Реферат: Разработка устройства регистрации сигналов с датчиков
· АЦП должен преобразовывать биполярный входной сигнал.
· АЦП должен иметь малую дифференциальную нелинейность и небольшую абсолютную погрешность полной шкалы.
Т.к. мы решили УУ и блок УС реализовать на микропроцессоре, то удобнее всего использовать МП имеющий встроенное АЦП. Всем перечисленным требованиям удовлетворяет микроконтроллер MC68HC16Z3 (его характеристики см. в Приложении №1). Однако данный микроконтроллер имеет лишь один АЦП. Поэтому необходим еще один внешний АЦП. По характеристикам подходит К572ПВ4 . Данный восьмиразрядный АЦП имеет 64бит (8х8) статическое ОЗУ для хранения результатов преобразования. Характеристики микросхемы при температуре 25± 10°С:
| Интегральная нелинейность | -0.5…+0.5 EMP |
| Изменение интегральной нелинейности от температуры | 10-3 ЕМР/°С |
| Дифференциальная нелинейность | -0.5…+0.5 EMP |
| Изменение дифферинциальной нелинейности от температуры | 10-3 ЕМР/°С |
| Абсолютная погрешность преобразования в конечной точке шкалы | -1…+1 ЕМР |
| Время преобразования | < 30 мкс на частоте 1,6МГц |
| Диапазон входных сигналов | –2.5…+2.5В |
| Напряжение смещения нуля на входе | -30…+30мВ |
| Изменение смещения нуля от температуры | не более 6мкВ/°С |
| Напряжение источника питания | 4.5…6.5В |
| Опорное наряжение | -2.5…2.5В |
| Потребляемый ток | 400мкА. |
4.2. Измерительный преобразователь
4.2.1. Усилитель заряда
Усилитель заряда строится на операционном усилителе. В измерительных устройствах необходимо усиливать без искажения слабые электрические сигналы с датчиков, сопровождаемые значительным уровнем синфазных, температурных и других помех. Для этих целей используют прецензионные усилители, которые обладают большим значением усиления, подавляют синфазный сигнал, малым напряжением смещения нуля, малым уровнем шумов и большим входным сопротивлением. Поэтому выбираем ОУ КР140УД17А.
Характеристики КР140УД17А:
| Коэффициент усиления | 200×103 |
| Напряжение смещения нуля на входе | 75мкВ |
| Напряжение источника питания | -15…+15В |
| Напряжение входное макс | 15В |
| Входной ток | 3.8нА. |
| Потребляемый ток | 2мА |
К
ак известно: 
, где Сд – импеданс датчика (у нас 1.5 нФ)
На РИС 3 показан усилитель заряда. Усилитель заряда представляет собою фильтр высоких частот (ФВЧ ) со своей частотой среза, которая должна равняться нижней частоте нашего сигнала. Тогда выбор резистора R0 и конденсатора C0 осуществляется из следующего соотношения:
,
При этом должно выполняться условие fcp £ fн =2 Гц. Возьмём fcp =1Гц с целью уменьшить искажения АЧХ в области низких частот.
С помощью усилителя заряда достигается передача сигнала с коэффициентом передачи:
Если Кп = 1 , то С0 = 1.5 нФ , следовательно, R0 = 100 MОм .
В качестве С0 возьмем К10-43А-МП0-1.5 нФ . Максимальная амплитуда сигнала на выходе УЗ составляет 0.4*Кп = 0.4В.
4.2.2. Масштабный усилитель
М
асштабный усилитель служит для согласования амплитуды сигнала с выхода УЗ с входным диапазоном АЦП. Построим его на операционном усилителе К140УД17А в следующем включении (РИС 4 ).
Т.к. мы подаем на АЦП опорные потенциалы –2,5В и 2,5В , для удобства выберем следующие диапазоны:
1.-0,5 В до +0,5 В (максимальная погрешность )
2.-0,75 В до +0,75 В
3.-1 В до +1 В
4.-1,25 В до +1,25 В
5.-1,5 В до +1,5 В
6.-1,75 В до +1,75 В
7.-2 В до +2 В
8.-2,5 В до +2,5 В (минимальная погрешность )
Коэффициент усиления задаётся резисторами R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 и R9:
Т.о.: Кп1 =1,25; Кп2 =1,875; Кп3 =2,5; Кп4 =3,125; Кп5 =4,375; Кп6 =5; Кп7 =5,625; Кп8 =6,25