· разработка функциональной схемы устройства;

· обоснование выбора элементной базы для реализации устройства;

· разработка схемы электрической принципиальной;

· расчёты, подтверждающие работоспособность устройства;

· разработка конструкции устройства.

1. АНАЛИЗ ПОСТАНОВКИ ЗАДАЧИ

Задачей курсового проектирования является разработка устройства аналогового ввода информации в ЭВМ с параметрами заданными по варианту:

· число каналов аналогового ввода: N_к=8;

· диапазон входных напряжений по каждому каналу: U_вх=0..+100В;

· погрешность преобразования входного сигнала: P=0.1%;

· критерий для выбора элементной базы: без ограничений

Основой разрабатываемого устройства является аналого-цифровой

преобразователь (АЦП). АЦП преобразует аналоговое входное напряжение в выходной двоичный цифровой код соответствующий квантованному аналоговому входному сигналу.

Современный рынок электронных компонентов представляет нам широкий выбор АЦП которые могут применяться для различных целей и имею ряд особенностей при их использовании. Вариантом задания обусловлено количество аналоговых входов N_к=8. Наиболее простым вариантом решения задачи курсового проектирования является использование 8-ми канального АЦП который охватит сразу все аналоговые входы и повысит быстродействие устройства, однако этот вариант неприемлем так как схема АЦП такого типа довольно дорогостоящая и высокая скорость обработки данных не является столь приоритетной задачей. По этому логичнее будет использовать одноканального АЦП на вход которого будет подаваться сигнал (один из восьми) выбор которого будет осуществлять аналоговый коммутатор. В этом случае схема немного усложняется, однако будет оставаться довольно наглядной для восприятия.

Поскольку выходной цифровой код может принимать только определённые дискретные значения, то в процессе преобразования неизбежны ошибки квантования. Погрешность преобразования входного сигнала не должна превышать заданную вариантом погрешность P. Для этого АЦП долженобладать достаточным количеством разрядов. Для расчета разрядности АЦП воспользуемся формулой 1.1

(1.1)

где: N- число разрядов АЦП;P - погрешность квантования.Т.к.P = 0,001, то согласно формулы получаемN= ]log₂1/0,001[ = ]log₂1000[ =10.

Т.к. погрешность составляет 0.001, то изменение младшего разряда цифрового кода должно быть не более 100*0,001=0,1В, что покрывается квантованием в 10 бит: 100/2_-¹⁰=0,098В.

Такое количество разрядов АЦП позволят перекрыть погрешность квантования и решить задачу по оцифровке входного аналогового напряжения.

информация цифровой преобразователь схема

2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА

Структурная схема устройства представляет его основные функциональные части, их назначение и связи между ними, а также раскрывает алгоритм его работы. Функциональные части на схеме изображают в виде прямоугольников или условных графических обозначений. В первом случае наименования, обозначения и типы обычно вписываются внутрь прямоугольников. Графическое построение схемы должно давать наиболее наглядное представление о последовательности взаимодействия функциональных частей в изделии.

2.1 Описание сигналов

На вход устройства поступают следующие сигналы :

· 8входных аналоговых сигнала - исходные сигналы, которые нужно перевести в цифровой код;

· 8-ми разрядный адресный сигнал - подается с шины адреса и представляет собой 8 единиц;

· сигнал записи - сигнал подается да декодер адреса и определяет переключение на следующий аналоговый вход;

· сигнал чтения - осуществляет выдачу из регистра хранимого в нем цифрового кода обработанного аналогового сигнала.

Всего можно выделить три вида сигналов:

· адресные;

· информационные;

· осведомительные и управляющие.

Информационные сигналы во входных цепях представляют информацию, подлежащую обработке, а в выходных - результирующую информацию.К адресным сигналам относится номер канала, который нужно обрабатывать. К осведомительным и управляющим относится сигналы чтения и записи. Все сигналы с описанием их параметров и назначения сведены в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 - Сигналы и их назначение

2.2 Описание элементов структурной схемы устройства

Разрабатываемое устройство будет иметь структуру представленную в приложении А.

Схема устройства содержит следующие функциональные блоки:

· ДА - декодер адреса - определяет номер аналогового сигнала который нужно обработать, управляет режимами чтения и записи устройства;

· АК - аналоговый коммутатор - предназначен для управляемого переключения между аналоговыми сигналами поступающими на его входы;

· АЦП - аналого-цифровой преобразователь - преобразует входной аналоговый сигнал в цифровой двоичный код;

· РГ - регистр - представляет собой память устройства, хранит цифровой код обработанного аналогового сигнала;

· ШФ - шинный формирователь - предназначен для управляемой выдачи цифрового кода на шину данных;

2.3 Описание работы устройства

Начало работы устройства осуществляется подачей управляющего сигнала записи на декодер адреса. Аналоговый коммутатор подключает аналоговый канал (один из 8-ми представленных), адрес которого задается управляющими сигналами (А0, А1,А2), после чего аналоговый сигнал подается на вход АЦП. АЦП преобразует аналоговый сигнал в цифровой двоичный код и записывает его на регистр.

По прибытию сигнала чтения на шинный формирователь происходит переключение в режим чтения и цифровой сигнал с выхода регистра поступает на шинный формирователь и оттуда на шину данных (в нашем случае на линейку светодиодов).