Информационно-измерительная система

ign="justify">       Каждый из девяти каналов подключается к АЦП по поступлению управляющего сигнала на коммутатор в микроконтроллере. Частота переключений коммутатора осуществляется управляющим сигналом поступающим с внутреннего таймера микроконтроллера.

     Преобразование  аналогового сигнала в цифровой осуществляется с помощью АЦП  PIC17C756A. Далее сигнал  передается в память микроконтроллера и после чего в ЖКИ.

     Как говорилось ранее, для коммутации измерительных  каналов с АЦП будет использоваться внутренний коммутатор. Импульсы, вырабатываемые таймером микроконтроллера, будут по сути дела управлять переключением измерительных каналов, таким образов можно говорить о том, что именно эти импульсы будут своеобразной основой для синхронизации всей системы. Так для запуска АЦП можно использовать те же импульсы, что поступают на коммутатор. Однако надо обязательно учесть, что напряжение на выходе коммутатора установиться не сразу же после поступления импульса, а через время t₁ самого коммутатора.

     Рассчитаем  быстродействие по одному каналу:

                                       (2.18)

     Где, – соответственно постоянные времени унифицирующего преобразователя, коммутатора, АЦП, регистра. 

 

2.5 Разработка развернутой  структурной схемы

     Схему опроса девяти объектов можно реализовать следующим образом.

     Измеряемое  напряжение подается на унифицирующий преобразователь и преобразуется в напряжение с одновременным усилением последнего до величины 5 В. Далее сигналы поступают на входы коммутатора в микроконтроллере, который поочередно подключает девять каналов ко входу АЦП. Выбор канала происходит программно в микроконтроллере. Сигнал с коммутатора поступает на вход АЦП, где он преобразуется в двоичный код. Затем двоичный код запоминается в памяти и передается в ЖКИ.

 

       2.6 Определение быстродействия  и результирующей  погрешности

       В расчете результирующей погрешности  первым этапом является определение  аддитивной и мультипликативной  погрешностей в начале и в конце  диапазонов в каждом блоке преобразования. Затем определяются общие погрешности  в начале и в конце диапазонов. Следующим этапом определяются относительные  погрешности системы в начале и в конце диапазонов сигналов.

       2.6.1 Определение погрешности преобразователя напряжения.

       Определим погрешности преобразователя напряжения выполненного на ОУ. Аддитивные погрешности вызваны наличием напряжения смещения U_СМ и разности входных токов, также их температурным дрейфом [7].

                         (2.19)

       где - погрешность преобразователя напряжения, обусловленная погрешностью напряжения смещения

        - напряжение смещения, ;

        - разность входных токов, ;

       R1, R2 – сопротивление цепи ООС, R1=R2=1 кОм.

       Подставляя  представленные значения в 2.19, получим: 

       Аддитивная  погрешность ПСН вызванная температурным дрейфом:

             (2.20)

       Здесь ТКU и TKi температурные коэффициенты соответственно напряжения смещения и входных токов ОУ; 

       Суммарная аддитивная погрешность ПСН:

          (2.21)

       .

       Определим мультипликативную погрешность  ПСН:

                         (2.22)

       где – относительная погрешность R1, R2, R3, R4 с допуском , тогда для R1,R2 Ом и для , R3, R4 Ом. 
 
 
 
 
 
 
 

       2.6.2 Определение погрешности коммутатора

       Погрешность микросхемы коммутатора обусловлена токами утечки и наличием сопротивления ключа в закрытом состоянии. Токи утечки гарантированные производителем для микросхемы PIC17C756A составляют при +20°С меньше 70 пА. Сопротивление коммутатора в открытом состоянии не превышает значения 270 Ом.

       Определить мультипликативную составляющую погрешности обусловленную наличием сопротивления в замкнутом состоянии ключа можно по формуле:

                                                    (2.23)

       Значение  в (2.23) определяется:

                                                 (2.24)

       Используя (2.24)получаем:

       

       Подставим в (2.23) получаем:

       

       _{Определить аддитивную составляющую погрешности, обусловленную наличием тока утечки можно по формуле:}

                               (2.25)

       где - токи утечки микросхемы ключа А.

       В. 

       2.6.3 Определение погрешности АЦП

       Определим погрешность АЦП. Для АЦП регламентируются погрешности: аддитивная составляющая - нелинейность D_НЛ и мультипликативная составляющая - абсолютная погрешность преобразования в конце шкалы D_ШК.  

       Нахождение  суммарной аддитивной составляющей погрешности на выходе схемы:

                         (2.26)

     где К_КОМ , К_АЦП – коэффициент преобразования сответсвенно коммутатора и АЦП, К_КОМ = 1.

     Так как на выходе компаратора в схеме  АЦП сигналы, соответствующие логическому  нулю или логической единице, находятся  в пределах от 0 до 5 В, то у АЦП коэффициент преобразования обычно не более 1000. Исзодя из этого определим коэффициент преобразования АЦП::

      МРЗ/В                  (2.27)

где – максимальное входное напряжение, подаваемое на АЦП,       

       Подставив значения получим:

       =1·204,8·9,2·10^-5+204,8·1.89·10^-6+1 = 1,019 (B).

       Нахождение  суммарной аддитивной и мультипликативной  составляющей погрешности на выходе схемы: 

       Подставив значения получим: 

       (В).

       Найдем  приведенную аддитивную погрешность  системы:

                                                  (2.28) 

       Найдем  приведенную аддитивную и мультипликативную  погрешность системы:

                                                  (2.29) 

       Анализ  полученного решения показывает, что полученная погрешность не превышает  заданного в техническом задании  значения .

       Определим результирующее быстродействие: 
 

что удовлетворяет  заданию.

 

Список  использованных источников

     1 Есипов В.Н. Курсовое проектирование  по дисциплине "Информационно-измерительные  системы", Метод. пособие. – Орел, 1998. – 53 с.

     2 Измерительные информационные системы.  Цапетко М.П. – М.:Энергоатомиздат,1985.

     3 Справочник по электроизмерительным  приборам. Под ред. Илюнина К.К.  – Л.: Энергоатомиздат,1983.

     4 Цифровые и аналоговые интегральные  микросхемы: Справочник/ С.В. Якубовский. – М.: Радио и связь, 1990. – 496 с.

     5.Новицкий  П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей  результатов измерений. – 2-е  изд., перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат.  Ленингр. отд-ние, 1991. – 304 с.: ил.

     6 Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры:  Справочник/И.В. Новаченко. – М.: Радио и связь, 1989. – 384 с.: ил.

     7 Гутников В.С. Интегральная электроника  в измерительных устройствах.–  2-е изд., перераб. и доп. –  Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние, 1988.–304 с.: ил.

     8 Цифровые интегральные микросхемы: Справочник/М.И. Богданович. – Мн.: Беларусь, 1991. – 493 с.: ил.

     9 Подмастерьев К.В. Точность измерительных  устройств: Учебное пособие / К.В.  Подмастерьев. – Орел: ОрелГТУ, 2002. –  140 с.

     10 Шило В.Л. Популярные микросхемы  ТТЛ. – М: “Аргус” 1993.– 64с.:ил.

     11 Чип и дип [Электронный ресурс]. – 2011. – Режим доступа http://www.chipdip.ru/product/dv-40200s2rb-r.aspx