Разработка и расчет устройств сопряжения с объектом, страница 2

Потребность в АЦП стимулирует их разработку и производство с новыми, более совершенными характеристиками. В настоящее время применяют три вида технологии производства АЦП: модульную, гибридную и полупроводниковую. При этом доля производства полупроводниковых интегральных схем (ИМС АЦП) в общем объеме их выпуска непрерывно возрастает и в недалеком будущем, по-видимому, в модульном и гибридном исполнениях будут выпускаться лишь сверхточные и сверхбыстродействующие преобразователи с достаточно большой рассеиваемой мощностью.

Описание работы структурной схемы

Сигнал поступает с датчика на согласующее устройство, где он приводится к рабочему диапазону напряжений АЦП. На АЦП аналоговый сигнал преобразуется в цифровой код. Затем полученный код записывается в запоминающее устройство (ОЗУ). С запоминающего устройства полученная цифро-аналоговая комбинация подступает на ЦАП, где преобразуется в выходную аналоговую величину. Амплитуда выходного сигнала должна быть равна 5В. Следовательно на выходе мы получаем синусоиду аналогичную входной, но с большей амплитудой.

Устройство управления осуществляет согласованную работу АЦП, ОЗУ, ЦАП. В состав УУ входят счетчики, перебирающие адреса, генератор, для тактирования АЦП, и другие логические элементы, осуществляющие правильную работу данной схемы.

Расчеты

Расчет параметров АЦП

Для удобства и наглядности расчетов составим граф переходов нахождения неизвестных параметров АЦП.

1.  Определим опорное напряжение для АЦП:

2.  Определим разрядность кода приращений:

3.  Рассчитаем апертурную погрешность:

 MЗР

4.  Рассчитаем погрешность квантования:

5.  Исходя из вычисленной выше ошибке квантования, определим класс точности (КТ). Приводя значение ошибки квантования  к ряду класса точностей, получим КТ=0,05

6.  Рассчитаем погрешность дискретизации сигнала:

,

Для линейного метода восстановления сигнала коэффициент K рассчитывается следующим образом:  тогда

7.  Рассчитаем погрешность .

8.  Проверим условие необходимости установки на входе АЦП устройства выборки и хранения (УВХ): . Устройство выборки и хранения в данном случае не нужно.

Результаты вычислений занесем в таблицу:

Для обеспечения заданных параметров (разрядность,  точность, быстродействие) разработаем АЦП с методом следящего приближения первого порядка. В состав АЦП будут входить компаратор, параллельный регистр К555ИР22, быстродействующий ЦАП с выходом по напряжению и временем установления не более  1 мкс. Тактирование будет происходить от генератора импульсов, расчет которого приведен ниже.

               Структурная схема АЦП

Расчет входного усилителя

Согласующий усилитель (СУ) необходим для согласования датчика и АЦП по сопротивлению, для подавления синфазной составляющей до разрешающей способности АЦП, приведению входного сигнала до динамического диапазона АЦП без искажения в требуемом частотном диапазоне.

Так как используется низкоомный датчик R_д=200 Ом, то необходимо использовать инвертирующий усилитель.

Требуется получить с выхода СУ синусоидальный сигнал  8 В.

С датчика поступает сигнал с амплитудой 40 мВ, тогда коэффициент усиления

Возьмем , тогда  Тогда