Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова»
Факультет информационных технологий Кафедра информационных технологий
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К РАСЧЕТУ И ПРОЕКТИРОВАНИЮ «ЦИФРОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ»
Барнаул 2015
УДК 621.317
Методические указания к расчету и проектированию «Цифровых измерительных устройств» длястудентов специальности 12.03.01-Приборостроение (квалификация «Бакалавр». – Барнаул: Изд-во АлтГТУ им.И.И. Ползунова, 2015. – 53 с.
Изложены принцип действия и методика расчета цифровых измерительных устройств. Приведены примеры расчета различных АЦП.
Рассмотрены и одобрены научно-методическим советом кафедры "Информационных технологий". Протокол №1 от 09.09.2015.
Рецензент к.т.н. (АГПУ).
Содержание
ВВЕДЕНИЕ.. 4
1 Проектирование измерителя временных интервалов. 7
1.1 Принцип действия измерителя. 7
1.2 Пример расчета измерителя временных интервалов. 10
2 Проектирование частотомера с цифровым отсчетом15
3 Проектирование время-импульсного преобразователя напряжения постоянного тока в код 21
3.1 Принцип действия преобразователя и основные положения. 21
3.2 Пример расчета время-импульсного преобразователя. 31
4 ПроектированиеАЦП с двухтактным интегрированием.. 34
4.1 Принцип действия и основные характеристики. 34
4.2 Пример расчета вольтметра с двухтактным интегрированием. 37
5. Проектирование ацп поразрядного кодирования. 44
5.1. Принцип действия. 44
5.2. Определение основных параметров преобразователя. 45
5.3 Анализ погрешностей. 50
6 Список использованных источников. 53
ВВЕДЕНИЕ
Предметом курсового проектирования по дисциплине «Цифровые измерительные устройства» являются цифровые измерительные приборы (ЦИП), аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи (АЦП и ЦАП) или их отдельные блоки.
Современные цифровые измерительные устройства (ЦИУ) состоят из многих узлов и блоков, построенных в основном на элементах электроники. В конструкциях новых ЦИП и АЦП все шире используются микроэлектронные (интегральные) схемы, что привело к резкому улучшению многих характеристик и параметров цифровых измерительных устройств (точность, надежность, потребление. мощности, габариты, вес и т.д.). Промышленность выпускает большие интегральные схемы (БИС), в которых содержатся готовые функциональные схемы, такие как схемы ЦАП и АЦП на 10-12 разрядов и т.д.
В настоящее время на основе двух-трех микросхем можно собрать такое сложное устройство, как АЦП, обладающее достаточно высокими техническими характеристиками.
Наличие широкой номенклатуры готовых элементов и узлов в виде микросхем (цифровые и аналоговые) с известными характеристиками значительно облегчает задачу разработчика, но в то же время перед ним встают новые задачи, связанные со спецификой применения микроэлектронных схем (анализ характеристик микросхем, согласование параметров, выбор оптимального варианта и т.д.). Наличие готовых микросхем с заданными характеристиками явилось предпосылкой к машинному проектированию сложных цифровых устройств, например, ЭВМ. Имеется также большая вероятность, что и ЦИУ в будущем будут проектироваться аналогичным способом.
В последних разработках ЦИУ для управления работой прибора стали применять микропроцессоры, выполненные на одном или двух кристаллах. Этим самым упрощается цифровая часть устройства и дается возможность пользователю изменять функции прибора с помощью программ, вносимых в память микропроцессора.
К характеристикам выпускаемых промышленностью ЦИУ предъявляется ряд требований, нормируемых государственными стандартами. В частности, к характеристикам АЦП постоянного тока и напряжения предъявляется свыше 30 требований (ГОСТ 14014—68), а к характеристикам ЦАП — немногим меньше 30 (ГОСТ 14015—68).
При курсовом (а также дипломном) проектировании ЦИУ в первую очередь рассматриваются и рассчитываются основные технические характеристики.
К числу основных технических характеристик ЦИП и АЦП можно отнести следующие:
1) диапазон изменения входных величин;
2) основная погрешность преобразования или класс точности;
3) быстродействие или время одного преобразования
4) характер выходного кода или отсчетного устройства;
5) входное сопротивление.
К числу основных характеристик ЦАП можно отнести:
1) характер входного кода и число разрядов;
2) значение выходной величины, соответствующее единице младшего разряда (ЕМР);
3) основная погрешность преобразования;
4) быстродействие;
5) выходное сопротивление.
Кроме указанных выше характеристик ЦИП, АЦП и ЦАП имеется еще целый ряд других характеристик, которые в некоторых условиях могут стать важнейшими и повлиять на всю конструкцию. Это, например, надежность, степень помехозащищённости, габариты, масса и т.д.
В данном пособии не ставится цель дать методы расчета всего прибора или преобразователя, со всеми его узлами и блоками, так как это привело бы к чрезмерному увеличению объема пособия. К тому же в этом нет никакой необходимости. Методы расчета и синтеза входящих в ЦИП, АЦП или ЦАП отдельных узлов (усилителей генераторов, счетчиков, ключей и т.д.) меются во многих учебниках и учебных пособиях [1, 2, 3, 4, 5]. Во-вторых, как уже указывалось, современные цифровые измерительные устройства строятся с широким использованием готовых элементов и функциональных узлов в микроэлектронном исполнении с заданными техническими характеристиками. Задача проектировщика - умело выбрать нужные элементы и узлы, согласовать их характеристики и из этих элементов и блоков построить прибор. Поэтому в пособии приводятся методы определения на основе заданных характеристик только исходных данных для полного расчета входящих в измерительное устройство узлов. Например, для генератора импульсов стабильной частоты определяется номинальная частота и ее стабильность, для счетчика — емкость, быстродействие и т.д. По полученным основным характеристикам узлов можно производить детальный расчет и разработку или же выбор соответствующей микросхемы. Большое внимание в пособии уделено анализу погрешностей. Несмотря на то, что этому вопросу посвящено много специальных
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
