Главная | Обратная связь

III. Расчет тактового генератора для АЦП

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

 

Федеральноегосударственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения

Императора Александра I»

(ФГБОУ ВПО ПГУПС)

Факультет: «Автоматизации и интеллектуальных технологий»

Кафедра «Радиотехника»

Курсовой проект

Тема: «Построение аналого-цифровых преобразователей»

По дисциплине: «Электроника»

Выполнил студент гр. АТ-201

Яицкий И.А.

Вариант №297

Проверил преподаватель

Яковлев П.Б.

Санкт-Петербург

Г.

Оглавление:

1. Исходные данные………………………………………………………..3

2. Схема АЦП………………………………………………………………..3

3. Расчёт тактового генератора……………………………………………6

4. Разработка ПУ……………………………………………………………7

5. Литература……………………………………………………………….15

6.

I. Исходные данные:

1. Тип АЦП, основная интегральная микросхема:

АЦП двойного интегрирования

 

2. Частота, Гц: 7*10⁵ Гц

Скважность: 7

Длительность фронтов, МКС: 5*10^-2

Амплитуда, В: 3

Монтажная емкость: С_м=50 пФ

Входная емкость элементов: С_вх=15 пФ

 

 

3. Согласуемые элемент серии ИМС: ТТЛ ® КМДП

К155-> К561

Нагрузочная способность ПУ: 2

Частота переключения, МГц: 1

Температурный диапазон, °С: —10 ÷ 70

 

II. Задание 1. Выполнить полную схему АЦП, описать работу предло­женного АЦП, соответствующих выбранных микросхем и уст­ройств, обеспечивающих работу АЦП.

 

 

Рис.1 Схема АЦП

 

Опишем работу данного АЦП.

Принцип работы АЦП поясняется с помощью диаграммы (Рис.2).

· 1 такт.

Ключ S1 замыкается сигналом со схемы управления. С входного усилителя подаётся напряжение на интегратор и начинается зарядка конденсатора C1(входной усилитель здесь служит повторителем напряжения, чтобы избежать влияния АЦП на измеряемую цепь). Обозначив, время 1-го такта работа АЦП, можно получить напряжение на выходе интегратора в конце этого такта

= -3/28.99*0.01 ≈ -10.34 В

U1(на выходе интегратора)

 

 

(на выходе компаратора)

 

 

 

 

 

(счетчик)

 

 

 

 

 

Рис.2 Временная диаграмма работы АЦП

 

В процессе работы на выходе интегратора напряжение на инверсном входе нулевое. При этом компаратор сразу выдаст на счетчик разрешающий сигнал. Однако, счет не начнется, поскольку импульсы со схемы управления в этом такте еще не поступают.

 

· 2й такт.

Отключается ключ S1 и включается ключ S2. При этом интегратор соединяется с источником опорного напряжения, которое обратно измеряемому по знаку (Так называемое эталонное напряжение. Оно в нашем случае положительное) Одновременно со схемы управления на счетчик подаются тактовые импульсы, и начинается счет, разрешение которого было еще в 1м такте. Как было сказано выше, напряжение на инверсном входе интегратора близко к 0. Поэтому теперь конденсатор С1 интегратора будет разряжаться постоянным током (входной ток обычно пренебрежимо мал). Тогда время разрядки до нулевого уровня составит:

=-10.34*28.99*10^-8/-3 ≈ 1 мкс

 

За это время счетчик отсчитает число тактовых импульсов, поступающих со схемы управления с частотой. Это число можно определить по формуле:

n(T) = T*f=U_вх*f*τ/E₀=-10.34*7*10⁵*10^-6/-2.984=2,43≈2

 

Число сигналов прямо пропорционально входному напряжению и не зависит от параметров интегратора.

После разрядки интегратора до 0, компаратор снимает сигнал разрешения, и счет прекращается. В конце такта происходит запись выходного кода со счетчика в выходной регистр.

 

· 3 такт

Происходит заряд конденсатора интегратора для коррекции нулевого уровня. Это необходимо потому, что все аналоговые устройства имеют смещение нуля. (Т.е. в нашем случае сравнивают входной сигнал не с нулем, а с не значительным, но отличным от нуля уровнем. Для повышения точности измерений это нужно компенсировать).

Ключ S2 выключается и включаются ключи S3 и S4. При этом вход интегратора зануляется. Сигнал с компаратора через цепочку R2, С2 подается непосредственно на конденсатор интегратора С1. В этом случае на С1 накопится заряд, определяемый смещением нуля аналоговых схем. Он корректирует смещение нуля в следующем цикле измерений.

 

III. Расчет тактового генератора для АЦП

Исходные данные для расчёта:

Частота, Гц: 7*10⁵ Гц

Скважность: 7

Длительность фронтов, МКС: 5*10^-2

Амплитуда, В: 3

 

 

Исходные данные для расчета следующие:

 

В качестве генератора тактовых импульсов удобно использовать микросхему К155АГ1 (рис.3).

 

 

Рисунок 3 – Ждущий мультивибратор К155АГ1

 

Она представляет собой одиночный ждущий мультивибратор, имеет три входа запуска, три вывода С, RC и RI для подключения времязадающих цепей, прямой и инверсный выходы. Условие запуска мультивибратора - изменение входных сигналов, в результате которого появляется следующее сочетание - хотя бы на одном из входов 3 или 4 - лог. 0, на входе 5 - лог. 1.

Длительность импульса при основном варианте подключения времязадающей цепи, приведенном на рис. 4, составляет приблизительно

 

 

 

Рисунок 4– Принципиальная схема генератора тактовых импульсов.

 

Условное графическое обозначение и назначения выводов ИМС К155АГ1 представлены на рисунке 3 и в таблице 1

 

Таблица 1 – Назначение выводов К155АГ1

Номер вывода	Назначение
	выход
2,8,12,13	свободные
3,4,5	входы
	выход
	общий
9,10,11	для подключения времязадающей цепи
	напряжение питания

 

Рассчитаем цепь тактового генератора.

Сопротивление резистора R1 может находиться в пределах 0.5...43 кОм, емкость конденсатора С1 – любая (подбираем и сопоставляем). Берём керамические ёмкости не переходя в разряд электростатических и учитываем исходные данные.

 

Согласно исходных данных, частота есть величина, обратная периоду, отсюда период колебаний будет равен:

 

 

Следовательно, длительность импульса будет равна:

 

 

Скважность – это величина, равная отношению периода и длительности импульса, следовательно:

 

 

Отсюда, найдя длительность импульса, с учётом исходных данных скважность равна – 7:

 

найдем длительность паузы:

 

 

Имея значения длительности паузы и импульса, из нижеприведенных формул получим значения параметров RC элементов генератора:

Принимаем С1=С2=0.01 мкФ (Ф)

 

=>R₁ будет равен:

 

 

=> R₂ будет равен: