Петербургский государственный университет путей сообщения электронные устройства железнодорожной автоматики, телемеханики и связи




НазваниеПетербургский государственный университет путей сообщения электронные устройства железнодорожной автоматики, телемеханики и связи
страница1/3
Дата конвертации08.02.2013
Размер398.13 Kb.
ТипКурсовая
  1   2   3

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ


Электронные устройства железнодорожной автоматики, телемеханики и связи

Задание на курсовую работу с методическими указаниями для студентов 3 курса

Специальности:

Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте

Курсовая работа посвящена вопросам применения интегральных микросхем на аналого-цифровых преобразователях (АЦП), которые нашли применение в цифровых системах связи, в автоматизированных системах, в различной радиоаппаратуре.

Оформленная курсовая работа должна содержать пояснительно-расчетную записку с приложением необходимых схем и рисунков.

В пояснительно-расчетной записке необходимо привести данные задания, обзорную и расчетную части, описание работы микросхем, перечень используемой литературы.

В процессе расчета величин и параметров элементов необходимо сначала привести расчетную формулу, затем подставить цифровые значения и полученный результат в принятых единицах измерения (СИ) округлить до практически необходимого номинального значения. Схемы надо выполнять в соответствии с ГОСТами на условные обозначения.

При возникновении затруднений в процессе выполнения задания можно лично или письменно через факультет или кафедру обратиться к преподавателю за .консультацией.

Курсовая работа должна быть подписана исполнителем. *■

Работа, выполненная по варианту, не соответствующему шифру студента, не проверяется и зачету не подлежит.

Задание на курсовую работу

По исходным данным, приведенным в табл. 1—3, требуется:

1. Выполнить полную схему АЦП, описать работу предложенного АЦП, соответствующих выбранных микросхем и устройств, обеспечивающих работу АЦП.

Построить временные диаграммы работы АЦП.

2. Рассчитать тактовый генератор для АЦП по исходным данным табл. 2.

3. В соответствии с табл. 3 выбрать конкретные базовые микросхемы, начертить их принципиальные схемы, описать работу и привести справочные данные, необходимые для расчета преобразователя уровней.

4. Выбрать схему преобразователя уровней (ПУ) и описать его работу.

5. Выбрать тип биполярных транзисторов для схемы ПУ, привести необходимые справочные данные выбранных транзистору

6. Рассчитать схему ПУ в заданном температурном диапазоне и подобрать резисторы по их номинальным значениям.

7. Рассчитать мощность, потребляемую ПУ от источника питания.

8. Рассчитать на ЭВМ передаточную характеристику ПУ 1)=f(UBX) для номинальных параметров схемы и Т=25° С, построить ее и определить запас помехоустойчивости состояниях логического 0 и логической / по входу пу:

9. Описать схему интегрального аналога ПУ, если он имеется.

Таблица 1

Последняя цифра шифра

Тип АЦП, основная интегральная микросхема

0

Типа 1, АЦП последовательного счета

1

Типа 2, АЦП последовательного приближения с К572 ПВ1

2

Типа 3, АЦП двойного интегрирования с К572 ПВ2

3

Типа 4, АЦП параллельного преобразования с К1107 ПВ1

4

Типа 5, АЦП с использованием преобразования «напряжение — временной интервал — двоичный код» с ГЛИН

5

Типа 6, АЦП с преобразованием «напряжение — частота — двоичный код» с К1108 ПП1

6

Типа 2, АЦП последовательного приближения с К1113 ПВ1

7

Типа 3, АЦП двойного интегрирования

8

Типа 4, АЦП параллельного преобразования

9

Типа 6, АЦП с преобразованием «напряжение - частота - двоичный код»


Таблица 2

 

Предпоследняя цифра шифра

Параметр

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Частота, Гц

 

 

 



 

 

 




 

 

Скважность

4

5

2

4

6

2

3

5

4

7

Длительность фронтов,


1


0,5


0,1





 

 







МКС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

не более Амплитуда, В

3

4

5

6

7

8

9

10

2

3


Таблица 3

Первая

цифра

шифра


Согласуемые элементы серии ИMC


Нагрузочная способность ПУ


Частота переключения f, МГц


Температурный диапазон, °С

0

ттл->кмдп

К155->К176

1

1

—10÷45

1

ттл->кмдп

КМ155->К176

2

1

—10÷70

2

ттл->кмдп

К155->К561

2

1

—10÷70

3

кмдп->ттл

К176->К155

1

0,5

— 10 ÷ 45

4

кмдп->ттл

К561->К155

3

1

—10÷30

5

кмдп->-ттлш

К176->К531

3

1

+ 10÷45

6


КМДП->ТТЛШ К561->К531

1

__

—10 ÷ 45

7

кмдп->ттлш

К176->К555

2

2

—10 ÷ 45

8

ттл->кмдп

К155->K176

2

0,5

—10÷70

9

ттл->кмдп

K155->*K176

4

1

— 10 ÷ 45


Монтажная емкость См =50 пФ, входная емкость элементов Свх =15 пФ.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

При построении цифровых систем управления и контроля, в частности с использованием микропроцессоров (МП), используют устройства аналого-цифрового (АЦП) и цифро-аналогового (ЦАП) преобразований. ЦАП используют в большинстве АЦП как в режиме аналого-цифрового, так и цифро-аналогового преобразований; кроме того, в цифровых системах связи и передачи данных (модемы, кодеры), оконечных устройствах цифровых телевизионных и космических линий связи, активных фильтрах с управляемой полосой пропускания, усилителях с программируемым коэффициентом усиления, испытательной и измерительной технике.



АЦП и ЦАП находят применение в микропроцессорных информационных и управляющих системах. Роль этих устройств может быть пояснена с помощью рис. 1, где обозначено: ОУ—

Ц

А

П

ИУ


ОУ

Д
А

Ц

П

ЦСОИ

(МП)

объект управления; D — датчики, преобразующие измеряемые величины в электрическое напряжение; АЦП — аналого-цифровой преобразователь; ЦСОИ — цифровая система обработки информации (МП); ЦАП — цифро-аналоговый преобразователь; ИУ — исполнительное устройство, формирующее сигналы управления.

АЦП производит преобразование аналогового сигнала, имеющего бесконечное множество значений, в сигнал с конечным множеством значений (квантование по уровню), а также его временную дискретизацию, т. е. преобразование сигнала, описываемого функцией непрерывного времени, в сигнал, представляемый функцией дискретного времени.
ЦАП производит обратное преобразование цифрового

сигнала в аналоговый.

Основными характеристиками АЦП являются: разрешающая способность, точность и быстродействие. Разрешающая способность R (рис. 2) определяется разрядностью и максимальным диапазоном входного аналогового напряжения




Быстродействие АЦП характеризуется временем преобразования tс, т, е. интервалом времени от момента начала изменения сигнала на входе до появления на выходе установившегося двоичного кода. Точность преобразования характеризуется абсолютной погрешностью полной шкалы бпш, нелинейностью бл и дифференциальной нелинейностью блд.

Абсолютная погрешность преобразования в конечной точке шкалы бПШ определяется отклонением входного напряжения (тока) от номинального значения, соответствующего конечной точке характеристики преобразования. Измеряется бПШ в единицах младшего разряда преобразования (MP).

Дифференциальная нелинейность бЛд оценивает отклонение ширины отдельной ступеньки от заданного значения.

В нашем случае при проработке АЦП ограничимся учетом значений R и б.

В зависимости от метода преобразования и способа его реализации известны много АЦП различных типов. В настоящее время разработаны АЦП с использованием методов последовательного счета, поразрядного уравновешивания, двойного (двухкратного) интегрирования, с преобразованием напряжения в частоту, с преобразованием напряжения в интервал времени с помощью генератора линейно заменяющегося напряжения (ГЛИН), параллельного преобразования.

Схемы преобразователей, построенных на основе перечисленных методов, могут содержать или не содержать ЦАП.




ЛЭ

ГТИ


Схема АЦП последовательного счета — типа 1 — представлена на рис. 3. Здесь импульсы с генератора тактовых импульсов (ГТИ) при единичном выходном сигнале, компаратора через конъюктор (ЛЭ) заполняют счетчик (СТ), на выходе которого формируется код с нарастающим весом. Выходное напряжение с ЦАП, пропорциональное этому коду, поступает на компаратор, где сравнивается с UBX Когда сигналы на входах компаратора (КН) будут равны, он переключается в нуль и запрещает доступ импульсов к счетчику. Выходной код счетчика при этом выдается на выходной регистр (R G) и является цифровым эквивалентом напряжения UBX на выходе АЦП.

Данные АЦП имеют низкое быстродействие. Время одного полного такта равно Тр = 2п Тгти Например, для получения 10 разрядов выходного кода требуется время tc =1024 Тгти • При Тгти =1 мкс, tс = 1,024 мкс.

При выполнении курсовой работы по данному варианту (см. табл. 1) требуется разработать или подобрать интегральные микросхемы: ЙМС ГТИ, КН, ЛЭ, СТ, ЦАП; источник питания: ИП и, если надо, преобразователь уровней ПУ. Кроме этого, в соответствии с данными табл. 2 и 3 необходимо выполнить расчет ГТИ и ПУ.

Упрощенная функциональная схема АЦП последовательного приближения развертывающего действия — типа 2 — представлена на рис. 4. В данном АЦП реализуется пораз-



рядное уравновешивание, что по сравнению с АЦП типа 1 повышает быстродействие схемы. В АЦП типа 1 сравнение UQX осуществляется со всеми возможными эталонными напряжениями (т. е. с(2 — 1) уровнями, а в АЦП типа 2 — только с п уровнями).

В АЦП типа 2 формируемый выходной код последовательно приближается к своему полному выражению: вначале определяется цифра в старшем, n-м, а затем в (п—1)-м разрядах и т. д.; процесс завершается младшим (первым) разрядом. Работа такого преобразователя основана на свойствах натурального двоичного кода, а именно: веса единиц в соседних разрядах отличаются вдвое; единица в старшем n-м разряде имеет вес больше половины веса всего кода, единица в следующем (п—1)-м разряде — вес больше четверти веса всего кода и т. д.

Схема работает следующим образом: по команде «пуск» логическое устройство (ЛУ) подает первый импульс от генератора импульсов (ГТИ) в сдвигающий регистр (RGCдB) из п триггеров. Первый его триггер переключается и подает импульс в запоминающий регистр (RG)y вызывая переключение триггера старшего разряда и появление на выходе 2""1 напряжения логической L Этот же сигнал подается на вход старшего разряда ЦАП, и на его выходе появляется эталонное напряжение, равное 0,5 Е. Это напряжение сравнивается с напряжением сигнала £/вх и, если £/вх>0,5£эт, то ЛУ подает следующий, второй импульс на вход RGCAB. При этом в старшем разряде RGWB остается записанной 1, и далее этап сравнения повторяется. Таким образом, формируется цифровой код на выходе АЦП, начиная со старшего разряда.

Для реализации АЦП типа 2 выпускаются ИМС К572ПВ1 и КП13ПВ1, подробно описанные в [1, 2, 3, 4, 5]. Совместно с внешними КН или ОУ, ИОН, ГТИ, резисторами, конденсаторами и ПУ на микросхеме К572 микросхемы К1113 выполняют функции АЦП.

При выполнении курсовой работы по' данному варианту (тип 2) требуется построить полную схему АЦП с подбором внешних устройств к ИМС К572 или КШЗ. Кроме этого, в соответствии с данными табл. 2 и 3 необходимо выполнить расчет ГТИ и ПУ.

В АЦП типа 3 двойного "интегрирования с реализацией в ИМС К572 ПВ2 [2, 3] используется метод предварительного преобразования напряжения во временной интервал, а затем измерения временного интервала в двоичном коде.

Преобразователь «напряжение — временной интервал — двоичный код» строится на использовании интегратора, так как при постоянном входном напряжении выходное напряжение генератора есть линейная функция времени:




На рис. 5 приведена структурная схема и временная диаграмма работы АЦП двойного интегрирования.


На первом этапе преобразования на вход интегратора через входной коммутатор подается напряжение UBX и в течение фиксированного времени /3 ~ m Тгти;» реализуется первое интегрирование, в результате которого на выходе интегратора устанавливается напряжение, пропорциональное Uвх


На втором этапе преобразования на вход интегратора через ключ (Кл)подается напряжение Е0, знак которого противоположен знаку UBX. Напряжение на выходе интегратора изменяется от Uвыхx до 0 в течение времени


При достижении на выходе интегратора нулевого уровня «нуль-компаратор» (КН) прекращает поступление тактовых импульсов на вход счетчика результата.

Из двух соотношений для определения tз и tр можно получить выражение, связывающее входное напряжение с результатами счетчика

где р — число импульсов, подсчитанных за время /р;

т — число импульсов, подсчитанных за время t3.

Таким образом, измеряемое напряжение UBX будет пропорционально числу импульсов р, подсчитанных в период разрядки интегрирующего конденсатора. Это число в двоичном параллельном коде выдается на дешифратор.

Самым быстродействующим является АЦП параллельного преобразования — типа 4, структура которого приведена на рис. 6.


Достоинство такого преобразователя — высокое быстродействие, определяемое временем переключения компараторов. Частота преобразования может достигать 10—20 МГц при 3-разрядном выходном коде. Но такой АЦП весьма сложен. Если, например, напряжение сигнала составляет UBX = = 10 В и отсчет должен производиться с погрешностью не выше 0,1%, то дискретизация сигнала должна осуществляться с шагом не более Д(/=0,01 В, а общее число уровней должно составлять
.Вследствие этого в АЦП должны входить 103 компараторов, столько же прецизионных резисторов в делителе эталонного напряжения и более чем 3-103 различных логических элементов, составляющих кодирующее устройство. Быстродействие обходится очень дорого. АЦП типа 4 реализуют с использованием ИМС КП07 ПВ1.

Схема АЦП с использованием преобразования «напряжение — временной интервал — двоичный код» с помощью генератора линейно изменяющего напряжение (ГЛИН) — типа 5 — приведена на рис. 7.



В рассматриваемом АЦП значению аналогового входного напряжения Уих ставится в соответствие временной интервал, длительность которого пропорциональна £/вх. Этот интервал заполняется импульсами стабильной частоты, количество которых и является цифровым эквивалентом преобразуемого напряжения. Работает АЦП в соответствии с рассматриваемой схемой в следующем порядке.

Выходной импульс узла запуска (УЗ) обнуляет счетчик, устанавливает RS-триггер -в 1 и запускает ГЛИН. Конъюктор (ЛЭ) при наличии логической 1 с триггера (Т) пропускает импульсы ГТИ на счетчик (СТ), который ведет подсчет импульсов (интервал времени — входное напряжение).

Когда напряжение на выходе ГЛИН станет равным UBX(UBX const), на выходе компаратора (КН) появится логическая У, которая переключит триггер в логический 0. Нулевой сигнал от Т через ЛЭ прерывает подачу импульсов ГТИ на счетчик СТ. Длительность положительного импульса tв на выходе Т пропорциональна UBX, следовательно, при неизменной частоте ГТИ код, установившийся на выходе счетчика, является цифровым эквивалентом аналоговой величины.

При проработке АЦП типа 5 следует выполнить расчет ГТИ по данным табл. 2; ГЛИН, исходя из того, что Uвхмакс = = 10 В, и ПУ по данным табл. 3.

И, наконец, рассмотрим АЦП типа 6 с преобразованием
«напряжение — частота — двоичный код», структурная схема
которого показана на рис. 8.




Входное напряжение, интегрируется с помощью интегрирующего операционного усилителя (ДА). Интегрирование продолжается до тех пор, пока напряжение на выходе интегратора не превзойдет уровень + Uon (или —Uon), при достижении которого один из аналоговых компараторов формирует выходной импульс. Выходные импульсы используются для возврата интегратора в нулевое состояние при работе устройства управления (УУ) и ключей к). Это приводит к тому, что величина, равная числу импульсов, генерируемых в секунду, т. е. 'частота, становится пропорциональной уровню входного сигнала Uвх Эти импульсы затем могут быть

подсчитаны двоичным счетчиком в течение фиксированного интервала времени. Результат счета, соответствующий концу этого интервала, пропорционален уровню входного напряжения. Метод преобразования «напряжение—частота» реализован в ИМС КРП08 ПП1.
  1   2   3

Похожие:

Петербургский государственный университет путей сообщения электронные устройства железнодорожной автоматики, телемеханики и связи icon«петербургский государственный университет путей сообщения» Кафедра «Основания и фундаменты»
Расчет подпорной стены : метод указания / сост. В. М. Улицкий, С. Г. Колмогоров, П. Л. Клемяционок. – Спб. Петербургский гос ун-т...
Петербургский государственный университет путей сообщения электронные устройства железнодорожной автоматики, телемеханики и связи icon1 Наличие учебной и учебно-методической литературы
Теория линейных электрических цепей железнодорожной автоматики, телемеханики и связи
Петербургский государственный университет путей сообщения электронные устройства железнодорожной автоматики, телемеханики и связи iconДальневосточный государственный университет путей сообщения
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный государственный университет путей...
Петербургский государственный университет путей сообщения электронные устройства железнодорожной автоматики, телемеханики и связи iconРабочая программа дисциплины Основы телемеханики полное наименование дисциплины для специальности (ей)/ направления подготовки
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный государственный университет путей...
Петербургский государственный университет путей сообщения электронные устройства железнодорожной автоматики, телемеханики и связи iconКолебания, статическая и динамическая устойчивость трубопроводов большого диаметра
Петербургский государственный университет путей сообщения (пгупс), г. Санкт-Петербург
Петербургский государственный университет путей сообщения электронные устройства железнодорожной автоматики, телемеханики и связи iconИркутский государственный университет путей сообщения забайкальский институт железнодорожного транспорта
РП) учебных дисциплин, разрабатываемых преподавателями кафедр Забайкальского института железнодорожного транспорта (Забижт) – филиала...
Петербургский государственный университет путей сообщения электронные устройства железнодорожной автоматики, телемеханики и связи iconАвтоматизация диагностирования, мониторинга и технического обслуживания устройств железнодорожной автоматики и телемеханики
Специальность: 05. 13. 06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (на транспорте)
Петербургский государственный университет путей сообщения электронные устройства железнодорожной автоматики, телемеханики и связи iconСтатистический метод расчета систем сейсмоизоляции зданий и сооружений
Диссертационная работа выполнена на кафедре «Прочность материалов и конструкций» в фгоу впо «Петербургский государственный университет...
Петербургский государственный университет путей сообщения электронные устройства железнодорожной автоматики, телемеханики и связи iconМинистерство образования и науки российской федерации федеральное агентство по образованию
Алгоритмические языки и программирование", "Вычислительная техника в инженерных и экономических расчетах"; практические занятия по...
Петербургский государственный университет путей сообщения электронные устройства железнодорожной автоматики, телемеханики и связи iconМпс россии российский государственный открытый технический университет путей сообщения
Российский государственный открытый технический университет путей сообщения, 2002
Разместите кнопку на своём сайте:
kurs.znate.ru


База данных защищена авторским правом ©kurs.znate.ru 2012
обратиться к администрации
kurs.znate.ru
Главная страница