2.2.7 Счетчик

     Девятиразрядный двоичный реверсивный счетчик построен на трех четырехразрядных серии К564ИЕ11[5]. Условное графическое обозначение микросхемы К564ИЕ11 изображено на рисунке 5.

     Рисунок 5 – Счетчик

     D1, D2, D3, D4–вход установки 1-го, 2-го, 3-го и 4-го разрядов соответственно; V–вход разрешения установки; P0–вход переноса; ±1–вход определяющий режим сложение/вычитание; Q1, Q2, Q3, Q4–выходы соответствующих разрядов; p-выход переноса.

     Для синтеза девятиразрядного счетчика необходимо знать таблицу истинности данного устройства. Таблица истинности данного счетчика соответствует таблице 5

Таблица 5

     Связь счетчиков  осуществляется через соединение выхода переноса младшего к входу старшего.

     Режимы  Сложение/Вычитание осуществляются в младшем счетчике. Когда компаратор зафиксирует выход за пределы  разрешающей способности (что соответствует тому, что нужно увеличить модуль напряжения) на сумматор в соответствующий вход поступает высокий уровень и он работает на сложение.

3 Анализ метрологических характеристик

    Разработанное устройство полностью соответствует техническим  требованиям, изложенным в техническом  задании. В устройстве использованы быстродействующие микросхемы (операционный усилитель К140УД7, компаратор КМ597СА3, ЦАП КР572ПА1, регистр 530ИР22).

    Устройство  обеспечивает работу в необходимом  динамическом диапазоне. Диапазон входного напряжения, исходя из способа построения (это подразумевалось при подборе ступени квантования, разрядности счетчика, ЦАП и, в целом, конструируемого АЦП) рассчитан на напряжение до минус 10 В. Входное сопротивление более 1 Мом, благодаря использованию повторителя.

    Время преобразования выбрано равное 1 с. обеспечено благодаря выбору тактовой частоты генератора, что соответствует требованиям ТЗ.

    В связи с использованием обратной связи устройство работает в автоматическом режиме.

    Аддитивная  погрешность складывается из суммы  аддитивных погрешностей четырех усилителей (вне зависимости от схемы их включения), и аддитивной погрешности ЦАП. Используемые при расчете аддитивной погрешности характеристики приведены в таблице 6. Характеристики прочих звеньев главного круга преобразования не включены, т.к. подразумевается, что цифровые элементы данным видом погрешностью не обладают, а точность компаратора, с которой он может входной и опорный сигнал достаточна велика.

Таблица 6 – Характеристики

    Будем искать погрешности, в том числе аддитивную, для входной величины, равной ступени квантования (в данном случае она максимальна) по формуле 9 из[7]:

      (9)

    где С — суммарная аддитивная погрешность устройства; δ1, δ2—аддитивные погрешности усилителей и ЦАП соответственно

    Мультипликативная погрешность (возникает при изменении коэффициентов преобразования), будет складываться за счет некоторых факторов, таких как точный подбор резисторов в схемах включения усилителей (они обладают своей точностью). Если погрешность, возникающая при этом порядка d=0,05%, то по формуле из [7] получим предел относительной основной погрешности:

      (10)

    Полученная  погрешность носит лишь оценочный  характер. Введу сложности устройства, более точно погрешность может быть оценена путем моделирования.

4 Электрическое моделирование

     Моделирование схемы проводилось в пакете программ схемотехнического моделирования  Micro-Cap 7.0.

     В качестве устройства для моделирования  было предложено смоделировать работу генератора. В программе MicroCap была создана схема, показанная на рисунке 6.

     Данная  схема представляет собой простейший кварцевый генератор на микросхемах  КМОП Х1 и Х2. На данной схеме вместо кварца был использован импульсный генератор V1.

     На  рисунке 7 изображен выходной сигнал модели и выходной сигнал 

     Рисунок 7 – Выходной сигнал модели

     На  рисунке 8 изображен выходной сигнал в промежутке времени между преобразованиями.

     Рисунок 8 – Выходной сигнал в промежутке времени между преобразованиями 

Список  литературы

1. Джонс М.Х. Электроника – практический курс. Москва: Постмаркет, 1999 –528 с.
2. Забродин Ю.С Промышленная электроника: Учебник для вузов.   — М.: Высш. школа, 1982. –496 с.
3. Кончаловский В.Ю. Цифровые измерительные устройства: Учеб. пособие для вузов .—М.:Энергоатомиздат, 1985.—304 с.
4. Ладик А.И. Сташкевич А.И. Изделия электронной техники. Знакосинтезирующие индикаторы: Справочник.–М.: Радио и Связь, 1994–176 с.
5. Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги. Справочник. Т.5.–M.:ИП Радиософт, 1999–608 с.
6. Никонов А.В. Методические аспекты построения цифровых измерительных устройств: Учебное пособие.- Омск: Изд-во ОмГТУ, 2001 – 52
7. Основы метрологии и электрические измерения: Учебник для вузов / Б.Я. Авдеев, Е.М. Антонюк, Е.М. Душин и др.; Под ред. Е.М.Душина.—6-е изд., перераб. И доп.—Л.: Энергоатомиздат,1987.—480 с.
8. Разевиг В.Д. Система схематехнического моделирования Micro-Cap 6 – М.: Горячая линия-Телеком, 2001. –344 с.
9. Федорков Б.Г., Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение. –М.: Энергоатомиздат, 1990.—320 с.
10. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 2-х т. Е.1. Пер. с анг.–Изд. 3-е, стереотип.–М.: Мир, 1986.–598 c.
11. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник/ С.В.Якубовский, Л.Н.Ниссельсон, В.И. Кулешова и др./ под ред. С.В.Якубовского. –Радио и связь, 1989.—496с.: ил.
12. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник.—М.: Радио и связь, 1987.—352с.