфейс

- регістр керуючого слова

- регістр послідовних наближень

- системний контролер

- системна шина

- тактовий генератор (див. ГТІ)

- шина адрес

- шина даних

- шина керування

- шифратор

- цифро-аналоговий перетворювач

- центральний процесор

- цифровий фільтр

ВСТУП

Термін “мікропроцесор”, звичайно, несе певну інформацію про пристрій, названий таким іменем. Це пристрій для обробки даних.

На відміну від стандартного ЦП логічні схеми МП реалізовані на одній або декілька ВІС, а так як останній також називаються мікросхемами, то стає зрозумілим походження терміна “мікропроцесор”.

Очевидно, що обробка даних – одна із головних функцій МП, яка включає як і маніпулювання так і обрахунок даних. Іншою функцією МП є управління системою. Схеми управління дозволяють декодувати і виконувати програми – набір команд для обробки даних. Робота мікропроцесора складається з наступних кроків: спочатку вибирається команда, потім логічна схема її декодує, після чого здійснюється виконання цієї команди. Також відбувається обмін інформацією з зовнішніми пристроями, які під’єднані до мікропроцесора.

Мікропроцесори являють собою цифрові великі інтегральні схеми (ВІС), призначені для виконання простих операцій, інакше названих командами, що зчитуються і здійснюються послідовно з великою швидкістю. До числа внутрішніх схем мікропроцесора відносяться багаторозрядні регістри, рівнобіжні тракти даних, буфери для підключення зовнішніх пристроїв, багато­функціональні схеми, логічні схеми синхронізації і керування. Багатофункціональні схеми придназначені для реалізації простих арифметичних і логічних дій над двійковими числами, що знаходяться в регістрах процесора, і пересилок даних як усередині процесора, так і між ним і зовнішніми пристроями. Схеми синхронізації і керування задають порядок дій процесора, для виконання функцій синхронізації їм необхідні тактові імпульси, що постійно поступають.

Розвиток інтегральної технології і схемотехніки цифрових електронних схем призвів до появи інтегральних мікросхем із великою і дуже великою ступенями інтеграції (ВІС і ДВІС), що містять на однім кристалі (в однім корпусі) декілька десятків тисяч, а в останніх розробках сотні тисяч елементарних транзисторів. На основі таких схем в останні роки вдалося створити мікропроцесори функціонально закінчені, що управля­ються збереженою в пам'яті програмою (здебільшого малороз­рядні) пристрої опрацювання цифрової інформації, виконані у виді однієї або декількох ВІС або ДВІС.

Мікропроцесорні засоби використовуються у виді мікро­процесорних комплектів інтегральних мікросхем, що мають єдине конструктивно-технологічне виконання і призначених для спільного застосування. Мікропроцесорний комплект крім самого мікропроцесора містить мікросхеми, що підтримують функціону­вання мікропроцесора і розширюють його логічні можливості.

Мікроконтролер являє собою логічний автомат з високим ступенем детермінованості, який допускає небагато варіантів в його системному включенні.


В пристроях управління об’єктами мікроконтролери розглядаються у вигляді сукупності апаратно-програмних засобів. При проектуванні мікроконтролерів треба вирішувати одну з найскладніших задач розробки: задачу оптимального розподілу функцій між апаратними засобами і програмним забезпеченням. Рішення такої задачі ускладнюється тим, що взаємоз’язок і взаємодія між апаратними і програмними засобами динамічно змінюються.

В даний час розповсюджена така методологія, при якій весь цикл розробки мікроконтролера поділяють на три фази:

1) аналіз задачі і вибір апратних засобів;

2) розробка прикладного програмного забезпечення;

3) комплексування апаратних засобів і програмного забезпе­чення;

Цифро-аналоговим перетворювачем (ЦАП) називають пристрій, що генерують вихідну аналогову величину, яка відповідає цифровому коду, що поступає на вхід перетворювача. Цифро-аналогові перетворювачі використовуються для узгодження ЕОМ з аналоговими пристроями.

Дана курсова робота присвячена розробці ЦФ по заданому рівнянню. Її виконання поділено на етапи, кожен з яких висвітлює ту частину реалізації, яка описується.

1. ПОБУДОВА ЦИФРОВОГО ФІЛЬТРА

Кожний неперервний сигнал, що представляється змінною в часі напругою, характеризується своїм спектром частот. Будь-яка частота або полоса частот може бути посилена, послаблена, виключена або виділена фільтрацією. Фільтрація – це процес зміни спектра частот сигнала. Прикладом фільтрації сигналів може служити виключення шумів, визваних недосконалістю каналів передачі, розділення двох або більше сигналів, спеціально змішаних для збільшення пропускної здатності канала зв’язку, демодуляція сигналів. Будь-який неперервний сигнал, спектр якого обмежений верхніми частотами, може бути представлений у вигляді послідовності своїх значень, що розділені один від одного проміжками часу .

Цифровий фільтр – пристрій, який дозволяє перетворити дискретизований сигнал x(t) у інший y(t). Це цифрова схема для зміни частотного спектра дискретних сигналів. Цифровий фільтр може бути реалізований як апаратурно, так і програмно. При апаратурній реалізації необхідними схемними елементами є перемножувачі, суматори і елементи затримки [1].


Задано рівняння автоматичного регулювання вхідного x(t) та вихідного y(t) сигналів:
(1.1).

У даному рівнянні x(t) – вхідний сигнал, який є відхиленням від еталонного сигналу, y(t) – керуючий сигнал, який подається з системи регулювання на об’єкт керування, – стала часу, – частота.

Дискретизація аналогового рівняння полягає в заміні безперервної величини її дискретними відліками (1.2) і відповідними перетвореннями похідних.

Дискретизація першої похідної: (1.3).

Дискретизація другої похідної: (1.4).

Звідси випливає: .(1.5).

Спростимо вираз:

(1.6)


Здійснимо заміну:

, , (1.7).


Тоді:
(1.8)

при
(1.9).

Дане рівняння є рекурсивним фільтром, оскільки присутні члени yn-1 та yn-2.

Звідси, структурна схема реалізації цифрового фільтру зображена на рис.1.1.




Рис 1.1 Структурна схема реалізації цифрового фільтра;

ХУ – елементи множення, DL – елементи затримки, – суматор.


Недоліками цифрових фільтрів, які реалізовані на основі МП (наприклад, серія КР580, яка використовується), є обмежена швидкодія.


1.1 Побудова аналогової схеми

При побудові аналогової схеми, яка відповідає заданому пропорційно-диференційному рівнянню (1.8)

використовуємо перетворення Лапласа [9]:

(1.10)

Коефіцієнт при х(р) має вид дробово-раціонального виразу, в якому знаменник є сумою зображень за Лапласом опорів резистора, конденсатора та індуктивності ( в залежності від порядку заданого рівняння), а чисельник є частиною цієї суми. Вид цього дробово-раціонального виразу визначає аналогову схему.

Підставимо у рівняння перетворення Лапласа:

(1.11)

Отримане алгебраїчне рівняння розв’яжемо відносно у(р):

. (1.12)

Домножимо чисельник і знаменник на . Отримаємо:

(1.13).

А це еквівалентно рівнянню Г-подібного фільтра з Г-подібним входом з рівнянням

(1.14)

із відомою схемою (рис. 1.2):




рис. 1.2 Схема Г-подібного фільтру з Г-подібним входом


В отриманому нами виразі знаменник являє собою опір послідовного коливального кола з втратами, а чисельник є опором конденсатора, тобто аналогова схема являє собою послідовне з’єднання резистора, індуктивності та ємності, причому вихідна напруга знімається з конденсатора.

Тому Z1 = ZR+ ZL; Z2= ZC (1.15),

де (1.16).

Тут k – довільна стала.


Т
обто схема реалізації даного фільтру має такий вигляд:


рис. 1.3 Аналогова схема, яка описується заданим рівнянням

2. Структурна схема МП-пристрою

Мікропроцесорний пристій – функціонально і конструктивно закінчений пристрій, який представляє собою схемно-конструктивне з’єднання декількох схем, який включає один або декілька мікропроцесорів, призначений для отримання, обробки, передачі, перетворення та керування інформацією.

Для мікропроцесорних пристроїв характерна шинна структура, під якою розуміється те, що всі компоненти МП - пристрою під’єднані до так званої системної шини – набору ліній, що з’єднують елементи системи [1].

Структурна схема можливої реалізації проектованого МП-пристрою наступна (рис. 2.1).




рис. 2.1 Структурна схема МПП


де:

  • МП – мікропроцесор;

  • ПЗП – постійний запам’ятовуючий пристрій;

  • ТГ – тактовий генератор;

  • ОЗП – оперативний запам’ятовуючий пристрій;

  • СК – системний контролер;

  • АЦП – аналого-цифровий перетворювач;

  • ЦАП – цифро - аналоговий перетворювач;

  • ДШП – дешифратор адрес пам’яті;

  • ДШВ/В – дешифратор адрес вводу/виводу.


Системна шина розділяється на три окремі шини:

  • ШД – шина даних;

  • ША – шина адрес;

  • ШК – шина керування.

Лінії системної шини характеризується спрямованістю (тобто хто з пристроїв є визначальним за рівнем сигналу). Тут ШД – двоспрямована; ША – односпрямована; ШК – набір окремих ліній, що мають свій напрям. За рахунок того, що виводи всіх компонент МП - пристрою під’єднані до СШ, вони повинні мати крім станів, що забезпечують логічний 0 чи 1 на виході третій стан, стан з високим вихідним опором.


Опишемо складові МПС.

Мікропроцесор в складі МП-пристрою виконує функції:

  • формує адреси команд,

  • видає команди з пам’яті,

  • їх дешифрує,

  • видає для них команди потрібні адреси, виконує над ними опереції – передбачені команди, при неодхідності записує результат в пам’ять,

  • формує керуючі сигнали для обміну, реагує на можливі зовнішні сигнали.

Тактовий генератор призначений для формування синхроімпульсів для роботи МП і інших пристроїв МП. Синхроімпульси мають амплітуду 12B, але відрізняються один від одного щільністю і є зсунуті. Крім того мікросхема КР580ГФ24, яка виконує функцію ТГ, приймає участь в прийомі та видачі керучих сигналів СШ.

ПЗП служить для постійного зберігання потрібних даних і програм. У випадку даного цифрового фільтру він зберігає програму, за якою працює цифровий фільтр, а також постійні коефіціенти.

ОЗП служить для тимчасового зберігання інформації, потрібної для розрахунків.

СК виконує 3 функції:

  • фіксація слова стану процесора;

  • формування частини сигналів, які належать шині керування МПС;

  • буферизація шини даних.

Він формує керуючі сигнали по сигналам стану МП при зверненні до ЗП: RD i WR, при зверненні до ПВВ: RDIO, WRIO, INTA. А також забезпечує прийом і передачу 8-розрядної інформації між каналом данихМП по виходам D7 – D0 і системним каналом по DB7–DB0. Він складається з двонаправленої буферної схеми даних, регістрів стану і дешифраторів керуючих сигналів.

ППІ в даному МП-пристрої служить для обміну інформацією між МП і зовнішніми пристроями АЦП і ЦАП. Крім того, в склад МП-пристрою входять такі допоміжні елементи, як буферний регістр для організації переривань RST 7, окремі логічні елементи, дешифратори.

3. Алгоритм функціонування МП-пристрою

3.1 Схема алгоритму функціонування МПП
як цифрового фільтру, що визначається
заданим рівнянням

Система переривань призначена для прийому, пріоритетноі обробки і обслуговування запитів переривань. В загальному випадку запити переривань можуть формуватися по командах програми, внутрішніх або зовнішніх джерелах. Прийом і обробку програмних і внутрішніх переривань виконують внутрішні засоби процесора. При проектуванні системи для обробки цих переривань необхідно розробити програми обробки переривань.


Реалізація переривання виконується за допомогою команди
RST N. Джерела запитів переривань ідентифікуються двома способами:

  • послідовне опитування;

  • векторний спосіб.

Адреси команд JМР INТ І у таблиці переходів для кожного запиту переривань визначаються на основі коду, що ідентифікує запит, ККК у командах RSТ N або САLL ADRК, що формуються джерелом запиту переривання. По команді RSТ N адреси в таблиці переходів приймають значення 0000 000, 00 КК, К 000. Таким чином, таблицю переходів розташовують з адреси 000016 по адресу 003F16 з інтервалом у 8 адрес. При використанні команди САLL ADRV адреси в таблиці переходів задаються безпосередньо адресною частиною команди САLL, тому таблиця може розташовуватися в довільному місці ЗП. Для формування команд RSТ N або САLL ADRV V необходими зовнішнього засоби, сопрягаемие з МП через системну шину [3].

Для прийому запитів переривання і формування сигналу переривання МП потребує лише регістр запитів переривань із буфером системної шини і схеми логічного об'єднання вхідних запитів переривань. Програма опитування зчитує вміст регістра запитів переривань, опитує кожен його розряд і передає керування програмам обслуговування переривань.

Такий засіб побудови системи переривань доцільний при невеличкому числі обслуговуючих запитів переривань, тому що засіб опитуванння при великому числі запитів потребує значних витрат часу в порівнянні з векторним.


Для реалізації цифрового фільтру з функціональною залежністю (1.1):

(3.1)

якe в результаті дискретизації набрало вигляду (1.8):

(3.2)

з вводом значень xn через переривання з RST N може бути запропонований наведений нижче алгортм.




Рис 3.1 Алгоритм функціонування МП – пристрою




Рис 3.2 Алгоритм для програми обробки переривань

В процесі обробки запиту на переривання (яке здійснюється подачею на вхід INT мікропроцесора логічної 1) мікропроцесор сигналом INTE=0 забороняє (ігнорує) всі можливі запити та переривання від інших пристроїв ( для даного цифрового фільтру). Запит на переривання може бути тільки від одного пристрою і виконується машинний цикл переривання, в якому виробляється керуюче слово з одиницями в INTA (підтвердженя переривання), MI (початок машинного циклу). W0 (запис або вивід), а MEMR=0 (читання з пам’яті). При цьому сигнал DBIN=1 (прийом інформації з ШД). Тобто МП читає з ШД деяку інформацію, яка не видається, а вибирається з пам’яті чи портів. В цей момент на ШД повинен бути код команди RST N (для даного завдання RST 7):


11ККК111


Для RST 7 код буде 111111111. Ця команда здійснює перехід на адресу 8*N. Для RST7 це дорівнює: 8*N=8*7=5610=38H=00111000В.


У процесорах, побудованих на основі ВІС КР580ВК28 (КР580ВК38), можна формувати команду RST 7 (11111111) шляхом підключення виходу підтвердження переривання INТА ВІС до джерела +12В, що дозволяє звертатися до таблиці переходів за адресою 3816, по якій розміщають програму ідентифікації запитів від декількох джерел опитуванння.

При переході на дану адресу в стек записується адреса повернення.

Необхідність в команді EI (дозвіл переривань) зумовлена тим, що вихід INTE в стан логічної 1 (дозвіл переривань) можна перевести тільки програмним способом, а в стан логічного 0 його можна встановити, як програмною командою DI, так і апаратним способом.


3.2 Вибір структури представлення даних

Структура представлення даних, які входять в рівняння цифрового фільтру, визначається виходом рівняння і розрядністю АЦП. При заданій розрядності АЦП – 8 розрядів та вхідним додатнім однополярним сигналом, для представлення xn потрібно 8 розрядів, тобто xn повинний виражатись однобайтовим словом. Виходячи з цього, знайдемо, скільки розрядів займатиме результат yn та yn-1 .

Для заданого рівняння (дискретизованого) цифрового фільтру у вигляді:

коефіцієнти визначаються:
(3.3); (3.4)

(3.5).

Припустимо, що для констант відведемо по три біта на кожну. Їх максимальне значення при цьому (найгірший варіант) буде дорівнювати 7. Звідси, посилаючись на (3.3) – (3.5), а0=0,4969, b0=0,50020, c0=-0,006134. Мінімальне дробове число в двійковій формі, яке може розміститись у восьми розрядах – 2-810=0,00290625. Як бачимо, всі коефіцієнти більші цього числа, але менші за одиницю. Візьмемо для їх представлення один байт (на кожного).

Тепер знайдемо, скільки розрядів потрібно для представлення yn та уn-1.

Так як вхідний сигнал однополярний, то нам не потрібно відводити розряд під знак.

Розрядність добутків а0хn, b0yn, c0yn-1 не буде перевищувати 8 біт, так як коефіцієнти а0, b0, c0 є менші по модулю за одиницю. Їх сума теж не перевищує 255, так як , а с0 менше нуля .Тоді розрядність yn буде дорівнювати розрядності xn, тобто 8 біт.

Як було вже визначено, структура представлення даних буде наступною: а0, b0, c0 – числа з фіксованою десятковою крапкою перед старшим розрядом, yn ,yn-1 та yn-2 – цілі числа з фіксованою десятковою крапкою після молодшого розряду з розрядністю 1 байт, хn – ціле число з фіксованою десятковою крапкою після молодшого розряду з розрядністю 1 байт.


хn









a0









b0

1 байт









c0









yn









yn-1









yn-2










Рис 3.3 Структура представлення даних в МПП


Дані представлятимуться у вигляді масиву в оперативній пам’яті. Після обчислення величина yn заміщує величину yn-1, yn-1 – величину
yn-2, а значення xn вводиться від АЦП. Адреса таблиці – 500H. Числа розміщені у порядку наростання значення адреси.

4. Вибір АЦП і ЦАП

У відповідності з критеріями даної роботи розрядність АЦП має бути 8 біт, а ЦАП із визначеного вище – 8 біт. Критерієм вибору АЦП і ЦАП (крім розрядності) можуть бути наступні параметри:

  • час перетворення – визначається інтервалом часу від моменту досягнення вихідного сигналу до моменту подачі цифрового сигналу до моменту досягнення вихідним сигналом встановленого значення;

  • похибка перетворення – найбільше значення відхилення значення аналогового сигналу від розрахункового;

  • нелінійність – максимальне відхилення лінійно наростаючої напруги від прямої лінії, яка з’єднуєточку нуля і максимального вихідного сигналу.


4.1 Вибір АЦП

Перетворення аналогового сигналу в цифровий здійснюється за допомогою АЦП і представляє собою вимірювальний процес, який полягає в порівнянні аналогового сигналу з еталонною напругою, значення якої відомо наперед з великою точністю. В результаті цього непнрервне значення сигналу замінюється найближчим еталонним значення напруги, іншими словами, відбувається процес квантування по рівню.

Відомості про АЦП, які можуть бути використані в даній курсовій роботі, зведені в таблиці 4.1:

Таблиця 4.1

Мікросхема

Вид перетвореня

Час пере
тво-рення,

t, мкс

К-ть вихо-дів

Похиб
ка неліній-ності, %

Диф. неліній-ність,

%

Абс. похибка перетво-рень, %

Розрядність

К572ПВ3


К1107ПВ4


К1107ПВ2


К1113ПВ1

Послідовних наближень

Однократний відлік

Однократний відлік

Послідовних наближень

7,5


30


100


30

18


64


64


18

0,5;0,5


0,5;0,5


-1;1


0,1;0,1

0,75;0,75


1;1


-1;1


-0,1;0,1

-3;3


-0,1;0,1


-3;3


-0,4;0,4

8


8


8


10

[4, ст.142]


З вище наведених параметрів АЦП, ми бачимо, що АЦП К1113ПВ1 має найменшу величину похибок. Крім того, це є єдина з приведених мікросхем функціонально завершена ВІС, яка містить у своєму складі компаратор напруг, ЦАП, РПН, джерело опорної напруги, ГТІ, вихідний буферний регістр з трьома станами а також логічні схеми керування, чого нема у інших мікросхем, тобто її використання дозволяє максимально спростити схему. Це є послідовний з накопиченням АЦП послідовних наближень. Мікросхема призначена для перетворення однополярного або двополярного вхідного сигналу з представленням результатів перетворення у паралельному двійковому коді. Для її експлуатації необхідні тільки два джерела живлення і регулювальні резистори. Виготовляється по біполярній технології, що модифікована для суміщеного формування на кристалі біполярних транзисторів, а також елементів інжекційної логіки і тонкоплівкових прецезійних резисторів. Технологія дозволяє розмістити в одній ВІС велике число цифрових елементів і виконувати аналогові вузли з високим рівнем параметрів. Мікросхема К1113ПВ1 випускається у 18-виводному герметичному металокерамічному корпусі типу 238.18-1 з вертикальним розташуванням виводів.


Нумерація і призначення виводів:

1-9 – цифрові виходи 2-10;

10 – напруга джерела живлення UCC1;

11 – гашення і перетворення;

12 – напруга джерела живлення UCC2;

13 – аналоговий вхід;

14 – аналогова земля;

15 – керування зсувом нуля;

16 – цифрова земля;

17 – готовність даних;

18 – цифровий вихід 1.


Номінальні напруги джерел живлення: UCC1=5В і UCC2=-15В.

Як і будь-який АЦП послідовних наближень, дана мікросхема має наступний принцип роботи: після подачі сигналу “Пуск” на виході найстаршого розряду РПН з’являється логічна одиниця. На виході ЦАП з’являється відповідна напруга. Якщо ця напруга менша Uвх , то включається логічна одиниця на виході наступного розряду регістра, інакше ця напруга знімається. Таким методом спроб перебираються всі розряди до наймолодшого.

У ВІС К1113ПВ1 вихідний струм ЦАП порівнюється з струмом, який протікає через вхідний резистор від джерела сигналу. Тим самим формується логічний сигнал керування РПН. Стабілізація розрядних струмів ЦАП здійснюється вбудованим ДОН на основі стабілітрона із закритою структурою.

Включення АЦП в режимі роботи з уніполярною вхідною напругою передбачає під’єднання виводу 15 до цифрової землі (вивід 16). При цьому на виході вбудованого ЦАП задається струм, який дорівнює струму цифрового виводу 1, але має протилежну полярність [4,ст.150].

При роботі з уніполярною вхідною напругою її величина рівна 0…+10 В.

Встановлення РПН у вихідний стан і запуск його в режим перетворення проводиться по зовнішньому сигналу “Гашення/перетво­рення”. По закінченню перетворення АЦП видає сигнал “Готовність даних”, і інформація з РПН поступає на цифрові виходи через каскади з трьома станами.

Часові діаграми вхідних і вихідних сигналів зображені на рис. 4.1 [4]:

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.
Подробнее

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: