Проектирование устройства, осуществляющего обработку входных сигналов
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
°ет с ПТН на выходе которого сигнал не должен превышать 1В. Да симметрии сигнала на выходе ПЧН сигнал так же будет меняться 0...1В.
В качестве ПЧН удобно использовать интегральные схемы (ИС), например, КР1108ПП1. Выходное напряжение этой ИС может быть только положительным, поэтому и на выходе выпрямителя мы тоже должны получить напряжение положительной полярности. Так как ПТН инвертирует сигнал, то на его выходе мы получим сигнал -1...0 В. Дифференциатор тоже инвертирует сигнал поэтому на его выходе мы получим сигнал 0...10 В.
На выходе умножителя мы получим возведенный в квадрат сигнал и ослабленный в 10 раз 0...0,1 В, поэтому на его выходе мы поставим усилитель. На вход логарифматора нам необходимо подать положительный сигнал, так как ln(1)=0, в связи с этим на выходе усилителя мы получим сигнал 0...10 В.
Оба сигнала нам необходимо сложить, они находятся в положительной фазе, поэтому мы выбираем неивертирующий сумматор. На его выходе получиться сигнал 0...12В. Все это отображено на рисунке 1.2.
.2 Схема ПЧН
На входе Х1 у нас сигнал, в виде импульсов ТТЛ частотой (0...5 кГц), который необходимо преобразовать в однополярное напряжение (0...1 В). Преобразование мы осуществим при помощи ПЧН, для удобства возьмем готовую ИС типа КР1108ПП1 (рис. 2.1).
Рисунок 2.1 - ИС ПЧН КР1108ПП1
Кристалл ИС ПЧН изготовляется по биполярной технологии и размещается в 14 - выводном герметичном пластмассовом корпусе типа 201.14-2 с двухвертикальным расположением выводов.
Уровни импульсного входного сигнала согласуется со стандартными ТТЛ ЦИС с помощью внешних элементов. Микросхема содержит все необходимые для ПЧН и ПНЧ узлы, включая встроенный ИОН.
Назначение и нумерация микросхемы: 1 - инвертирующий вход; 4 - напряжение источника питания Uсс1; 5 - емкость одновибратора; 7 - частотный вход; 10 - выход КН; 11 - общий; 12 - напряжение источника питания Ucc2; 13 - аналоговый выход; 14 - инвертирующий вход; 2, 3, 6, 8, 9 незадействованные выводы.
Микросхема функционирует при Uсс1=15 В 5 %; Ucc2=-15 В 5 % и 7,5В?UREF?8,5В.
Погрешность линейности преобразования в частотном диапазоне не превышает 0,01% при изменении рабочих температур от -10 до +70 0С.
Частоты воспринимаемых входных импульсов ИС КР1108ПП1 устанавливаются с помощью внешних элементов и могут изменяться в диапазоне от долей герц до 500 кГц.
Стабильность ИОН достигается за счет использования в качестве опорного элемента стабилитрона и специальной схемы температурной компенсации напряжения. Встроенные в кристалл основные и вспомогательные усилительные схемы выполнены на вертикальных n-p-n и боковых p-n-p транзисторах, что обеспечивает высокие значения коэффициентов усиления и низкую чувствительность ИС к изменениям напряжения питания. В схеме предусмотрены внутренние цепи частотной коррекции, обеспечивающие устойчивою работу ИС во всех условиях применения.
Рассчитаем номиналы навесных элементов для работы ИС в режиме ПЧН. Рекомендуемые номиналы значений Rинт и С? возьмем из [4]. При частоте сигнала не превышающей 10 кГц: Сt = 3,3 нФ, Синт=22 нФ и Rинт =40 кОм. Для сохранения соотношения сигналов Х1 и Х2 напряжение на выходе схемы ПЧН возьмем 1 В. Найдем значение опорного напряжения из формулы, которая выражает выходное напряжение на ПЧН:
Uвых = Uоп Rинт Сt f
где f - максимальная частота входного сигнала, которая равна 5 кГц.
Отсюда получим
Uоп= Uвых/( Rинт Сt f)
Так же необходимо рассчитать номиналы делителя напряжения, с которого снимается опорное напряжение, на рис 2.1 они обозначены как R3 и R4. Зададимся номиналом R4=10 кОм.
т.о. R3=10 кОм.
В результате расчетов мы получили: Сt =3,3 нФ, Синт=22нФ, Rинт=40 кОм, R3=10кОм.
На выходе схемы будем иметь напряжение 0...1 В.
2.3 Схема ФНЧ
Сигнал Х1 идет с высокочастотной помехой, поэтому после его преобразования из импульсного сигнала в однополярное напряжение. Частота информативного сигнала постоянна и составляет, одну декаду, 30...300. Нам необходимо отфильтровать высокочастотную помеху, для этого будем использовать ФНЧ (рис. 2.2) третьего порядка, на основе ОУ.
Рисунок 2.2 - схема ФНЧ
Фильтр третьего порядка мы реализуем добавлением к активному фильтру, второго порядка, еще одного звена первого порядка. Коэффициент усиления ОУ примем равным Кu=1, после чего настройку фильтра будем проводить вариацией значений номиналов пассивных элементов. Низкое выходное сопротивление этой структуры позволяет каскадно соединить несколько звеньев без увеличения общего коэффициента передачи.
Для расчета фильтра зададимся номиналами сопротивлений R1=R2=R3=1 Ом и по таблице из справочника [2], подберем нормированные значения емкостей. Будем использовать фильтр Чебышева:
Затем найдем значения емкостей путем деления их номинальных значений на 2? fср, где fср - частота среза фильтра на уровне 1 дБ, т.е. максимальная частота полезного сигнала, по варианту fср=300 Гц.
Далее примем емкости конденсаторов равными 0,1 мкФ, подбираем значения резисторов путем деления емкости конденсатора на 0,1 мкФ. Откуда получим значения:
М1=85,9 кОм
М2=341 Ом
М3=13,63 кОм
После значения резисторов примем:
=85,9 кОм
R2=341 Ом
R3=13,63 кОм
Подберем по шкале Е24 номинальные значения емкостей:
Для R1=85,9 кОм ближайший номинал 8,2 кОм, для получения необходимого значения подключим к нему последовательно резистор в 3,9 кОм, по?/p>