Реферат: Проектирование автоматического интерфейса ввода-вывода
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 U/>до 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/>
/>/>/>/>/>/>/>/>/>U/>UN/>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.
/>
/>/>/>/>/>/>/>/>/>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
--PAGE_BREAK--Что соответствует в двоичном коде N/>=2/>=1024.
б) Из соотношения />= /> определяем максимальный код счетчика
N/>= N/>/>=512/>=3584/>2/>=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/>=log/>N/>= log/>2/>=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/>=/>=/>=4096000/>4,1МГц-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/>/>
продолжение--PAGE_BREAK--
;e/>=e/>-по IIзакону 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/>=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/>.
продолжение--PAGE_BREAK--
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/>=K/>U/>=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/>=K/>U/>=1,2