ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по «Конструирование радиоэлектронных систем»
Тамбов 2006
Аннотация
Данный курсовой проект на тему: «Модуль аналого-цифрового преобразователя».
Темой курсового проекта является разработка аналого-цифрового преобразователя сигналов от первичных датчиков и преобразование в цифровые электрические сигналы. В задание на курсовой проект входят технические характеристики АЦП, а также условия эксплуатации, при которых необходимо обеспечить бесперебойную работу всего блока.
В курсовом проекте были произведены расчеты теплового режима, номинальных диаметров монтажных отверстий, платы на механические воздействия и расчет надежности.
Объем ПЗ – с.
Количество таблиц – 7 шт.
Объем графической части – 7 листов формата А1
Список используемых источников – 6 наименований
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Исходные данные и их анализ
1.1 Развернутое задание проектирования блока
1.2 Описание и анализ принципиальной электрической схемы
1.3 Анализ соответствия электронной базы условиям эксплуатации
1.4 Патентный поиск и анализ аналогичных устройств
2. Проектирование блока
2.1 Компоновка блока
2.2 Разработка несущей конструкции блока
2.3 Защита блока от механических воздействий
2.4 Расчет теплового режима
3. Проектирование функционального узла
3.1 Выбор метода изготовления печатной платы и выбор материалов
3.2 Определение печатного проводника по постоянному току
3.3 Расчет номинальных диаметров монтажных отверстий
3.4 Определение ширины проводников
3.5 Определение минимального расстояния между элементами
3.6 Расчет платы на механические воздействия
4. Оценка качества продукции
4.1 Расчет надежности
4.2 Оценка качества разработанной конструкции
Заключение
Список использованных источников
Приложения
Приложение А Спецификации
Приложение Б Перечень элементов
ВВЕДЕНИЕ
Аппаратура контроля технологических процессов находит широкое применение Усовершенствование конструкции и повышение её эффективности является важной задачей на данном этапе развития радиоэлектронной аппаратуры.
Концепция данного курсового проекта заключается в разработке блока для контроля технологических процессов.
В составе многоканального цифрового измерительного преобразователя сигналов температурных датчиков и сигналов постоянного тока (МИП) используются аналогово-цифровой преобразователь, модуль соединителя, модуль коммутатора, модуль контроллера, модули памяти, аналоговых выходов, сигнализации отклонений, интерфейса, пульта оператора.
МИП предназначен для преобразования выходных аналоговых электрических сигналов первичных преобразователей (датчиков) температуры, а также сигналов напряжения и силы постоянного тока в кодированный электрический сигнал, обеспечивающий обмен информацией с ЭВМ, терминальными и печатающими устройствами по стандартным интерфейсам (ИРПР и ИРПС) работает с тремя средствами вычислительной техники.
Темой курсового проекта является разработка аналого-цифрового преобразователя сигналов от первичных датчиков и преобразование в цифровые электрические сигналы. В задание на курсовой проект входят технические характеристики АЦП, а также условия эксплуатации, при которых необходимо обеспечить бесперебойную работу всего блока.
1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И ИХ АНАЛИЗ
1.1 Развернутое задание проектирования блока
Развернутое техническое задание представляет собой документ, устанавливающий основное назначение и показатели качества изделия, технико-экономические и специальные требования, предъявляемые к изделию.
Название изделия – модуль АЦП;
Назначение изделия – преобразовывать в цифровой код аналоговую информацию от первичных датчиков;
Блок должен иметь следующие электрические параметры:
-потребляемая мощность не более 30 Вт;
-работать от сети 220 В (50 Гц)
Коэффициент применяемости не менее 0,6:
Требования к конструкции:
- габаритные размеры не более 460×210×210 мм;
- цвет – светло-серый;
- масса – не более 5 кг;
- допустимая температура корпуса блока не более 40°С:
- исполнение УХЛ категория 4.1 по ОСТ.15150-79;
Характеристики внешних воздействий для режима работы:
- температура окружающей среды 263-303 К;
- относительная влажность воздуха 65% при 293 К;
- диапазон частот вибрации 10-70 Гц;
- виброускорение 7,8 – 37 м/с2.
Среднее время наработки на отказ T0 – не менее 3000 часов;
Среднее время восстановления – не более 4 часов;
Тип производства – серийный.
1.2 Описание и анализ схемы электрической принципиальной
Сигнал от первичных датчиков поступает через фильтр высокочастотных и импульсных помех на вход предварительного усилителя (ПУ), коэффициент передачи которого определяется положением ключей К5, К6 и равен 5 при замкнутом К5 (К6 разомкнут) и 1 при замкнутом К6 (К5 разомкнут). С выхода ПУ сигнал поступает на вход инвертирующего усилителя (ИУ), имеющего фиксированный коэффициент передачи равный 10. Выход ИУ через ключ К7 присоединяется к первому из входов интегратора (ИН). Ко второму входу ИН присоединяется источник опорного напряжения СИ через ключ К8. Параллельно интегрирующей ёмкости ИН присоединен трехступенчатый ключ К8. Параллельно интегрирующей ёмкости ИН присоединен трехступенчатый ключ К9-К11. Интегратор имеет три режима работы: интегрирования- замкнуты ключи К7 или К8 а также ключи К7,К8,К9,К10, замкнут ключ К11; обнуление- разомкнуты К7, К8, К11, замкнуты ключи К9, К10. Ключ К11 служит для компенсации утечки через разомкнутые ключи К9, К10 в режимах интегрирования и хранения.
Выход ИН через резистор подключен к входу компаратора (КМП), к этому же входу через другой резистор подключен СИ, создающий начальное смещение и сдвиг нулевого уровня характеристики АЦП. Выход КМП присоединяется к устройству логического управления (УЛУ) цифровой части АЦП.
Цифровая часть включает также формирователь временных интервалов (ФВИ), счетчик (СЧ), генератор (ГН), регистры управляющего слова (РГ)1, (РГ)2 , дешифраторы, управляющие коммутатором, (ДШ)1, (ДШ)2, а также трансформаторный и оптронные гальванические разделители, через которые осуществляется связь с контроллером.
На ФВИ поступает напряжение сетевой частоты. На выходах ФВИ вырабатываются четыре последовательности прямоугольных импульсов(фазы) Ф1-Ф4. Фронты импульсов каждой из указанных последовательностей совпадают с моментами перехода через сетевого напряжения. ФВИ вырабатывает также импульсы сброса СЧ, следующие с удвоенной по отношению к сети частотой.
Кварцевый генератор меток ГН вырабатывает импульсы длительностью около 0,2 мкс, следующие с частотой 2,5 МГц. Через схему совпадения импульсы поступают на вход 16-разрядного счетчика. С помощью фиксирующих схем, установленных на входах четырех старших разрядах СЧ, вырабатываются 3 последовательности импульсов п1, п2, п3. Передний фронт импульсов п1 соответствует 24576 меткам (6000Н), что соответствует 9,8304 мс, передний фронт п2-16384 меткам (4000Н) или 6,5536мс, передний фронт 8192 меткам (2000Н) или 3,2768 мс, а задний фронт п3 совпадает с передним фронтом п2. Задние фронты п1 и п2 определяются импульсами сброса, вырабатываемыми в моменты прохождения сетевого напряжения через ноль. Первый такт интегрирования задается управляющим сигналом, определяемым логической комбинацией [Ф3*п1]. При единичном значении этого сигнала ИН находится в режиме интегрирования (ключ К7 замкнут),а при нулевом – в режиме хранения (ключ К7 разомкнут). При изменении частоты сети изменяется только положение заданного фронта п1 и соответственно длительности режима хранения ИК. Таким образом, в первом такте интегрирования напряжение на выходе интегратора изменяется под действием входного напряжения и достигает уровня, зависящего только от величины входного сигнала к независящего от периода сетевого напряжения.
Начало второго такта интегрирования происходит по переднему фронту Ф4. При этом замыкается ключ КВ и счетные импульсы начинают проходить через схему гальванического разделение в контроллере. Под действием напряжением ОИ напряжение на выходе ИН изменяется от уровня, достигнутого в конце первого такта, стремясь к нулю и далее в область положительного напряжения. При равенстве напряжений срабатывает КМП и УЛУ останавливает прохождение счётных импульсов в контроллер, фиксируя конец преобразования. Одновременно по сигналу УЛУ интегратор переводится в режим обнуления и в промежуток времени, оставшийся до конца второго такта, конденсатор ИН разряжается до нуля.
В течении второго такта ключ К7 разомкнут и напряжение на входе ПУ и соответственно на выходе ИУ не влияет на работу ИН.
В интервале, когда логический сигнал [Ф1*Ф2*п2] имеет низкий уровень, замкнут ключ К3 и разомкнут ключ К4, при этом от источника Е через ограничительный резистор на вход АЦП протекает тренировочный ток, замыкающий через подключенную пару контактов коммутатора, линию связи с датчиком и внутреннее сопротивление датчика.
Величина тренировочного тока выбирается существенно больше нижней допустимой границы коммутируемоготока, указанной в ТУ на безъякорные реле РКГ15, используемые в коммутаторе, и значительно меньше верхнего предельного значения.
Протекание тренировочного тока через контакты реле препятствует возникновению на них окисных пленок, нарушающих контакт. Импульс тренировочного тока используется одновременно и для контроля исправности линии связи с датчиком. В интервале времени, задаваемом низким уровнем логического сигнала [Ф1*Ф4*п3], УЛУ определяет уровень сигнала в точке «0» структурной схемы. Если цепь датчика оборвана, то в этой точке устанавливается высокий уровень и в УЛУ вырабатывается сигнал “обрыв”, передаваемый далее по линии “флаги” в контроллер. Если цепь датчика исправна, то падение напряжение от импульса тренировочного тока, возникающее в низкоомной (менее 10 кОм) цепи датчика, мало и сигнал “обрыв” не вырабатывается.