Проектирование автоматического интерфейса ввода-вывода

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Проектирование автоматического интерфейса ввода-вывода

Проектирование автоматического интерфейса ввода-вывода

13

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 Uдо 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.

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.

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

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

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

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

;e=e-по II закону 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.

1.Проектирование регистра

а) Определяем минимальный код