Технология

Цифровой измерительный вольтметр


           Министерство    общего  и  профессионального   образования
                 Российской     Федерации



           Новосибирский Государственный Технический

                                                          Университет



         Факультет Автоматики и Вычислительной Техники



                     Кафедра Сбора и Обработки Данных



                                          КУРСОВОЙ        ПРОЕКТ

                            по дисцеплине :

         ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ



                            Тема:
          «Цифровой измерительный вольтметр»



                                                     Принял:
         Группа:        А-51            Подпись:
         Выполнил:  Рарова Т. Л.              Дата:



                       Оглавление .

1.
  Оглавление................................................................
  ..................2
2.
  Введение..................................................................
  ....................3
3. Техническое задание на курсовой проект................................4
4. Разработка структурной
  схемы.................................................5
5. Разработка принципиальной схемы.........................................
5.1 Входной
делитель................................................................
 6  Входной
    усилитель.............................................................
 7  Устройство
    сравнения..........................................................
 8  Аналогово-цифровой преобразователь............................
   9
      Переключатель...........................................................
      ...
  10
      Интегратор..............................................................
      ..
  11
      Компаратор..............................................................
      ..
  12


13. Анализ
  погрешностей..............................................................

14. Проверка класса
  точности.........................................................
15.
  Заключение................................................................
  ................39
16. Список литературы.
  .................................................................40



                      1. Введение.

       В  настоящее  время  широко   применяются   цифровые   измерительные
       приборы(ЦИП) , имеющие ряд  достоинств  по  сравнению  с  аналоговыми
       электроизмерительными приборами.
       Цифровыми   называются   приборы,    автоматически    вырабатывающие
       дискретные  сигналы  измерительной  информации,   показания   которых
       представляются в цифровой форме. В цифровых приборах  в  соответствии
       со  значением  мзмеряемой  величины  образуется  код,   а   затем   в
       соответствии с кодом изменияемая величина представляется на  отчетном
       устройсве в цифровой форме.
       Цифровой прибор включает  в  себя  два  обязательных  функциональных
       узла: аналогово-цифровой  преобразователь(АЦП)  и  цифровое  отчетное
       устройство.
       Аналогово-цифровые преобразователи предназначены для  преобразования
       аналоговых сигналов  в  соответствующие  им  цифровые,  то  есть  для
       преобразования сигналов с неприрывной шкалой  значений  в  сигналы  ,
       имеющие имеющие дискретную  шкалу  значений.  А  отчетное  устройство
       отражает значение измеряемой величины в цифровой форме.
       Классификация  методов  преобразования  напряжения  в  цифровой  код
       весьма разнообразна. По виду алгоритма работы АЦП  подразделяются  на
       преобразователи  ,  использующие  методы   последовательного   счета,
       поразрядного кодирования и считывания.
       Метод преобразования выбирается в зависимости от конкретных  условий
       использования вольтметров , назначения  вольтметра  и  их  стоимости.
       Одним  из  отличительнх   признаков   ,   характеризующих    свойства
       преобразователей , является  наличие  или  отсутствие  в  структурной
       схеме обратной связи. Поэтому по принципу  действия  АЦП  делятся  на
       преобразователи прямого  преобразования  (без  обратной  связи)  и  с
       обратной связью(уравновешиваемые , замкнутые), например   следящие  и
       поразрядного кодирования.
       Представителями   алгоритма   последовательного    счета    являются
       преобразователи с промежуточным преобразованием напряжения  в  другую
       аналоговую  величину  (  временный  интервал,  частоту  ),  а   также
       интегрирующего     типа.     Последние      обеспечивают      высокую
       помехоустойчивость и точность , но уступают по быстродействию  другим
       АЦП.
       Наиболее распространненым вариантом  пребразователей  интегрирующего
       типа являются АЦП с двухтактным интегрированием (dual slope).
       Интегрирующие  двухтактные   преобразователи   обладают   прекрасной
       точностью  исключают ошибки при распространении сигналов  в  схеме  и
       компенсируют изменения частоты синхроимпульсов и  постоянной  времени
       интегратора, поскольку эти изменения воздействуют в равной степени на
       оба фронта  пилообразного  импульса  .  Преобразователь  компенсирует
       также  токи   и   напряжения   смещения   компататора   ,   поскольку
       предусмотрены два перехода через нуль, обеспечивающие это.
       Этот метод экономичен при  применении  в  преобразователях  высокого
       разрешения , но из-за большой постоянной времени цепей быстродействие
       преобразователей  не  превышает  100  преобразований/  секунду.   Как
       правило, цифровая информация на  выходе  этих  АЦП  представляется  в
       специальном коде, предназначенном  для  непосредственного  управления
       светодиодными цифровыми табло  с  семисегментными  индикаторами  либо
       табло, выполненными на жидких кристаллах.

                      2. Разработка структурной схемы.
    В цифровых  измерительных  приборах  показания  представляются  в  виде
      дискретных  чисел  на  отсчетном   устройстве.   Преимущества   такого
      представления  связаны   с  уменьшением  субъективных   ошибок   из-за
      параллакса и ускорением считывания.
    В   измерительных   вольтметрах   используются   ,в   основном,   схемы
      интегрирующего АЦП(смотри ранее).
               В  состав  двухтактных  интегрирующих  АЦП   обычно   входят
      операционные  усилители,  компаратор  напряжения,  аналоговые   ключи,
      источник  опорного  напряжения,  двоично-десятичный  счетчик,  регистр
      ,дешифратор,   генератор   тактовых    импульсов,    выходные    схемы
      управления(устройство индикации).
    На рисунке 1  изображена  структурная  схема  цифрового  измерительного
      вольтметра.
    Работа прибора ,согласно схеме, происходит следующим образом :  входной
      сигнал  проходит  через   входной   аттенюатор(делитель   и   буферный
      усилитель) , управляемый устройством  управления  аттенюатором.  Схема
      реализована так, что на устройство сравнения  попадает  всегда  сигнал
      имеющий величину близкую к 0,1 вольт, то есть импульс сравнения  равен
      0,1 вольт.  Этот  импульс  сравнения  поступат  с  источника  опорного
      напряжения.

    Атоматический выбор пределов измерения происходит следующим образом :

    Работа интегрирующих АЦП происходит в два такта:
    первый такт: аналоговые ключи К2 и К3 разомкнуты, ключ К1 замкнут , так
      что неизвестное напряжение U1 подаётся в интегратор в течении  времени
      T0 . Импульсы синхронизации  обеспечиваются  устройстовом  управления.
      После фиксированного числа синхроимпульсов общей продолжительностью Т0
      ключ К1 размыкается, а ключи К2 и К3 замыкаются, начался
    второй такт:
    в этот момент времени значение Uм равно :
                       Uм=U1*T0\t      (1),
    где t- постоянная времени интегратора.
    На  вход  интегратора  подключается  опорный  входной  сигнал,  имеющий
      обраттую полярность по отношению к аналоговому входному напряжению U1,
      так что выходной сигнал интегратора уменьшается от Uм  до  нуля,  и  в
      этот момент устройстово управления блокируется  до  начала  следующего
      цикла сброса. Напряжение на выходе интегратора теперь равно нулю,  так
      что имеем
                       0=Uм - Е0*T2/t        (2)
    Из выражения (1) и (2) получаем
                       U1=E0*T2/T1.
    Поскольку E0 и Т1 постоянны , показание  счетчика  (Т2)  дает  значение
      неизвестного аналового входного сигнала.
      Благодаря ключу К3 интегратор разряжается на землю .
      Из последнего уравнения видно  ,  что  метод  двойного  интегрирования
       обеспечивает  независимость  точности   прибора   от   долговременной
       нестабильности  элементов  цепи  интегрирования  RC  ,  а  также   от
       долговременной нестабильности частоты генератора тактовых импульсов .
       Медленные  изменения  величин  R,  C  и  частоты  повторения  счетных
       импульсов , из которых формируется  интервал  интегрирования  первого
       такта T1 , могут привести лишь к небольшим изменениям общего  времени
       измерения . Это объясняется тем ,  что  влияние  указанных  изменений
       взаимно компенсируется на  двух  интервалах  интегрирования.  Если  ,
       например, возрастает частота появления  импульсов  ,  то  до  момента
       начала компенсации  выходного напряжения интегратора будет  проходить
       меньшее время (T1 уменьшится). Выходное  напряжение  интегратора  U01
       будет несколько меньшим ,чем оно было бы при прежней частоте , но  на
       интервале интегрирования опорного  напряжения  разместится  несколько
       большее число счетных импульсов , так  как  частота  их  стала  выше.
       Таким образом,  уменьшение  выходного  напряжения  интегратора  будет
       скомпенсировано. Если сопротивление или емкость  цепи  интегрирования
       изменяется  ,  то  это  приведет    к   соответствующему    изменению
       измеряемого и опорного напряжений на выходе  интегратора  ,  так  что
       эти изменения взаимно компенсируются. Погрешность измерения прибора в
       основном определяется нестабильностью  источника опорного  напряжения
       и   нестабильностью   коэффициента   усиления   входного   усилителя.
       Структурная схема одного из цифровых вольтметров , основанных на этом
       методе , и временные диаграммы, поясняющие его  работу,  приведены  в
       приложении 2 .ЦВ содержит усилитель А1 входного сигнала,  интегратор,
       компаратор,  триггеры  Т1,Т2,  одновибратор  Ов   ,логическую   схему
       управления, источник опорного напряжения, генератор пуска ,  двоично-
       десятичный  счетчик  СТ  с  индикатором  .В  исходном  состоянии  RS-
       триггеры Т1 и Т2 находятся в состоянии «0» . Ключ  К3  ,  управляемый
       инверсным выходом триггера Т2 , замкнут  ,  и  на  выходе   ОУ  будет
       потенциал входа, близкий к нулю. Счетный вход СТ  заперт  сигналом  0
       прямого  выхода  Т2  ,  и  счетчик   хранит   результат   предыдущего
       преобразования. Счетчик СТ устанавливается в состояние  «0»  сигналом
       ПУСК , который задерживается одновибратором Ов и поступает на вход  S
       триггера Т2 , устанавливая его в  состояние  «1»  .  Это  приводит  к
       размыканию ключа К3 и отпиранию счетного входа СТ , который  начинает
       считать импульсы генератора Гн тактовой частоты ft Входное измеряемое
       напряжение ,поступающее на вход интегратора через замкнутый ключ К2 ,
       интегрируется .Интегрирование продолжается до  переполнения  счетчика
       СТ . Импульс переноса СТ устанавливает Т1 в «1» , размыкая тем  самым
       К2 и замыкая К1.Опорное напряжение имеет  противоположную  полярность
       по  отношению  к  измеряемому  напряжению   и   выходное   напряжение
       интегратора начинает изменяться в обратную  сторону.  Когда  выходное
       напряжение  интегратора  станет  равным  U  сравнения  ,   компаратор
       срабатывает , и его выходной импульс  устанавливает  оба  триггера  в
       состояние «0». Схема приходит в исходное состояние.

Пусковой импульс

                                                              t

                 опорное напряжение

                                                                    t

            U1
                 выходное напряжение интегратора

                                                              t

                                        Uсравнения


                                  импульс компаратора
                                                                    t
       t0 t1           t2                 t3

                 импульс             конец интервала
                 переполнения             счета



 [pic]





смотреть на рефераты похожие на "Цифровой измерительный вольтметр"