ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ
Розробити аналого-цифровий перетворювач з вхідним мультиплексором, пристроєм вибірки зберігання, автоматичним вибором меж вимірювання, автоматичної початковій передустановкою в початковий стан, автоматичним циклічним вибором номера датчика, різними видами запуску (ручний, від зовнішнього генератора, від внутрішнього генератора) з наступними основними характеристиками:
Клас точності (c/d) 0,5/0,1Входное опір, не менш МОм6,5Чісло каналів ізмеренія7Время вимірювання по одному каналу, не більше, с10-4Діапазон робочих температур, ° С - 10? +65 Параметри вхідного спектраfc1, кГц25fc2, кГц100fc3, кГц400Інтерфейс связіUARTНапряженіе пробою ізоляції, кВ0,25
Безперервний спектр вхідного сигналу має наступний вигляд:
Рис. 1
ВСТУП
Аналого-цифрові перетворювачі (АЦП) є пристроями, які приймають вхідні аналогові сигнали і генерують відповідні їм цифрові сигнали, придатні для обробки мікропроцесорами та іншими цифровими пристроями.
Принципово не виключена можливість безпосереднього перетворення різних фізичних величин в цифрову форму, однак це завдання вдається вирішити лише в рідкісних випадках через складність таких перетворювачів. Тому в даний час найбільш раціональним вважається спосіб перетворення різних за фізичною природою величин спочатку в функціонально пов'язані з ними електричні, а потім вже за допомогою перетворювачів напруга-код - в цифрові. Саме ці перетворювачі і мають на увазі, коли говорять про АЦП.
В даний час відомо велика кількість методів перетворення напруга-код. Ці методи істотно відрізняються один від одного потенційною точністю, швидкістю перетворення і складністю апаратної реалізації. Одним з найбільш поширених є метод порозрядного врівноваження, званий також методом послідовних наближень. Перетворювач, побудований на основі цього методу, званий в літературі також АЦП з порозрядним уравновешиванием, є найбільш поширеним варіантом послідовних АЦП.
В основі роботи цього класу перетворювачів лежить принцип дихотомії, тобто послідовного порівняння вимірюваної величини з 1/2, 1/4, 1/8 і т.д. від її можливого максимального значення. Це дозволяє для N-розрядного АЦП послідовного наближення виконати весь процес перетворення за N послідовних кроків (ітерацій) замість 2N - 1 при використанні послідовного відліку та отримати істотний виграш у швидкодії.
Даний клас АЦП займає проміжне положення по швидкодії, вартості і роздільної здатності між послідовно-паралельними і інтегруючими АЦП і знаходить широке застосування в системах управління, контролю та цифрової обробки сигналів.
АЦП за способом перетворення вхідного сигналу підрозділяються на паралельні, послідовно-паралельні, послідовні, інтегруючі, сигма-дельта і т.д. Також аналого-цифрові перетворювачі розрізняються по швидкодії, точності, розрядності. Використовуються різні типи інтерфейсів (PPI, SPI, USB і т.д.) з гальванічною і без гальванічної розв'язки показати пізніше цифровий пристрій.
Одним з найбільш поширених є АЦП послідовних наближень. Розробка такого АЦП є метою даної курсової роботи.
1. РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ АЦП
.1 Розрахунок частоти дискретизації
Безперервний спектр сигналу має вигляд, показаний на рис.2, де
=25 кГц, fc2=0,1 МГц, fc3=400 кГц:
Рис. 2 - Спектр вхідного сигналу
Розрахунок верхньої частоти ефективного спектру сигналу проводиться з урахуванням того, що для виключення втрати інформації про сигнал необхідно, щоб проектоване пристрій забезпечувало передачу не менше 95% спектральної потужності вхідного сигналу. Оцінити цю потужність можна по площі, обмеженої графіком і осями координат.
Площа, обмежена спектром сигналу може бути розрахована інтегруванням складових, площа вийде у відносних одиницях.
Енергетичним значущим вважається 95% потужності спектру сигналу, а іншу частину можна не враховувати.
Знаючи площу енергетично значної частини спектра можна знайти верхню частоту спектра сигналу.
Знаючи площу енергетично значної частини спектра можна знайти верхню частоту спектра сигналу.
тому, верхня частота лежить в діапазоні частот від 100кГц до 400кГц.
Розглянемо трикутник, де основа дорівнює 400000 - 100000, а висота 0,3. З точки, де визначається верхня частота, проведемо перпендикуляр до перетину з гіпотенузою. Висота цього відрізка нехай одно x. Тоді, можна записати
Звідки ...
