Проектирование устройства, осуществляющего обработку входных сигналов
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
ЗАДАНИЕ
Необходимо спроектировать аналоговое электронное устройство, осуществляющего обработку входных сигналов в соответствии с заданным математическим выражением зависимости выходного сигнала от двух входных сигналов. Подобного рода устройства обработки сигналов находят широкое применение в различных отраслях науки и техники.
В качестве входных сигналов присутствуют различные электрические величины: постоянные и переменные напряжения и токи, сигналы в виде импульсов уровня ТТЛ с изменяющейся частотой, сигналы в виде изменений активного сопротивления. Устройство должно выдавать сигнал, являющийся результатом обработки входных сигналов по заданной формуле. Выходные сигналы также имеют различные формы в зависимости от варианта задания: ток, напряжение, импульсы с изменяющейся частотой.
Проектирование устройства включает в себя:
составление функциональной схемы устройства;
выбор схем отдельных функциональных узлов;
согласование узлов друг с другом по уровням сигналов;
согласование узлов по входным и выходным сопротивлениям;
выбор режимов работы отдельных узлов, обеспечивающих условия согласования;
электрический расчёт узлов устройства;
вычерчивание полной электрической схемы устройства;
составление спецификации использованных компонентов;
тестирование устройства с помощью программных продуктов
разработку печатной платы одного из фрагментов устройства.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ЗАДАНИЯ
Выражение зависимости выходного сигнала Y от входных сигналов: Х1, Х2:
Y = ln(Х12) + d Х2/ dt
Сопротивление нагрузки Rн = 1 кОм;
Входные сигналы
Х1 - импульсы ТТЛ f = 0…5кГц.
Х2 - Iпост = 0…10 мА; аддитивная высокочастотная помеха от 10 кГц;
Частотный спектр информативных параметров сигналов 30...300 Гц
Выходной сигнал Y- Iпост 0…5 мА.
ВВЕДЕНИЕ
В данной курсовой работе, по дисциплине Электроника и схемотехника аналоговых устройств, мы приобретаем навыки работы с аналоговыми устройствами. Задачей курсовой работы является углубление знаний, полученных при изучении курса, а также развитие навыков самостоятельной работы с технической и справочной литературой.
Так мы ознакомляемся с готовыми аналоговыми интегральными микросхемами. Для разработки аналоговой аппаратуры целесообразно применять универсальные микросхемы, на основе которых можно строить различные функциональные узлы.
Знания, приобретённые студентами при выполнении курсовой работы, могут быть полезными в УИР, а также при дипломном проектировании всех специальностей факультета радиотехники и связи.
1. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА
Дано математическое выражение зависимости выходного сигнала от входных сигналов Х1 и Х2
Y = ln(Х12) + d Х2/ dt(1.1)
Сигнал Х1 задан в виде импульсов уровня ТТЛ частота следования изменяется в пределах 0...5 кГц. Сигнал Х2 задан в форме постоянного тока изменяющегося 0...10 мА. Частотные спектры информативных параметров входных сигналов, занимают полосу 30...300 Гц. Сигнал на выходе устройства должен быть представлен в форме однополярного тока в пределах 0...5 мА в нагрузке 1 кОм. В соответствии с выражением (1.1 ) в устройстве выполняются операции сложения, логарифмирования, дифференцирования, умножения. На основании данного выражения составляем функциональную схему устройства в общем виде, рисунок 1.1.
Рисунок 1.1 - общая блок схема
Однако, поскольку входные сигналы Х1 и Х2 представлены не в форме однополярного напряжения, то их нельзя подавать непосредственно ни на умножитель, ни на дифференциатор. Поэтому первоначальный вариант функциональной схемы нужно доработать с учётом форм входных и выходного сигналов, а также с необходимостью подавления помехи, наложенной на входной сигнал Х1.
Сигнал Х1 представляет собой частоту следования импульсов, его информативный параметром является частота следования импульсов. Его необходимо преобразовать в однополярное напряжение, затем он должен быть отфильтрован от помех и подан на умножитель. Для этого используем схемы ПЧН и ФНЧ.
Сигнал Х2 представляет собой постоянный ток. Его необходимо преобразовать в однополярное напряжение. Для этого будем использовать схему ПТН. Выходной сигнал устройства должен быть в виде однополярного тока, для этого к выходу умножителя подключим схему ПНТ, которая обеспечит требуемое значение тока в нагрузке. Доработанная структурная схема примет вид, показанный на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 - добротная блок схема
2 ВЫБОР И РАСЧЕТ ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ
2.1 Выбор и согласование уровней сигнала
В функциональной схеме устройства имеется устройство с неравномерной амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ), это дифференциатор. Поскольку ширина частотного спектра информативного параметра сигнала составляет 1 декаду, то коэффициент передачи дифференциатора для низшей частоты спектра 10 Гц должен быть равен 0 дб, а для высшей частоты спектра 20 дб, что в относительных единицах соответствует 1 и 10. В тоже время максимальное напряжение на выходе любого из узлов не должно выходить за пределы линейного режима работы ОУ, и для большинства ОУ диапазон выходных сигналов составляет 10В. Примем предел изменения напряжения на выходе дифференциатора равным 0...10В. сигнал на вход дифференциатора поступ?/p>