Курсовая работа: Цифровий термометр

Виходячи із поставленої умови задачі (не обумовлені завадостійкість, швидкодія; велика похибка) вибираємо відносно простий АЦП - з час-імпульсним перетворенням.

В цих АЦП вхідна напруга U_x послідовно перетворюється в пропорційний їй часовий інтервал, а потім часовий інтервал t_x - в цифровий код. Перетворення напруги в пропорційний часовий інтервал здійснюється або за допомогою допоміжного генератора лінійно змінюваної напруги, або за допомогою інтегрування вимірюваної напруги. Вибираємо АЦП з генератором лінійно змінюваної напруги, структурна схема і часові діаграми роботи якого наведені на рисунку 2.1.

У момент часу t₀ запускається генератор лінійно змінюваної напруги G1, що виробляє пилоподібний сигнал U_Г , який подається на входи компараторів А1 і А2, які почергово спрацьовують у моменти часу t₁ і t₂ .

При переході напруги U_Г через рівень нуля (момент часу t₁ ) спрацьовує компаратор А2 і на його виході формується імпульс “Старт”, який по S-входу встановлює в одиничний стан тригер Т.

2

1

a)

t2

t1

t

“Старт”

1

t

“Стоп”

2

Tx

t

3 t

Т ₀ = 1/f₀

4 t

5 t

б)

Рисунок 2.1 – Структурна схема (а) і часові діаграми роботи (б) вольтметра час-імпульсного перетворення

Рівнем логічної одиниці відкривається схема співпадання SWй імпульси опорної частоти f_o з виходу генератора G2 надходять на вхід лічильника СТ. Напруга U_Г на виході генератора G1 зростатиме доти, доки не дорівнюватиме U_x . Момент рівності U_Г = U_х (t₂ ) фіксує компаратор А1 шляхом формування на своєму виході сигналу “Стоп”. Сигналом “Стоп” по R-входу тригер обнуляється і тим самим закривається схема співпадання. Процес вимірювання напруги U_х закінчується.

Таким чином, на виході тригера формується імпульс довжиною

Т_х = U_x / v , (2.1)

де v- швидкість зміни напруги U_Г .

Цей імпульс з виходу тригера відкриває схему співпадання на час Т_х ,

й імпульси опорної частоти поступають на лічильник.

Число підрахованих імпульсів

N= f₀ ×T_x = . (2.2)

Таким чином, число імпульсів, що пройшли на лічильник, пропорційне U_х і статична характеристика цього АЦП є лінійною (рисунок 2.2).

N_x

N = .

U_x

Рисунок 2.2 – Статична характеристика АЦП

При f₀ /v = 10ⁿ , де n – ціле число, множник f₀ /v можна врахувати відповідним положенням коми на цифровому відліковому пристрої або вказівкою одиниці вимірювання (В, мВ, мкВ).

Похибка квантування

, (2.3)