Организация многомашинной информационно-управляющей вычислительной системы, страница 5

УС – устройство согласования; УМФ – устройство масштабирования и фильтрации; ФП – функциональный преобразователь; УВХ – устройство выборки/хранения; АМ – аналоговый мультиплексор.

Рисунок 3 – Структурная схема БАВ

В качестве выходной величины датчиков выступает напряжение, поэтому для аналагово-цифрового преобразования выходных величин датчиков используется АЦП, относящиеся к классу преобразования напряжения в код.

3.2 Разработка принципиальной схемы блока аналогового ввода

I. Выбор мультиплексора

Для того, чтобы преобразовать четырёхразрядный параллельный код, поступающий от датчиков контролируемых параметров, в последовательный, удобно использовать мультиплексор.

Данные из ДКП подаются на адресные входы мультиплексора, в качестве которого можно выбрать ИМС LTC1393. Этот мультиплексор позволяет коммутировать данные от четырёх входов на общую выходную линию. Технические характеристики мультиплексора представлены в таблице:

Обозначение	Число каналов	Диапазон входного сигнала, В	Rвх. макс, Ом	Время установления, нсек	Ucc, В	Цифровой В/В	Корпус
LTC1393	4 диф.	0..3, +5	70	850	3...+5	I2C	DIP16

Таблица 1 – Технические характеристики мультиплексора LTC1393

II. Выбор АЦП

В процессе поиска подходящей АЦП для проектируемой системы, были найдены следующие микросхемы АЦП, приведенные в таблице:

Таблица 2 – Сравнение разрешающей способности  и времени преобразования типовых АЦП последовательного приближения.

Из таблицы видно, что наилучшими характеристиками для проектируемой системы обладает АЦП AD7664. AD7664 - является 16-разрядным АЦП со скорость преобразования 570 kSPS. Не обладая конвейерной задержкой, AD7664 идеально подходит для приложений управления процессом, мультиплексированных систем сбора данных. Интегральная нелинейность составляет +3 МЗР [макс], дифференциальная 1.5 МЗР [макс]. Количество входных каналов – 1; входной диапазон напряжения –5В; формы выходных данных – посл/паралл; источник опорного напряжения – внешн; тактовый генератор – внешн.

Разрядность данного АЦП (N=16) позволяет определить напряжение сигнала с точностью

,

Так как частота выходной по каналам равна нулю, то скорость изменения контролируемой величины датчиков равна нулю:

Соответственно, исходя из невыполнения условия включения УВХ перед АЦП , нет необходимости включения УВХ в структуру БАВ.

III. Разработка схем УС и УМФ

Руководствуясь нормируемыми диапазонами входных напряжений выбранных АЦП, разрабатываются принципиальные схемы УС и УМФ (по возможности функции этих устройств желательно совместить в одном узле). Схема УС определяется типами датчиков. Функциональная схема УС (выполняющая также функцию масштабирования и фильтрации) применимая к типу датчиков приведенных в задании на курсовой проект (термопары) представлена на рисунке:

ИУ – инструментальный усилитель; ФНЧ – фильтр нижних частот.

Рисунок 4 – Функциональная схема УС для термопары.

Схема ФНЧ:

Рисунок 5 – Схема ФНЧ.

Исходные расчетные соотношения схемы ФНЧ:

В качестве операционного усилителя схемы ФНЧ выбрана микросхема К140УД5А (),

Функциональная схема ИУ представлена на рисунке:

Рисунок 6 – Функциональная схема ИУ.

Схема, приведенная на рисунке 6, реализует следующую функцию:

         

Номинальное значение выходного напряжения УС:

,

Суммарная относительная погрешность вносимая УС:

, где  – коэффициент термо-ЭДС;  – температуры рабочего и опорных спаев.

Относительная погрешность, вносимая узлом:

где  – относительные погрешности сопротивлений резисторов с соответствующими номерами;  – коэффициенты усиления ОУ1, ОУ2, ОУЗ без обратной связи;  – входное синфазное напряжение;  – коэффициент подавления синфазной составляющей ОУ3.

;     ;

Выражение для  справедливо только при условии обеспечения точного соотношения равенства  посредством . При использовании периодической коррекции нуля канала компоненты , определяемые  можно считать пренебрежимо малым.

IV. Проверочные расчёты для каналов БАВ

а) проверка соблюдения следующих требований:

;