Разработка цифрового вольтметра
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
ием каждого тактового импульса на выходе схемы управления формируются кодовые сигналы, которые поступают на входы ЦАП и одновременно на входы дешифратора. В соответствии с законом формирования кодовых сигналов на выходе ЦАП компенсирующее напряжение, которое поступает на другой вход схемы сравнения. Схема сравнения в зависимости от знака разности и подаёт соответствующий сигнал в схему управления, который приводит к прекращению поступления импульсов.
Напряжения в момент уравновешивания связаны соотношением:
где - шаг квантования компенсационного напряжения; - порог чувствительности схемы сравнения.
Измеряемое напряжение:
Подбором , где , добиваются, чтобы значение компенсационного напряжения соответствовало измеряемому напряжению с учётом постоянного множителя, т.е.:
В момент уравновешивания, значение кода управления фиксируется в схеме управления и через дешифратор поступает на входы индикатора, где оно высвечивается в виде десятичных цифр. На этом один цикл измерения заканчивается.
В ЦВ данного типа погрешность составляет 0,05-0,001 при обеспечении высокого быстродействия (до 5000 преобразований в секунду).
Рисунок 2 - Диаграмма работы ЦВ поразрядного кодирования
.РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВОЛЬТМЕТРА
Напряжение делителя напряжения:
Определим абсолютную погрешность измерения:
Максимальное количество импульсов:
Так как индикаторы отображают количество импульсов, посчитанных счетчиками, то выбираем По формуле (3) получаем:
В нашей схеме используется 12 - разрядный ЦАП, опорное напряжение которого:
3.СХЕМОТЕХНИКА ОСНОВНЫХ УЗЛОВ ЦИФРОВОГО ВОЛЬМЕТРА
3.1ВХОДНОЕ УСТРОЙСТВО
Входное устройство состоит из схемы защиты от перенапряжения и делителя напряжения.
Делитель предназначен для выбора пределов измерения за счет деления входного напряжения. В нашем случае три предела измерения:
Следовательно, будет три переключателя положений измерения SB1.1, SB2.1, SB3.1 и четыре резистора R1, R2, R3, R4.
Рисунок 3 - Схема входного делителя напряжения
Сопротивление на входе делителя напряжения примем равным с целью снижения влияний вольтметра на измеряемую цепь входным сопротивлением вольтметра. Общее сопротивление делителя составит:
Рассчитаем номиналы резисторов:
Номинал резистора (
Номинал резистора
Номинал резистора
Номинал резистора
Мощность:
Мощность, рекомендуемая преподавателем:
Прямое напряжение:
Обратное напряжение:
Прямой ток:
Частота измерения:
Расчетное значение сопротивлений сверим с рядом E192 с учетом допуска В качестве , , и будем использовать прецизионные резисторы типа С2-29B мощностью 0.25 Вт и с допуском Предельное рабочее напряжение составляет 200 В., что обеспечит необходимый запас прочности по напряжению.
С2-29B - 0,25 - -
С2-29B - 0,25 - -
С2-29B - 0,25 - -
С2-29B - 0,25 - -
Суммарная максимальная погрешность делителя составляет:
.
Для защиты от перенапряжения воспользуемся двумя диодами , и резистором, ограничивающими ток на входе. Для данной схемы возьмём два диода типа КД212А, ток которого равен 1 А, максимальное прямое падение напряжения равно 1 В, максимальное обратное падение напряжения равно 500 В. Роль ограничительного резистора выполняет резистор делителя напряжения.
В схеме входного устройства для усиления напряжения воспользуемся прецизионным операционным усилителем К140УД25А.
Рисунок 4 - Цоколевка ИМС К140УД25А
Рисунок 5 - Схема включения усилителя напряжения ИМС К140УД25А
Коэффициент усиления составляет:
В данной схеме включения используется обратная отрицательная связь. Отрицательная обратная связь делает систему более устойчивой к случайному изменению параметров в случае возникновения помех. Так как усилитель применяется для усиления постоянного напряжения, то ее применение вполне оправдано.
Таблица 1 - Назначение выводов ИМС К140УД25А
ВыводНазначение1Не подключен2Инвертирующий вход3Прямой вход45Корректировка6Выход78Корректировка
Таблица 2 - Параметры усилителя ИМС К140УД25А
ПараметрНапряжение питания, В(13,5…16,5)ВПотребляемая мощность, мВт160Коэффициент усиления, дБ88Входной ток, нАне более 4Входное сопротивление, МОм40Напряжение смещения, мкВне более 75Скорость наростания входного напряжения, В/мкс0,1Граничная частота, МГцне менее 0,4
Рассчитаем сопротивления :
Примем номинал резистора равным:
Тогда получаем:
Номинал резистора :
Рисунок 6 - Схема входного устройства
3.2ГЕНЕРАТОР ТАКТОВЫХ ИМПУЛЬСОВ
Рассмотрим схему генератора с кварцевым резонатором, выполненным на логических элементах 2И-НЕ. Элемент DD1.1 охвачен здесь 100 %-ной отрицательной обратной связью и, следовательно, представляет собой просто усилитель с коэффициентом передачи 1. Элемент DD1.3 представляет собой логический инвертор, который в моменты переключения из одного с?/p>