Реферат: Цифровой измерительный вольтметр
Реферат: 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
.
Оглавление..................................................................................2
Введение......................................................................................3
Техническое
задание на
курсовой
проект................................4
Разработка
структурной
схемы.................................................5
Разработка
принципиальной
схемы.........................................
5.1 Входной
делитель................................................................
Входной
усилитель.............................................................
Устройство
сравнения..........................................................
Аналогово-цифровой
преобразователь............................
Переключатель..............................................................
Интегратор................................................................
Компаратор................................................................
Анализ
погрешностей..............................................................
Проверка
класса
точности.........................................................
Заключение................................................................................39
Список литературы.
.................................................................40
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.
- 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
|