Измерение, средства измерений. Разработка и расчёт узлов аналоговой части принципиальной схемы. Разработка и расчёт узлов цифровой части принципиальной схемы

Схема вычитания постоянной составляющей ТПС, изображенная на рис.3.5.1, состоит из R5, R10, R12, R13, DA4.

Номинал R5 равен 100 Ом и его функция заключается в формировании напряжения, равного падению напряжения на ТПС (R4) при проходящем через него токе 5 мА  и при температуре 0°С.

Из стандартного ряда сопротивлений выбираем резистор R5:

С2-29В5 - 0,125 Вт - 100 Ом ± 0,1%.

R10, R12, R13, DA4 - это инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления - (R12+R13)/R10, который должен равняться Kу измерительного усилителя, т. к. напряжение смещения проходит на выход измерительного усилителя без усиления. Поэтому для правильного вычитания постоянной составляющей ТПС это напряжение необходимо усилить на такое же Kу. Следовательно,

.

Из стандартного ряда сопротивлений выбираем резисторы R10 и R12:

С2-14 - 0,125 Вт - 10 кОм ± 0,1%.

Из стандартного ряда сопротивлений выбираем резистор R13:

С5-16В5 - 0,125 Вт - 27 кОм ± 5%.

3.6 Выбор и расчёт аналого-цифрового преобразователя

В данном курсовом проекте в качестве аналого-цифрового преобразователя используется микросхема восьми канального АЦП  AD7778, производства фирмы Analog Devices. В связи с этим сделаем небольшое описание этого АЦП.

AD7778 - это семейство быстродействующих десяти разрядных АЦП, предназначенные для использования в схемах позиционирования головок в дисководах с высокой плотностью записи. В них предусмотрены некоторые особые функции по обработке входных сигналов, вследствие чего они идеально подходят для использования в схемах с одним источником питания.

Устанавливая один из битов управляющего слова АЦП AD7778, можно задать один отдельный отсчёт в каком-либо канале, или два одновременных отсчёта в любых двух выбранных каналах.

Рис. 3.6.1. Условное графическое изображение АЦП AD7778

Аналоговый входной диапазон равен U_bias ± U_swing (U_{смещения}  ± U_размах). Напряжение U_bias  - это смещение середины шкалы АЦП относительно земли, оно подаётся или внутренним источником опорного напряжения (REFOUT) или внешним источником опорного напряжения, подключённым к REFIN. Диапазон полной шкалы АЦП равен 2´U_swing , где U_swing номинально равно REFIN/2. Дополнительно в режиме преобразования середины шкалы преобразуется величина REFIN. Это позволяет изменять смещение каналов. При стандартном включении входной диапазон равен +1 В ... +3 В. Однако если сместить вход RTN до 2 В, то входной диапазон для всех каналов будет 0 В ... +2 В. Запись в управляющий регистр и считывание из регистров АЦП, а также выбор канала и старт преобразования выполняются под управлением микропроцессора. Эти АЦП выдают результат преобразования в дополненном до 2-х коде и могут быть легко сопряжены со стандартной 16-разрядной микропроцессорной шиной при помощи их 10-разрядного порта данных и стандартных микропроцессорных управляющих линий. Эти АЦП изготовлены по новейшей комбинированной технологии LC²MOS (КМОП + линейные компоненты), которая позволяет размещать на одном кристалле прецизионные биполярные цепи и КМОП - логику с низким энергопотреблением. AD7778 выпускается в 44 - выводном корпусе PQFP. Графическое изображение АЦП приведено на рис. 3.6.1.

Рассмотрим формат управляющего слова. Управляющее слова АЦП AD7778 записывается в регистр управления, 10-разрядным кодом, по сигналу от однокристальной ЭВМ WR, и после записи управляющего слова в регистр управления АЦП приступает непосредственно к преобразованию входного сигнала с канала в режиме указанном в управляющем слове. Ниже представлен формат управляющего слова АЦП.

Таблица 3.6.1. Формат управляющего слова АЦП AD7778.

Продолжение таблицы 3.6.1.

На рис. 3.6.2 приведена схема подключения АЦП. Номиналы навесных элементов выбираем стандартными, обеспечивающими номинальный режим работы.

AI1-AI8 - аналоговые входы АЦП, D0-D9 - цифровые входы АЦП, REFIN - вход опорного напряжения. Напряжение на этом входе задаёт уровни U_bias и U_swing для всех входных каналов. U_bias равно REFIN, а U_swing номинально равно REFIN/2, т.к. в данной схеме используется внутренний источник опорного напряжения, поэтому подключаем этот вход через R23 = 10 кОм на вход AGND аналоговой земли. Для развязки опорного напряжения используется вход С_REFIN, на него подключают С4 = 10 пФ. Чтобы обеспечить низкий импеданс источника питания +5В на U_СС устанавливают конденсаторы между U_СС и цифровой землёй DGND С3 = 4,7 мкФ (танталовый) и С5 = 0,1 мкФ (керамический).

Таблица 3.6.2. Электрические параметры АЦП AD7778.

Продолжение таблицы 3.6.2.

Рис. 3.6.2. Схема подключения АЦП AD7778

Рассчитаем, какое напряжение должно поступать с выхода измерительной схемы на входы АЦП.

Исходя из формулы преобразования, получим:

, где

U_вх  - напряжение подаваемое со схемы измерения,

U_оп - опорное напряжение АЦП,  U_оп = 2 B,

N - выходная разрядность АЦП, N = 10.

Нам необходимо получить на выходе АЦП максимальный код - это код 100. Исходя из этого найдём по выше приведенной формуле значение