Проектирование автоматического интерфейса ввода-вывода

скачать (2259.7 kb.)

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 Uдо 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 U N 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

N N N N U U
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=35842=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=logN= log2=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===40960004,1МГц-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 I закону для выхода e

по I закону 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=KU=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 I и 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=KU=1,2







Рефераты Практические задания Лекции
Учебный контент

© ref.rushkolnik.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации