Разработка периодомера с измеряемым диапазоном 1 мкс-100 с

Министерство Высшего и Профессионального

Образования Российской Федерации

Новосибирский Государственный Технический

Университет

Кафедра Систем Сбора и Обработки Данных

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«СХЕМОТЕХНИКА»

«АЦП периодов»

Факультет: АВТ

Группа: АО-71

Студентка: Козачек А. С.

Преподаватель: Пасынков Ю. А.

Новосибирск

2000

Содержание

Введение......................................................................................................................... 3

Техническое задание..................................................................................................... 4

Структурная схема........................................................................................................ 5

Схема электрическая принципиальная........................................................................ 6

Анализ погрешности..................................................................................................... 8

Перечень элементов....................................................................................................... 9

Заключение................................................................................................................... 10

Список литературы...................................................................................................... 11

Введение

В данном курсовом проекте необходимо разработать прибор – АЦП периодов. Метод измерения основан на подсчете образцовых импульсов частоты в течение периода входного сигнала. Этот метод является наиболее точным, так как в результате подсчета погрешность определяется последним значащим разрядом, а число разрядов может быть велико. Применение кварцевых резонаторов позволяет сделать высокостабильные генераторы временных интервалов с очень маленькими значениями погрешностей.

Техническое задание

Разработать периодомер со следующими характеристиками:

-  измеряемый диапазон 1 мкс – 100 с

-  диапазон входных напряжений 1 – 5 В

-  максимальное допустимое входное напряжение 100 В

-  погрешность 0.0001 %

-  число интервалов измерения 3

-  выбор предела измерения – автоматический

-  температурный диапазон 15 – 25 °С

Исходя из технического задания выберем количество десятичных разрядов и число интервалов измерения.

Исходя из погрешности получаем число разрядов N=6, а частоту f₀=1МГц.

Число интервалов выбирается исходя из единицы дискретности. Минимальное значение умножается на единицу дискретности q=10^-6, затем на 10 до получения максимального предела. В результате получается 3 предела.

-  0..1 с

-  1 с.. 10 с

-  10 с .. 100 с

Структурная схема

Структурная схема состоит из генератора образцовой частоты, формирователя периода из входного сигнала, блока счетчиков, блока регистров, блока индикаторов и блока управления.

Генератор выдает высокостабильную частоту 1 МГц, необходимую для формирования образцовых частот. Генератор путем деления тактовой частоты формирует образцовые частоты, предназначенные для измерения входного периода.

Формирователь предназначен для формирования измеряемого периода из входного сигнала.

Блок счетчиков предназначен для подсчета числа импульсов в течение заданного интервала времени и для формирования импульса переполнения, предназначенного для автоматического выбора предела измерения.

Блок регистров предназначен для сохранения результата измерения.

Блок индикаторов предназначен для  отображения результатов измерения.

Блок управления предназначен для управления автоматическим выбором предела измерения, управления положением запятой, сбросом счетчиков и запуском процесса измерения.

Схема электрическая принципиальная

Принципиальная схема состоит из нескольких основных узлов: формирователя периода со схемой защиты, генератора образцовой частоты, блока счетчиков, блока индикаторов с регистрами и блока управления десятичной запятой.

Формирователь со схемой защиты предназначен для формирования измеряемого временного интервала соответствующего периоду входного сигнала, а также для защиты входных цепей периодомера от перегрузки при подаче на вход высокого напряжения. Блок состоит из двух диодов, которые ограничивают уровень входного сигнала до 5,6 В. Для формирования периода используется компаратор и триггер, включенный в режим делителя.

Генератор образцовых частот состоит из высокостабильного кварцевого генератора собранного из кварцевого резонатора и двух элементов «НЕ», двух счетчиков – делителей частоты на 10. Выходы генератора подключены к мультиплексору, позволяющему выбрать необходимую для измерения частоту автоматически.

Блок счетчиков предназначен для подсчета числа импульсов образцовой частоты в течении заданного интервала времени соответствующего периоду входного сигнала. Блок состоит из шести двоично-десятичных счетчиков и элемента «И», пропускающего входной сигнал в течение заданного интервала времени.

Блок индикации состоит из шести светодиодных семисегментных индикаторов, шести дешифраторов, преобразующих четырехразрядный двоично-десятичный код в код для семисегментных индикаторов, и шести четырехразрядных регистров, предназначенных для сохранения и индикации измеренных значений.

Блок управления десятичной запятой состоит из счетчика и дешифратора.

Измерение начинается после нажатия кнопки «пуск». При этом все счетчики переходят в начальное состояние и переключатель пределов устанавливается в положение, соответствующее максимальной образцовой частоте.

Из входного сигнала выделяется период, путем деления на 2, который поступает на элемент «И». На другой вход этого элемента поступает образцовая частота. Выход этого элемента подключен к двоично-десятичным счетчикам, подсчитывающим количество прошедших импульсов образцовой частоты в течение измеряемого периода.

При возникновении переполнения счетчики формируют сигнал, по которому происходит переключение на следующий временной интервал. Этот сигнал поступает на счетчик, который управляет мультиплексором и дешифратором положения десятичной запятой. Значение этого счетчика увеличивается. При этом мультиплексор подключает в качестве образцовой следующую частоту, а дешифратор смещает точку в следующий разряд. При этом также происходит сброс результата и процесс измерения повторяется.

Измерение заканчивается, когда закончен измеряемый период и не было переполнения счетчиков. При этом формируется сигнал, поступающий на вход С регистров, по которому происходит запись результата в регистры, далее это значение дешифрируется и поступает на семисегментные индикаторы. Также при этом загорается светодиод VD3, что говорит об окончании измерения.   

Анализ погрешности

Погрешность прибора определяется погрешностью генератора образцовой частоты, погрешностью формирователя и количеством десятичных разрядов.

Погрешность генератора и погрешность формирователя относится к инструментальной погрешности. Этой погрешностью можно пренебречь, т.к. погрешность кварцевого генератора достигает 10^-8 , что значительно меньше заданной. При использовании высокоскоростных компараторов погрешностью формирователя также можно пренебречь.

Погрешность от количества разрядов относится к методической. Эта погрешность определяется единицей последнего значащего разряда. Исходя из того, что число разрядов 6, погрешность составляет 0.0001% что соответствует техническому заданию.

Перечень элементов

Обозначение на схеме	Название	Количество
	Микросхемы
DD1	КР521СА4	1
DD2	К555ТМ2	1
DD3	К555ЛИ1	1
DD4	К555ЛН1	1
DD6, DD7	К155ИЕ1	2
DD8	К555КП2	1
DD9, DD11- DD16	К555ИЕ6	7
DD10	К555ИД4	1
DD17- DD22	К555ИР15	6
DD23- DD28	К514ИД1	6
DD29	К555ЛЛ1	1
DD30	К555ЛЕ1	1
	Индикаторы
HL1- HL6	АЛС321А	6
	Кварцевый резонатор
Q1	РК169   1МГц	1
	Резисторы
R1, R3	МЛТ-1, 10КОм±5%	2
R2	МЛТ-0.125, 1КОм±5%	1
R4	МЛТ-0.125, 200Ом±5%	1
	Диоды
VD1, VD2	2Д212А	2
VD3	АЛ307ВМ	1

Заключение

В результате выполнения данного курсового проекта был разработан периодомер. Прибор соответствует требуемому техническому заданию. Погрешность прибора не превосходит заданную.

Список литературы

1.  Справочник «Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы»,

     С. В. Якубовский и др.

Москва «Радио и связь» 1990

2.  Справочник «Полупроводниковые приемно-усилительные устройства»,

Р. М. Терещук и др.

Киев «Наукова думка» 1982

3.  Краткий справочник конструктора радиоэлектронной аппаратуры,

под редакцией Р. Г. Варламова

Москва «Советское радио» 1973

4.  Справочник «Популярные цифровые микросхемы»,

В. Л. Шило

Москва «Радио и связь» 1987

5.  Справочник «Полупроводниковые оптоэлектронные приборы»,

В. И. Иванов и др.

Москва «Энергоатомиздат» 1989

6.  Справочник «Проектирование дискретных устройств на интегральных

     микросхемах», Г. И. Пухальский и др.

     Москва «Радио и связь» 1990

7.  Справочник «Микросхемы и их применение»,

В. Н. Вениаминов и др.

Москва «Радио и связь» 1989