Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2024
Тип роботи:
Інші
Предмет:
Архітектура
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Зміст
Завдання…………………………………………………………….3
Вступ………………………………………………………………..4
Застосування МП в приладах……………………………………...5
Огляд технічних рішень та існуючих приладів…………………..9
Розрахунок технічних характеристик…………………………….12
Функціональна схема проектованого перетворювача…………...15
Розрахунок і вибір АЦП……………………………………………17
Вибір, опис та розрахунок дільника напруги……………………..19
Опис принципової схеми……………………………………………24
Короткий опис архітектури МП……………………………..26
Вибір елементної бази………………………………………..28
Конструктивне виконання……………………………………33
Список літератури…………………………………………….35
Додатки…………………………………………………………………36
Завдання
Спроектувати перетворювач середньоквадратичного значення змінної напруги.
Вхідні сигнали:
Напруга U=0…100B
Частота f=1…30кГц
t<0,05C0
Вихідні сигнали:
Напруга U=1…10B
Похибка =0,3%
Вимоги:
Середнє значення і максимальне значення (50 значень)
Вступ
Впровадження мікропроцесорної техніки в вимірювальні прилади приводить до уніфікації їх структур, точніше, тієї частини функціональних вузлів, яка забезпечує управління процесом вимірювання і обробкою інформації. Схема перетворення неелектричної величини в електричну являється специфічною для конкретного типу прибору, інші вузли і зв’язки між між ними залежать від потреби функціональних характеристик прибору і архітектури застосовуючого мікропроцесора або мікро ЕВМ.
Від структури функціональних вузлів вимірювального приладу можна перейти до структури апаратних і програмних модулів, які використовують відповідні функції. Оптимальне проектування вимірювального приладу складається з слабо формалізованої процедури синтезу цієї апаратно-програмної структури. Критеріями оптимальності можуть при цьому бути вартість, надійність та ін. Обмеженнями швидкодія, погрішність і інші функціональні характеристики.
Дуалізм апаратного і програмного забезпечення дає можливість в кожному конкретному випадку оптимальні набори модулів, які забезпечують заданий набір функцій. Реалізація апаратних і програмних модулів в МП системах суттєво залежить від архітектури застосованого мікропроцесора. Поняття архітектури МП включає в себе його внутрішню структуру і способи обміну інформацію з зовнішніми модулями і формати інформації, яка циркулює в системі і набір команд МП. Особливості архітектури різних типів мікропроцесорів докладно розглянуті в ряді літературних джерел.
3. Застосування мікропроцесорів в приладах для вимірювання електричних і неелектричних величин.
Мікропроцесорна техніка застосовується в вимірювальних пристроях для вимірювання електричних і неелектричних величин, як з метою розширення функції приладів, надання їм повних властивостей, перетворення їх в системні комплекси, так і з метою покращення характеристик окремих вузлів і пристрою в цілому.
В області вимірювання електричних величин МП техніка знайшла достатньо широке застосування в обох вказаних напрямках.
Перший напрямок зображений на рис.3.1.
Рис.3.1. Задачі, які вирішуються в приладах з вмонтованими мікросхемами для вимірювання електричних величин.
Схема на рис.3.1. включає в себе лише частину типів приладів і вирішуваних задач, так як номенклатура приладів і набори вирішуваних задач весь час розширюється. Більш докладно дані про алгоритми вирішуваних задач будуть приведені нижче при розгляді окремих типів приладів.
По другому напрямку також відбувається значний розвиток, який підлягає визначеним флуктуаціям.
Деякі елементи з застосуванням мікропроцесорів в подальшому витісняться спеціалізованими мікросхемами. Найбільш широко другий напрямок представлено аналого-цифровими перетворювачами (АЦП). Мікропроцесорні прилади випускаються для вимірювання напруги постійного і змінного струмів, ефективних значень напруги, опору, комплексних величин і ін.. Крім цих приладів мікропроцесорна техніка широко використовується в цифрових осцилографах, в регістраторах перехідних процесів, які служать для перетворення в цифрову форму і зберігання в буфері пам’яті вимірювальних величин, в вимірювальних пристроях, які служать для діагностики апаратури. В області вимірювань неелектричних величин застосування МП техніки зображено на рис.3.2. Перелік вирішуваних задач в значному степені аналогічний переліку, який приведений на рис.3.1. Основні відмінності заключаються в наявності задач управління електромеханічними елементами-клапанами, двигунами, заслонками і ін., а також в ряді інших випадках – в більш складніших алгоритмах обробки інформації. При застосуванні МП в хроматографах, в кореляційних ватметрах вирішувані задачі потребують достатньо складних обрахунків.
Рис.3.2. Задачі, які вирішуються в приладах з вбудованими МП для вимірювання неелектричних величин.
Для ілюстрації функцій, які виконуються МП в приладах для вимірювання неелектричних величин, розглянемо їх застосування в хронографах.
Структурна схема такого приладу приведена на рисунку 3.3. Прилад має два мікропроцесора. Мікропроцесор 1 керує усім процесом вимірювання, в тому ж числі електромеханічними елементами і нагрівачами. Мікропроцесор 2 використовується для обробки даних вимірювання.
Алгоритм обробки даних включають в себе: визначення початку і кінця сигналу; визначення площ піків; облік дрейфу і флуктації нульової лінії; множення на коефіцієнти чуттєвості кожного компонента; розрахунок концентрації компонентів.
Приведене розділення функції не є обов’язковим. В деяких випадках застосовується один мікропроцеср з великими можливостями.
Рис. 3.3. Структурна схема хроматографа з вбудованим мікропроцесорами.
4. Огляд технічних рішень та існуючих приладів вимірювання напруги на базі мікропроцесора.
Цифрові вольтметри і мультиметри являють собою найбільш розвинуту гілку з вбудованими мікропроцесорами. Такі прилади випускаються різних класів точності і меж вимірювання, мають різні функції.
Принципи побудови цифрових вольтметрів і мультиметрів ілюструється структурною схемою, яка приведена на рис. 4.1
Як видно з схеми, прилад побудований на принципі магістрального зв’язку між окремими функціональними вузлами. В залежності від призначення приладу можуть значно змінюватись набір вхідних перетворювачів в вузлі 1 і набір елементів обчислювальних і керуючих пристроїв у вузлі 3. Аналого-цифрове перетворення (вузол 2) може виконуватись без допомоги мікропроцесорного пристрою або з використанням МП. Приклади з МП можуть виробляти калібровку вимірювального тракту по визначеній зразковій мірці і відповідну корекції можуть бути різними, але завжди вимагають в себе операції вимірювання при закороченому вході і на зразковій мірі. В залежності від схеми і меж вимірювання можуть змінювати склад і кількість зразкових джерел ЕДС і резисторів.
Для вимірювання напруги призначений серійний мікропроцесорний інтегруючий вольтметр Щ 1518 класу 0,01/0,005, в якому використовується мікропроцесор К 580.
Для вимірювання напруги змінного струму використовуються мікропроцесорні цифрові вольтметри на термочутливих кварцевих резисторах.
Розглянемо характеристики і особливості структури деяких приладів.
Одним з перших вимірювачей-автометрів з використанням МП був 5,5 розрядний мультиметр 7115 фірми Systron Donner (США) з мікропроцесором Intel 4004. В ньому за рахунок автоматичної самокалібровки, статичного усереднення показників і лінеаризації вимірювальної величини були досягнуті відносною похибкою 0,002% і приведеною похибкою 0,0001%. В наступних моделях мультиметрів використовувались МП другого і третього поколінь.
Так, в мультиметрах 8520 А, 8860А фірми Fluke (США) використовуються два вбудованих мікропроцесора, завдяки тому ці прилади володіють широкими можливостями програмування вимірювань, розширення числа каналів, створення розвітвлених систем. Мультиметр 8520А має наступні характеристики: похибка вимірювання – до 0,005%, швидкодія – 500 вимірю-вань в секунду. Обробка даних ведеться по 14 можливих програмах. Перелік вирішуваних задач відповідає переліку на рис. 3.1. Прилад має вбудовану пам'ять, яка дозволяє запам’ятати дані 50 вимірювань, а в модифікаціях до 400 показників.
До складу іншого мультиметра Fluke 8860A входить одноканальна мікро ЕОМ Mostek 3870, яка керує вимірювальною схемою і аналого-цифровим перетворювачем, і Intel 8039, яка організовує зв'язок з клавіатурою користувача, індикаторами і зовнішнім інтерфейсом. Між цими двома частинами схеми існує оптична розв’язка; досягається відносною похибкою 0,01% і чуттєвою 1мкВ для змінної напруги при вхідному опору 10 МОм. Вимірювальна схема дозволяє працювати з автоматичним переключенням діапазонів, з частотою вибірок 2,5 і 12,5 1/с. Мікро-ЕОМ Mostek 3870 задає при цьому параметри дільника напруги і буферного підсилювача, керує синхронізацію і роботою АЦП. Основні можливості прикладу реалізовуються в його обчислювальній частині мікро ЕОМ Intel 8039. Можливості відображення результатів з масшта-буванням по формулі y=ax+b, перерахунок в децибели, лінеаризація відліків термокар, контроль заданих меж вимірювальних величин, обрахунок середніх і середньоквадратичних відхилень. Для виконання більшого числа функцій звичайно використовується панель з великим числом кнопок, мікропроцесорна система дозволяє звільнитись від цього: 44 сполучених функцій, режиму задається 17 клавішами. Дві кнопки використовуються для переключення функції інших. Для створення візуальних програм користувача служить додаткова клавіатура з заданими тригонометричними, логарифмічними, арифметичними і чисто програмними операторами. Створені програми можна записувати блок ППЗУ, вивід результатів можна ввести через спеціальний порт на зовнішній принтер. Наявність інтерфейсу для підключення мультиметра до шини IEEE-488 дає можливість керувати ним і програмувати всі його функції від контролера шини.
Ряд фірм (Siemens і ін.) комплектують свої прибори вузлами інтерфейсу тільки по спеціальному заказу, але місця для вузла інтерфейсу завжди передбачається, що дозволяє при необхідності докомплектувати прилад.
Високі метрологічні характеристики досягаються завдяки МП МС6808 в 6,6-розрядний мультиметр 192 фірми Keithley In 3tr. Inc (США)
Мультиметр випускається в двох модифікаціях: автономного і системного призначення. Частота вибірок – відповідною 8 і 35 1/е, відносна похибка 0,005%, вхідний опір 1 Гом. На панелі 8 кнопок управління, які задають наступні можливості режими роботи: 5,5- і 6,5-розрядний відлік, додаткову цифрову фільтрацію,масштабування, розрахунок процентного відхилення, визначення максимального і мінімального значення, режим порівняння з заданими верхніми і нижніми межами, режим регістратора даних. Аналогова частина приладу керується жорсткою логікою і оптично розв’язання з рештою схеми. В пристрої застосовується техніка цифрової фільтрації, яка дозволяє значно підвищити швидкодію порівняно з аналоговою фільтрацією. Існує інтерфейс до шини IEEE 488 з якої можна задавати всі операції і режими.
Мікропроцесорний вольтметр типу 7065 і вольтметр з пам’яттю типу 7066 випускається фірмою Siemens. Вольтметри 7065 і 7066 є прецизіонними приладами для лабораторних і системних досліджень. Прилади дозволяють також проводити вимірювання опору на основі чотирьох провідних підключень. Прилади по бажанню можуть бути з інтерфейсом МЕК 625 (25-контактний роз’єм ) або IEEE-488 (24-контактний роз’єм). Автоматичний переключатель “Minuta 7010” дозволяє створювати інформаційно-вимірювальну систему.
5. Розрахунок технічних характеристик
Виникає необхідність забезпечення точності вимірювання і перетворення. ТЗ становить вимогу до точності перетворення, яка полягає в забезпеченні допустимої похибки не більше 0,1%
Основна похибка системи складається з:
Похибки перетворення АЦП;
Похибка методу;
Похибка розрахунків і обчислень.
Виходячи з цих даних, розраховуємо технічні характеристики. Оскільки в цифрових системах основну похибку вносить аналогова частина, то основна похибка залежить головним чином від похибки АЦП.
Для забезпечення необхідної кількості розрядів, які визначають точність вимірювання необхідно їх розрахувати за наступною формулою:
28.12.2013 15:12-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора