Разработка цифрового вольтметра постоянного напряжения, страница 6

Для получения импульсов эталонной частоты используется схема формирования импульсов на основе генератора с кварцевой стабилизацией. Так как на выходе генератора частоты с кварцевой стабилизацией имеем 100кГц, то для получения частоты эталонных импульсов F_изм=1 Гц, необходим делитель на 10000. Этот делитель реализован на основе двух двоичных двенадцатиразрядных счётчиков DD2,DD3 – К561ИЕ10. На вход DD7 подаются импульсы с генератора. Параметры этого счётчика приведены в таблице 4.

Таблица 3.3.1 - Параметры микросхемы К561ИЕ10

Элементы DD5, DD17-DD21 представляют собой элемент “И-НЕ”.

Схема электрическая принципиальная формирователя импульсов приведена на рисунке 5.

Рисунок 5

Тактовый генератор выполнен на логических элементах D1.1 и D1.2, которые выполняют логическую функцию ИЛИ-НЕ.

Логический элемент DD 4.1 выполнен на микросхеме К561ТМ2 с двумя D-триггерами со следующими параметрами:

Установка триггера по входам R и S принудительная, поэтому сигналы синхронизации С и информационного входа D не изменяют состояние триггера на выходе во время действия сигналов R и S

Частота генерации задаётся с высокой точностью с помощью кварцевого генератора ZQ1. Был выбран кварцевый резонатор КР230Г с частотным диапазоном до 100 кГц. Кварцевый резонатор включен в цепь положительной обратной связи с выхода D1.2 на вход D1.1. Резистор R15 выводит элемент D1.1 в активный режим.

Рисунок 3.3.2 - Генератор счётных импульсов.

 3.4 Цифро-аналоговый преобразователь

Цифро-аналоговый преобразователь в данной схеме выполнен на микросхеме К572ПА1. Она представляет собой десятиразрядный преобразователь двоичного кода в ток. Микросхема содержит резистивную матрицу R-2R, токовые ключи Кл, устройство управления  Су.

      Преобразуемый сигнал подается на входы 4-13 (старший разряд-младший разряд). Аналоговый сигнал снимается с входа 1 . На вход 15 подается опорное напряжение, к входу 14 подключается источник  питания (+15В) . Входы 2 и 16 служат для подключения операционного усилителя, для получения на выходе линейно изменяющегося тока (инвертирующий вход подключается к входу 1 , не инвертирующий - к выходу 2). Третий выход соединяется с общим проводом ( в случае операционного усилителя на выходе - еще и с не инвертирующим входом(ОУ).  

      На рисунок - 3.4.1 представлена схема ЦАП, которая формирует опорное напряжение необходимое для сравнения с измеряемым напряжением. Счетчик выполняет функцию преобразования последовательности импульсов в параллельный код. Он выполнен на микросхеме К561ИЕ16. Усилитель DA7 преобразует выходной ток ЦАПа в напряжение. Диоды VD7 и VD8 защищают выводы ЦАПа от перенапряжения, так как выводы очень чувствительны к разнице напряжений между этими выводами. С выхода усилителя напряжение подается на компаратор, где сравнивается измеряемое напряжение и эталонное.

Таблица 3.4.1 – Основные параметры счетчика.

   3.5 Устройство сравнения

Устройство сравнения построено на основе компаратора, JK триггера и элемента «И». Компаратор сравнивает входное (измеряемое ) напряжение с эталонным  в результате последовательного приближения с шагом 0.01В. Если наши напряжения одинаковы, то формируется сигнал логической единицы который сбрасывает JK триггер и тем самым закрывает элемент «И». В результате импульсы счета прекращают поступать на схему индикации, и на индикаторах отображается измеренное напряжение. По приходу управляющего импульса JK триггер устанавливается в 1 и открывается элемент «И» и начинается следующий цикл измерения. По приходу управляющего импульса так же сбрасываются счетчики индикации и схемы ЦАП. На рисунок -  3.5.1 представлена схема сравнивающего устройства.

Рисунок - 3.5.1.Устройство сравнения.

                                             3.7 Схема счета и индикации

Схема счета представляет собой десятичный счетчик с коэффициентом счета равным 1000. Его основой являются 3 интегральных двоично-десятичных счетчика DD9 – DD12 типа К561ИЕ14. Их описание представлено ниже:

Рисунок -  16 – Цоколевка ИМС К561ИЕ14