Автор работы: Пользователь скрыл имя, 06 Марта 2010 в 10:33, Не определен
Разработать аналого-цифровой преобразователь с входным мультиплексором, активными фильтрами, устройством выбора предела измерения, устройством выборки-хранения и другими узлами
C7=129 пФ
R32=1 кОм.
С7 типа К71-6 - 300В - 129пФ ± 0,5 %.
R32 типа С2-29В – 0,25 –1 кОм ± 0,05%.
Частота работы АЦП равна 25 МГц, нс, полный цикл преобразования составляет 20 тактов: . Время задержки tзад=85 нс. Время выборки: нс.
Генератор тактовой частоты выполнен на кварцевом резонаторе ZQ1, частота 45 МГц. На микросхеме DD1 (КР1533ТМ2) (DD1, счетчик-делитель с программируемым коэффициентом деления) выполнен делитель с целью создания частоты стробирования УВХ fстроб=5,343 МГц. Переключение каналов мультиплексора осуществляется счетчиком, причем его работа синхронизирована с тактовыми импульсами таким образом, что переключение канала будет осуществляться строго перед импульсом захвата HOLD УВХ. Интервал времени между переключениями каналов – 128*tпреобразования = 128*0,094мкс=12 мкс, что соответствует требованию ТЗ.
Реализована возможность ручного запуска.
Автоматический запуск РПП осуществляется сигналом QCC низкого уровня.
Работа
узлов схемы синхронизации
Переключатель SW1 устанавливает источник тактовых импульсов CLKВН или CLKВНЕШ.
Режим работы устанавливается переключателем SB1 в одно из положений «ЦИКЛИЧЕСКИЙ» или «РАЗОВЫЙ». При разовом режиме работы преобразование входной аналоговой величины в цифровой код осуществляется однократным нажатием клавиши SA1, На выходе триггера устанавливается высокий уровень, при этом разрешена работа счетчика, и работа АЦП осуществляется согласно временным диаграммам в приложении Б, после чего выход РПП устанавливает на триггере низкий уровень, который запрещает счет счетчика и схема синхронизации блокируется.
После установления кода на выходах Q1-Q11 РПП, на выходе установиться логический 0, который поступит на вход записи выходного регистра. После временной задержки выход поступит:
Рис.3.11 – Схемная реализация импульса определенной длительности
Длительность импульса складывается из времени задержки элементов DD2.5, DD2.6, DD2.7,DD8.1, DD8.2, :
Данный
импульс используется для сброса счетчика
при циклическом режиме работы, или, для
установления высокого уровня на выходе
триггера DD4 до нажатия кнопки SB1.
Погрешности в зависимости от возникновения разделяются на:
Методическая – происходят от несовершенства метода измерений.
Инструментальные - происходят от несовершенства средств измерений.
Погрешности средства измерения зависят от внешних условий (влияющих величин), поэтому их принято делить на основную и дополнительную. Основной погрешностью средства измерения называют погрешность в условиях, принятых за нормальные для данного средства. Дополнительные погрешности средства измерений возникают при отклонении влияющих величин от нормальных значений.
По зависимости от измеряемой величины погрешности средства измерений разделяют на аддитивные и мультипликативные.
Аддитивные (абсолютные) погрешности не зависят от измеряемой величины. Мультипликативные (абсолютные) погрешности измеряются пропорционально измеряемой величине.
Относительная основная погрешность:
(4.1)
Рассчитаем
погрешности каждого звена
4.1.
Погрешность повторителя
а) напряжения смещения:
duсм = *100% = % (4.2)
б) погрешность коэффициента усиления
(4.3)
ΔК = 1-0,999999=0,000001
ΔК =ΔК/К*100% = 0,0001%.
4.2. Погрешность ФНЧ.
ФНЧ 2-го порядка построен на основе инвертирующего усилителя.
Погрешности ФНЧ :
а) погрешность от разности входных токов diвх :
(4.4)
б)
частотная погрешность
не учитывается, т.к. рабочая частота невысокая (не выше 220 кГц, меньше частоты единичного усиления f1, равной 20 МГц).
В) напряжения смещения:
duсм = *100% = % (4.5)
г) погрешность коэффициента усиления:
(4.6)
ΔК = 1-0,999999=0,000001
ΔК
=ΔК/К*100% = 0,0001%.
(4.7)
4.3. Погрешность масштабирующего усилителя.
а) погрешность коэффициента усиления ОУ DA16 обусловлена допусками резисторов R31..R36. Тогда погрешностью коэффициента усиления можно пренебречь.
б) погрешность от разности входных токов diвх :
(4.8)
в)
частотная погрешность
не учитывается, т.к. рабочая частота невысокая (не выше 220кГц, меньше частоты единичного усиления f1, равной 20 МГц).
г) напряжения смещения ОУ:
duсм = *100% = %, (4.9)
д) погрешность коэффициента усиления [1]: (4.10)
ΔК = 1-99,99=0,01,
ΔК
=ΔК/К*100% = 0,01% .
(4.11)
4.4. Погрешность ПСЗ:
а) погрешность от разности входных токов diвх :
(4.12)
(4.13)
б)
частотная погрешность
в) напряжения смещения:
duсм =
*100% =
%
(4.14)
4.5.
Погрешность устройства
а) погрешность недозаряда tзар не учитывается, т.к. при выборе данного УВХ она составляет 1% , что входит в допустимый диапазон не более 2%.
б)
погрешность разряда
dразр = Vразр*tхр/Uвх.мах *100% = 5В/сек*1111нс/1 В *100% = 0,0002775 % (4.15)
в) напряжения смещения:
duсм = Uсм/Uвх.мах*100% = 0.2мВ/1
В*100% = 0,02%.
(4.16)
4.6. Погрешность источника опорных напряжений.
Отклонение Uоп приводит к изменению hкв.
Для микросхемы 1009ЕН2А Uоп=3 В 2мВ. Аддитивная погрешность ИОНа равна:
dион= 2мВ/1 В*100% = 0.02 % (4.17)
4.7. Погрешность ЦАП.
а) погрешность квантования Δкв = hкв = 0.001 В,
dкв = *100% = (4.18)
б) dL = dLD = ¼ МЗР = 0,012%.
в) апертурная погрешность устраняется использованием УВХ.
4.8. Погрешность компаратора.
Порог
нечувствительности компаратора 0,1мВ.
Погрешность
duнечувств = *100% = % (4.19)
В результате анализа погрешностей выясняется, что достаточно ограничиться учётом погрешностей ЦАП, масштабирующего усилителя, УВХ и погрешностью компаратора, так как остальные погрешности либо устраняются регулировкой, либо пренебрежимо малы.
Для нахождения основной суммарной погрешности АЦП суммируем независимые составляющие, поскольку они являются систематическими.
(4.21)
(4.22)
С=0,0437+0,0002775≈0,
(4.23)
(%)
В результате анализа погрешностей разработанного АЦП мы выяснили, что он соответствует классу точности c/d 0,5/0,05, указанному в техническом задании.
Заключение.
В данной курсовой работе разработан АЦП последовательного приближения со следующими техническими характеристиками:
-.входное сопротивление 1 МОм;
- пределы измерения напряжения 0,001 В, 0,01 В, 0,1 В;
- частота дискретизации 10.686 МГц;
-.класс точности 0,5/0,05;
-.число каналов 4;
-.разрядность
11.
Разработанный АЦП имеет возможность работать как от внутреннего генератора, так и от внешнего.
Режим преобразования может быть однократным или циклическим.
Предустановка АЦП в исходное состояние происходит автоматически.
Выбор
номера датчика производится циклическим
перебором.