Проектирование автоматического интерфейса ввода-вывода

СОДЕРЖАНИЕ: Изучение и проектирование автоматического интерфейса ввода-вывода, состоящего из канала измерения в указанных пределах и канала управления напряжением в определенном диапазоне с максимальной приведенной погрешностью и ограниченным временем измерения.

Кафедра ЭиА

Контрольная работа на тему:

«Проектирование автоматического интерфейса ввода-вывода»


Задание и исходные данные

Спроектировать автоматический интерфейс ввода-вывода (АИВВ), состоящий из канала измерения (КИ) в пределах от U

до U
и канала управления (КУ) напряжением в диапазоне от U
до U
с максимальной приведенной погрешностью EPS, и с временем измерения не более T. Для передачи выходного кода КИ в микропроцессорную систему спроектировать мультиплексор ( для передачи N
разрядов счетчика (или регистра) по каналу из N проводников).

Для получения от микропроцессорной системы входного кода КУ спроектировать мультиплексор (для получения N

разрядов двоичного кода регистра по каналу из N проводников). В КИ применить аналого-цифровой преобразователь (АЦП) последовательного приближения. В КУ применить цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) параллельного действия.

Исходные данные

число разрядов N=4;

погрешность EPS=0,14 %;

период измерения T=0,001 с;

входные напряжения КИ:

U

=8 мВ;

U

=56мВ;

входные напряжения КУ:

U

=3 В;

U

=8 В.

Введение и описание структуры АИВВ

В общем случае автоматический интерфейс ввода-вывода (АИВВ) состоит из канала измерения (КИ) и канала управления (КУ). КИ реализован на усилителе постоянного тока (УПТ), аналого-цифровом или аналого-импульсном преобразователе (АЦП или АИП), регистре или счетчике (Р или С ) и мультиплексоре или дешифраторе( М или Д).

U

Р
М
АЦП
УПТ
U
UN
N
N

УПТ нормирует амплитуду входного сигнала (U

) до стандартного уровня (U).

АЦП (АИП) преобразует нормированный сигнал (U) в код (N1), используя в качестве эталона опорное напряжение (U

).

Р(С) и М(Д) осуществляют согласование кода на выходе АЦП с микропроцессором в координатах «пространство-время-функция».

Отличие АИП от АЦП состоит в том, что АЦП формирует код, развернутый в пространстве, а АИП – развернутый во времени, поэтому АИП соединяют по выходу со счетчиком (С) для преобразования в параллельный код.

Д применяют для преобразования одного пространственного кода в другой, а М- для раздельной во времени передачи пространственного кода по каналу связи с количеством проводников, меньшим разрядности кода.

На вход УПТ подается входное напряжение U

в диапазоне от U
до U
и преобразуется им в напряжение U,стандартное для данного типа АЦП.

АЦП преобразует нормированное напряжение U в код, который сохраняется необходимое время в Р, а затем передается на шину данных микропроцессора через Д или М.


М
УПТ
ЦАП
Р
NN
N
N
UU

В проектируемом АИВВ по заданию применяется АЦП на основе интегратора, счетчика и мультиплексора.

КУ реализован на мультиплексоре или дешифраторе (М или Д), регистре (Р), цифро-аналоговом преобразователе (ЦАП) и усилителе постоянного тока (УПТ).

Р и М и Д осуществляют согласование кода на входе ЦАП с микропроцессором в координатах «пространство-время-функция».

ЦАП преобразует код (N

) в пропорциональное ему напряжение (U), используя в качестве эталона опорное напряжение (U
).

УПТ преобразует амплитуду выходного сигнала ЦАП(U) в требуемое выходное напряжение(U

).

На М (Д) подается входной код N от микропроцессорной системы, сохраняется необходимое время в Р и подается на ЦАП. ЦАП осуществляет преобразование этого кода в соответствующее напряжение, которое усиливается УПТ до уровня U

Проектирование канала измерения

Дано:

N=4;

=0,14 %;

T=0,001 с;

U

=8 мВ;

U

=56мВ.

Определить:N

, N
,K , a
, F
, R
.

Проектирование счетчика.

а) По известной погрешности

и дискрете
=1 вычисляем значение минимального кода:

т.к.

=

то

N
=
=
=714

Что соответствует в двоичном коде N

=2
=1024.

б) Из соотношения

=
определяем максимальный код счетчика

N
= N
=512
=3584
2
=4096

в) Оцениваем погрешность преобразования кода

=
=
=0,098

расчетное значение

удовлетворяет условию, продолжаем проектирование. По справочникам выбираем суммирующий счетчик на 12 разрядов серии 564ИЕ16.

Проектирование мультиплексора

а) Определяем число входов мультиплексора.

Учитывая, что для двоичного кода

N=

Максимальный код N
при b
= b
=1 находим, как N=
=2
,

Тогда число информационных входов

n

=log
N
= log
2
=12.

б) Находим число адресных входов a мультиплексора

а =

=
=2

Необходим мультиплексор 12/4, управляемый по 2 адресным входам.

По справочнику выбираем мультиплексор К155КП5.

Расчет АЦП

а) Определяем опорную частоту

F
=
=
=4096000
4,1МГц-нестандартная частота

б) Вычисляем длительность импульса, с

=
=
=0,24

=
=
=0,000125


=
=
=10

что соответствует условию задачи, т.к.

.

в) Оцениваем погрешность во времени

=
=0,096,

что согласуется с условием задачи, поэтому продолжаем расчет.

Проектирование УДН

а) Определяем образцовое напряжение U

дискреты, В, при опорном напряжении U
=5В за период T=0.001

U

=
=
=1,2

б) Определяем напряжение выхода УДН

U

=
=
=0,625

U

=
=
=5

в) Оцениваем погрешность по напряжению

=
=
=0,096
,

что соответствует условию задачи.

Выбираем АЦП серии К572ПВ1.


Проектирование УПТ

а) Рассчитываем коэффициент усиления

K=

=
=90<500

Выбираем усилитель серии К140УД20,для которого выходной ток I=10

А

б) Расчет ведем методом графов

Для схемы сопоставим граф

В соответствии с графом составляем систему уравнений по законам Кирхгофа

по Iзакону для выхода e

по Iзакону для выхода e

;e

=e
-по II закону для выхода

Из решения системы уравнений находим

или U
=

Для активного делителя напряжения на ДУ известно решение

U

(0)=
(0).


Из равенства исследуемого и желаемого решения для проводимостей получаем

или

=
, т.е. 1+
=1+
,

откуда находим условие равновесия моста

=

для решения

U

=
U
=
U

в) Из полученного решения, зная ток ОУ, вычисляя значения резисторов, Ом

R

=R
=
=
=5

Из 5% ряда номиналов сопротивлений выбираем R

=R
=5Мом.

Для коэффициента усиления К=90 вычисляем резисторы, Ом


R

=R
=
=
=55555

Из 5% ряда выбираем ближайший номинал R

= R
==55 кОм при этом

K

=
=
=90

Для рассчитанных значений проверим диапазон

а) Коэффициент усиления УПТ

К

=90

б) Нижний порог входного напряжения, мВ

U

=
=
=7
В

в) Верхний порог входного напряжения, мВ

U

=
=
=55
В

Оцениваем рассчитанный диапазон с заданным, мВ

Ответ: счетчик 564ИЕ16, мультиплексор К155КП5,2 ОУ серии 140 УД с резисторами R

= R
=55 кОм, R
= R
=5 МОм, АЦП серии К572ПВ1.


Расчет канала управления

Дано:

=0,14 %;

К=1;

U

=8 В;

U

=3В.

Определить:N

, N
,K , a
, n
, R
.

1.Проектирование регистра

а) Определяем минимальный код

N
=
=
=714

б) Определяем максимальный код

N
=N
=512
=2

в) Вычисляем погрешность по коду

,

т.к.

продолжаем расчет. Выбираем 2 восьмиразрядных регистра 155ИР13, включая их параллельно.

2. Проектирование мультиплексора

а) Число разрядов мультиплексора

n

=
=
=10

б)число адресных входов мультиплексора

а=

=
=1

Выбираем мультиплексор 564КП2

Расчет АЦП

а) Определяем опорное напряжение, В , принимая коэффициент запаса К

=1,2

U

=K
U
=1,2
=9,6

б) Рассчитываем

и U

=
=
=0,47

U

=
=
=4,8

в) Вычисляем погрешность

,что удовлетворяет заданию.


Выбираем ЦАП серии К572ПА2

Расчет УПТ

Выбираем схему К140УД8( входной ток I=1

A), коэффициент усиления К=1

Решение методом графов по Iи II законам Кирхгофа

После подстановки находим

U

; K=
=
=1
,

Что совпадает с предложенным К=1, когда R

=
.

Итоговая схема

Принимая R

, определяем сопротивление резистора R
, Ом

R

=
=
=9,6

Из 5% ряда сопротивлений выбираем R

=10,0. U
=K
U
=1,2

СКАЧАТЬ ДОКУМЕНТ

ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ  [можно без регистрации]
перед публикацией все комментарии рассматриваются модератором сайта - спам опубликован не будет

Ваше имя:

Комментарий

Copyright © MirZnanii.com 2015-2017. All rigths reserved.