Курсовая работа: Интеллектуальный аналогово-цифровой преобразователь

Отличительной особенностью ИнИС является способность определять и использовать наилучший из числа возможных алгоритмов измерения, способность трансформации алгоритма измерений в процессе его выполнения. Важным элементом таких ИнИС является аналого-цифровой преобразователь (АЦП), к которому предъявляются, высокие требования по точности и надежности. Поэтому для работы в ИнИС АЦП должны обладать, в том числе и надлежащим запасом отказоустойчивости, т.е. способностью продолжать функционирование при наличии отказавших компонентов. Широкое распространение находят АЦП на основе активной отказоустойчивости, когда при помощи средств самоконтроля (ССК) осуществляется автоматическое обнаружение неисправностей, происходящих в АЦП, с последующим их устранением за счет реконфигурации устройства или за счет замены отказавших АЦП на резервные. С одной стороны, ССК позволяют сократить период скрытого отказа, уменьшают количество таких отказов и повышают эффективность структурного резервирования. С другой стороны, реализация функций самоконтроля и самодиагностики требует определенных затрат ресурсов, что приводит к росту суммарной интенсивности отказов и времени выполнения измерений, т.е. к снижению безотказности. В связи с этим весьма актуальной является разработка функциональных схем высокоточных, отказоустойчивых АЦП, имеющих высокие значения достоверности самоконтроля, самодиагностики, обладающих способностью производить автокоррекцию погрешностей измерения и имеющих встроенные средства самоколибровки.

Обычно интеллектуальный датчик имеет АЦП и ЦАП в составе кремниевых чипов. Однако в реальности существуют серьезные технологические трудности, при которых совершенно необходимо разъединение сенсора (датчика) от интеллектуальной части.

Тогда возникает необходимость приборных интеллектуальных АЦП. Обычно принято классифицировать АЦП на последовательные, параллельно-последовательные и параллельные, в том числе:

«Умные» AISП.

Отказоустойчивые последовательные АЦП (ДО АЦП).

Резервируемый АЦП с реконфигурацией.

АЦП с автоматической коррекцией динамических погрешностей и самоконтролем.

АЦП повышенной точности и достоверности самоконтроля.

АЦП со встроенным тестовым самоконтролем.

АЦП с функциональным контроле.

Самоконтролирующие АЦП с замещением и другие.

Принцип работы АЦП последовательного приближения

Принцип работы АЦП последовательного приближения основан на последовательном сравнения измеряемой величины с 1/2, 1/4,1/8 и т.д. от возможного максимального её значения.

Структура АЦП представлена на рис.1. В состав АЦП входят регистр последовательного приближения (РПП), цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), компаратор напряжений. Выходы РПП соединены с входами ЦАП. Компаратор сравнивает входное напряжение, преобразуемое в код, и выходное напряжение ЦАП. Выход компаратора соединен с входом РПП. Работа АЦП тактируется импульсами с выхода генератора тактовых импульсов.

АЦП работает следующим образом. После подачи на РПП сигнала «Старт» и прохождения 1 тактового импульса на выходе старшего разряда РПП устанавливается 0, а на остальных выходах – 1, на выходе ЦАП формируется напряжение, равное половине преобразуемого диапазона входных напряжений. Компаратор сравнивает его с входным, и если входное напряжение превышает напряжение с выхода ЦАП, на его выходе устанавливается 1, если меньше - на выходе компаратора устанавливается 0.2 тактовый импульс записывает состояние выхода компаратора в выходной триггер старшего разряда и на выходе следующего разряда РПП устанавливается 0 и снова компаратор сравнивает входное напряжение и напряжение на выходе ЦАП. Далее процедура повторяется со следующими разрядами РПП и после 13 такта на выходе РПП образуется двоичный двенадцатиразрядный код преобразованного входного напряжения и формируется сигнал «Готовность», сигнализирующий об окончании преобразования, и по которому производится запись кода в выходной регистр.

Структура АЦП

АЦП состоит из восьмиканального блока входных повторителя, мультиплексора входных каналов, активного фильтра низких частот, блока автоматического выбора пределов измерения, блока определения знака, масштабирующего усилителя, двухполупериодного выпрямителя среднего значения, устройства выборки-хранения, регистра последовательных приближений, ЦАП, компаратора, схемы управления, тактового генератора.

Блок входных повторителей напряжения необходим для получения требуемого входного сопротивления.

Схема определения знака составлена на компараторе, который переключается при переходе входного сигнала через ноль.

Схема выбора пределов измерения автоматически изменяет коэффициент передачи, т.е. приводит значение входного сигнала к основному пределу измерения равному 1В.

Выпрямитель среднего значения собран на двух операционных усилителях и дает на выходе напряжение, постоянная составляющая которого пропорциональна среднему значению выпрямленного входного напряжения.

Устройство выборки хранения выдает постоянное напряжение на входе АЦП в течение времени преобразования.

Расчет числа разрядов цифрового устройства.

Разрядность АЦП определяется исходя из заданного класса точности. Согласно техническому заданию класс точности преобразователя равен 0.05/0.02. Пределы допускаемой относительной основной погрешности преобразования определяются по формуле:

гдеXmax – больший (по модулю) из пределов измерения;

X – значение измеряемой величины.

Относительная основная погрешность преобразования в конце шкалы прибора не должна превышать 0.05%. Можно определить максимальный шаг квантования ЦАП:

Поскольку максимальный предел преобразователя равен 1В, то максимальный шаг квантования равен 0.5 мВ. Определим разрядность АЦП.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--