Главная Обратная связь

Дисциплины:






Выбор и обоснование структурной схемы разрабатываемого устройства



Введение

В современной электронике, как известно, широко применяются методы цифровой обработки информации. Для использования данных методов необходимо преобразование аналоговой информации (например, напряжений от различных датчиков (температуры, давления, освещённости, и т.д.) в цифровую, т.е. в цифровой код. Эту задачу решают аналого-цифровые преобразователи, или АЦП, различных типов.

В зависимости от специфики систем обработки цифровой информации, возможны различные требования к выходному коду АЦП. Современные АЦП представляют собой, в большинстве случаев, интегральную схему (ИМС), и являются законченными функциональными узлами. Области применения таких ИМС различны - таким образом, выходной код интегральных АЦП является унифицированным, т.е. двоичным (необходимо отметить, что существуют также интегральные АЦП для специализированного применения, но это скорее исключение). Для получения на выходе преобразователя кодов, отличных от двоичного, прибегают к различным методам. Один из таких методов заключается в следующем: в качестве преобразователя кода используется запоминающее устройство, по двоичным адресам которого записаны соответствующие комбинации в необходимом коде.

Ещё одной задачей, возникающей в современных устройствах обработки информации, является задача отслеживания информации по нескольким каналам. При решении таких задач возможны следующие реализации АЦП: параллельный набор АЦП с необходимым количеством входных каналов и одним либо несколькими выходами, и последовательный АЦП, т.е. один интегральный АЦП в комбинации с аналоговым мультиплексором на входе. На сегодняшний день применяются оба варианта, однако для отслеживания медленно меняющихся сигналов (время существенного изменения отслеживаемого параметра больше времени опроса всех каналов) экономически более выгодным является второй.

Современные АЦП можно классифицировать по виду алгоритма преобразования. Практически наиболее распространёнными являются следующие три классических метода преобразования:

- метод последовательного счета;

- метод поразрядного кодирования;

- метод считывания.

При использовании метода последовательного счета входная аналоговая величина уравновешивается суммой одинаковых эталонов. Момент равенства входной величины и суммы эталонов определяется с помощью устройства сравнения (компаратора). Результат преобразования характеризуется числом квантованных уровней, используемых в преобразовании. Это число квантованных уровней представляется в виде последовательного единичного кода, и с помощью счетчика преобразуется в позиционный двоичный код(ПДК).

В методе поразрядного кодирования входная величина последовательно сравнивается с суммой эталонов, имеющих значение квантованных уровней, где = n-1, n-2, n-3, …, 2, 1, 0 (где n - число разрядов в позиционном двоичном коде).



Сутью метода считывания является использование набора из эталонов. При этом младший эталон равен одному квантованному уровню, следующий - двум уровням, а старший соответственно уровням. Так как при использовании данного метода преобразования входная величина одновременно сравнивается со всеми эталонами, то для осуществления такого сравнения необходимо устройств сравнения (компараторов).

Выбор и обоснование структурной схемы разрабатываемого устройства

Как было сказано выше, для современных систем сбора данных приемлемы два варианта реализации АЦП.

Первый вариант заключается в следующем: в каждый канал включают свой индивидуальный АЦП с согласующим устройством выборки и запоминания, которое одновременно выполняет функции усиления сигналов, а непосредственно преобразование многоканальной информации в одноканальную осуществляется уже в цифровой форме с помощью цифровых мультиплексоров, данные на которые поступают либо непосредственно с АЦП, либо после дополнительной обработки.

При втором варианте реализации используется один АЦП с устройством выборки и запоминания, работающий совместно с аналоговым мультиплексором, который превращает многоканальную информацию в одноканальную. С выхода АЦП соответствующим образом сформированная информация поступает на ЭВМ или на процессор обработки посредством некоторого оговоренного интерфейса.

Выбор между этими вариантами представляет определенный компромисс по ряду факторов. В основе этого компромисса, с одной стороны, лежит разрешение противоречия между точностью и стоимостью АЦП. Чем выше необходимая точность АЦП, тем предпочтительнее становится аналоговый коммутатор (обычно уже при числе двоичных разрядов АЦП, большем 6..8, целесообразным становится применение аналогового коммутатора; при меньшем - целесообразнее применение мультиплексоров), который также является и более дорогим вариантом.

С другой стороны, необходимо учитывать возникающее противоречие между быстродействием и стоимостью АЦП. Поскольку цена АЦП возрастает с увеличением его быстродействия, а требование к его быстродействию, в свою очередь, при работе совместно с n-канальным аналоговым коммутатором, увеличивается в n раз по сравнению с одноканальным АЦП, то в большинстве случаев оказывается более выгодным применение в каждом канале высококачественного АЦП совместно с цифровым мультиплексором.

В данной работе предлагатся использование второго варианта, т.е. одного интегрального АЦП совместно с мультиплексором на входе. Данный вариант является экономически выгодным, а при использовании современного интегрального АЦП позволяет получить необходимые частотные характеристики, а также точность и быстродействие.

Структурная схема разрабатываемого устройства представлена в Приложении 1. Как видно из схемы, в состав устройства входят: коммутатор на шестнадцать каналов, на который подаются внешние сигналы с массива датчиков; интегральный АЦП, непосредственно выполняющий функции преобразования аналогового входного сигнала в цифровой; преобразователь кода (на схеме обозначен как ПК), обеспечивающий преобразование двоичного кода с выхода АЦП в выходной код с количеством нулей, равным четырём; блок индикации, обеспечивающий отображение в ручном режиме работы номера входного канала; блок клавиатуры, обеспечивающий возможность выбора входного канала в ручном режиме работы; устройство управления, формирующее необходимые стробирующие сигналы для обеспечения необходимой последовательности работы блоков синтезируемой системы.





sdamzavas.net - 2020 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...