Разработка цифрового вольтметра. Схемотехника основных узлов цифрового вольтметра. Выбор основных и дополнительных элементов схемы

Курсовой проект «Разработка цифрового вольтметра».

В курсовом проекте проведена разработка цифрового вольтметра с преобразованием измеряемого напряжения в частоту следования импульсов. Представлена структурная схема цифрового вольтметра с промежуточным преобразованием измеряемого напряжения в частоту, описаны основные узлы принципиальной электрической схемы цифрового вольтметра. Курсовой проект содержит пояснительную записку, принципиальную электрическую схему и перечень элементов.

\

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 2

1. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЦИФРОВОГО ВОЛЬТМЕТРА.. 3

2. ЗАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВОЛЬТМЕТРА.. 7

3. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ЦИФРОВОГО ВОЛЬТМЕТРА.. 9

3.1. Схемотехника основных узлов цифрового вольтметра. 9

3.1.1. Входной делитель напряжения. 9

3.1.2. Усилитель напряжения. 10

3.1.3. Преобразователь «напряжение-частота». 13

3.1.4. Задающий генератор. 14

3.1.5. Делитель частоты.. 14

3.1.6. Счетчик. 15

3.1.7. Дешифратор. 16

3.1.8. Цифровой индикатор. 16

3.1.9. Схема запуска. 17

3.1.10. Схема синхронизации. 20

3.2. Выбор основных и дополнительных элементов схемы.. 22

3.3. Выбор элементов источника питания. 23

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 24

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.. 25

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ПЕРЕЧЕНЬ ЭЛЕМЕНТОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ

ВВЕДЕНИЕ

Современный этап научно-технического прогресса характеризуется повсеместным внедрением принципиально новой техники. Ускорение научно-технического прогресса в значительной степени зависит от успехов современной микроэлектроники, являющейся современной элементной базой электронных устройств автоматики, телемеханики и связи.

Интегральные микросхемы значительно расширили диапазон применения электронных устройств на железнодорожном транспорте. Они создали возможность для совершенствования систем: автоматического регулирования движения поездов, радиосвязи, учета и планирования технологических процессов на железнодорожном транспорте, автоматической локомотивной сигнализации и ряда других.

Цифровые измерительные устройства широко используются в системах автоматического регулирования. Результаты работы измерительных устройств непосредственно влияют на параметры и ход технологического процесса. Разработка цифровых измерительных устройств имеет важное значение в развитии и совершенствовании систем автоматического регулирования.

1. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЦИФРОВОГО ВОЛЬТМЕТРА

Структурная схема цифрового вольтметра с преобразователем «напряжение-частота» представлена на рисунке 1. В основе цифрового вольтметра данного типа лежит преобразователь напряжения постоянного тока в частоту следования импульсов, значение которой измеряется цифровым измерителем и является мерой измеряемого напряжения.

Рис. 1. Структурная схема цифрового вольтметра с

преобразованием напряжения в частоту.

Цифровой вольтметр содержит входной делитель напряжения, входной усилитель, преобразователь «напряжение-частота», схему «И», счетчик импульсов, дешифратор, цифровой индикатор, задающий генератор, делитель частоты и схему запуска.

Цифровой вольтметр работает периодически, длительность одного цикла измерения постоянна и определяется в основном длительностью эталонного интервала времени, в течение которого измеряется частота следования импульсов. Момент начала измерения устанавливается по управляющим сигналам, формируемым схемой запуска.

Временные диаграммы, поясняющие принцип работы цифрового вольтметра с преобразованием «напряжение-частота» представлены на рисунке 2.

Рис. 2. Временные диаграммы работы цифрового вольтметра с

преобразованием напряжения в частоту.

Работа цифрового вольтметра в течение одного цикла осуществляется следующим образом. Перед началом измерения счетчик устанавливается в нулевое состояние. Управляющий импульс, поступающий со схемы запуска, поступает на генератор образцовых «интервалов времени» с кварцевой стабилизацией частоты. Импульсы с эталонной длительностью поступают на вход делителя частоты, на выходе которого формируется импульс с эталонной длительностью Т₀. Измеряемое напряжение U_Х через входной делитель и усилитель подается на вход преобразователя «напряжение-частота», выходная частота которого пропорциональна U_Х.

     F_X = К₁ К₂ U_Х = 1 / Т_Х,                                        ( 1 )

где F_X – выходная частота преобразователя «напряжение-частота», К₁ – коэффициент передачи входного делителя напряжения и усилителя, К₂ – коэффициент преобразования преобразователя «напряжение-частота», U_Х – входное измеряемое напряжение, Т_Х – период выходного сигнала преобразователя «напряжение-частота».

Импульсы с частотой F_X с выхода преобразователя «напряжение-частота» поступают на один вход схемы «И», на другой ее вход подается импульс с эталонной длительностью Т₀. Число импульсов N_X с частотой F_X, прошедшее на выход схемы «И» за интервал Т₀, фиксируется счетчиком и отображается на цифровом индикаторе. Число импульсов, зафиксированных счетчиком равно:

N_X = T₀ / T_X = К₁ К₂ T₀ U_Х.                                      ( 2 )