Файл: Курсовой проект по дисциплине Электроника тема работы Проектирование аналогоцифрового преобразователя.docx

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения

Императора Александра I»

(ФГБОУ ВО ПГУПС)
Факультет «Автоматизация и интеллектуальные технологии»

Кафедра «Электрическая связь»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине

«Электроника»

ТЕМА РАБОТЫ

«Проектирование аналого-цифрового преобразователя»

Обучающийся	________________ Подпись, дата	__Фомин Ю.А.____ И.О. Фамилия
Сдан на проверку	________________ Подпись, дата	________________ Уч.звание, И.О. Фамилия
Исправить замечания:_____________________ _________________________________________	________________ Подпись, дата	___________________ Уч.звание, И.О. Фамилия
Защита: ________________ Оценка	________________ Подпись, дата	________________ Уч.звание, И.О. Фамилия

Санкт-Петербург

2022
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения

Императора Александра I»

(ФГБОУ ВО ПГУПС)
Факультет «Автоматизация и интеллектуальные технологии»

Кафедра «Электрическая связь»
Задание на курсовую работу

по дисциплине

«Электроника»

Тема: «Проектирование аналого-цифрового преобразователя»

Исходные данные курсового проектирования для варианта 752

Таблица 1

Последняя цифра шифра	Тип АЦП, основная интегральная микросхема
7	АЦП двойного интегрирования
Таблица 2
Предпоследняя цифра шифра
Параметр		5
Частота, Гц		3·105
Скважность		2
Длительность фронтов, МКС не более		0,02
Амплитуда, В		8

---

Таблица 3
Первая цифра шифра	Согласуемые элементы серии ИMC	Нагрузочная способность ПУ	Частота переключения f, МГц	Температурный диапазон, С°
2	ттлш->кмдп К1533->К561	2	1	-10÷70

СОДЕРЖАНИЕ

1. Задание на курсовую работу…………………………………………….........4

Введение…… ……………………………………………………………….…….5

2. Разработка структурной схемы АЦП………………………..……….………7

3. 
   Описание основных блоков схемы………………………………….…....…10
   

3.1 Интегратор и Расчёт……………………………………..…………..………10

3.2 Компаратор и Расчёт………………………………..……………………….13

3.3 Триггер и Расчёт………………………………..……………………………15

3.4 Счетчик ……………………………………..………………………………..16

3.5 Генератор тактовых импульсов и Расчёт.………………………………….17

3.6 Формирователь ……………………..………………….……………………19

3. 
   Принципиальная схема устройства …………………………...……………20
   

5. Спецификация элементов ……………………………………...……………21

Заключение …………………………………………………………….………..22

Литература ……………………………………..………………………………..23


Задание на курсовую работу

По исходным данным, приведенным в табл. 1—3, требуется:

1. Выполнить полную схему АЦП, описать работу предложенного АЦП, соответствующих выбранных микросхем и устройств, обеспечивающих работу АЦП. Построить временные диаграммы работы АЦП.

2. Рассчитать тактовый генератор для АЦП по исходным данным табл. 2.

3. В соответствии с табл. 3 выбрать конкретные базовые микросхемы, начертить их принципиальные схемы, описать работу и привести справочные данные, необходимые для расчета преобразователя уровней.

4. Выбрать схему преобразователя уровней (ПУ) и описать его работу.

5. Выбрать тип биполярных транзисторов для схемы ПУ, привести необходимые справочные данные выбранных транзистору

6. Рассчитать схему ПУ в заданном температурном диапазоне и подобрать резисторы по их номинальным значениям.

---

7. Рассчитать мощность, потребляемую ПУ от источника питания.

8. Создать модель ПУ в программе Multisim, привести в отчете схему и осциллограммы иллюстрирующие еѐ работу.
Введение

В данном курсовом проекте разработано устройство аналого-цифрового преобразователя. Данное устройство предназначено для преобразования непрерывно изменяющейся во времени аналоговой физической величины в эквивалентные ей значения числовых кодов, то есть осуществлять переход от аналогового сигнала к сигналу в цифровой форме.

Аналого-цифровой преобразователь с двойным интегрированием является разновидностью устройств, реализующих метод последовательного счета. АЦП данного класса отличаются повышенной точностью и помехозащищенностью.

К настоящему времени разработано большое число АЦП, отличающихся по функциональному составу, назначению, электрическим, конструктивным и другим характеристикам. Это многообразие устройств является следствием различия требований, предъявляемых к АЦП конкретными условиями их применения.

Аналого-цифровое преобразование следует использовать в областях, где для обеспе­чения помехоустойчивой и шумозащищенной передачи аналоговая информация преобразуется в промежуточную цифро­вую форму (например, «цифровая звукотехника» или импульсно-кодовая модуля­ция). Это требуется в самых разнообраз­ных измерительных средствах (включая обычные настольные приборы типа циф­ровых универсальных измерительных прибором и более экзотические приборы, такие, как усреднители переходных про­цессов, «ловушки для выбросов» и осцил­лографы с цифровой памятью), а также в устройствах генерации и обработки сиг­налов, таких, как цифровые синтезаторы колебаний и устройства шифрования дан­ных.

И, наконец, техника преобразования является существенной составляющей способов формирования аналоговых изоб­ражений с помощью цифровых средств, например, показаний измерительных при­боров или двух координатных изображе­ний, создаваемых компьютером. Даже в относительно простой электронной аппа­ратуре существует масса возможностей для применения аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования.

2. Разработка структурной схемы АЦП

Идея построения АЦП с двойным интегрированием заключается в следующем.

В начале запускающий импульс устанавливает триггер Т1 в единицу. При этом транзисторы VT1 и VT2 формирователя открываются, ключ на транзисторе VT4 закрывается и открывается ключ VT3.

---

Таким образом на вход интегратора (А) подается входное напряжение. В течение некоторого фиксированного временного интервала t₁ входной сигнал интегрируется аналоговым интегратором. Полагая, что на этом интервале U_инф (информационная составляющая сигнала) постоянно, а в момент времени t = 0 выходное напряжение интегратора равнялось нулю, для момента t₁ можно записать

U₁ = U_инфt /RC

Напряжение будет спадать от уровня открытого диода и в момент равенства напряжения нулю, срабатывает компаратор и триггер Т2 установится в единицу, которая поступает на схему «И» (В) и импульсы ГТИ поступят на суммирующий вход счетчика. На выходе интегратора напряжение будет спадать до тех пор, пока счетчик не переполнится. В момент переполнения счетчика, с него поступит сигнал о переполнении, который установит триггер Т1 в состояние 0.

Таким образом, транзисторы VT1, VT2, VT3 закрываются, а транзистор VT4 открывается. Далее к входу интегратора подключают некоторое опорное (эталонное) напряжение U_оп, полярность которого противоположна полярности напряжения U_инф. интегрирование опорного напряжения ведут до тех пор, пока его выходное напряжение не уменьшится до нуля. Если опорное напряжение постоянно, то можно записать

U₁ = U_инфt ₁ /RC – U_оп (t ₂ - t ₁) /RC = 0

Решая относительно временного интервала △t = t₂ – t₁, получаем

△t = U_инфt₁/ U_оп

откуда следует, что интервал △t не зависит от собственных параметров интегратора и определяется только временем интегрирования входного сигнала и опорным напряжением.

Компаратор установит триггер Т2 в состояние 0, и импульсы перестают поступать от ГТИ на суммирующий вход счетчика.

Если в течение интервала △t посчитать число импульсов некоторой тактовой частоты f_T, то полученный код будет пропорционален входному напряжению. При этом выходной код М будет пропорционален U_инф

М = U_инфt₁f_T / U_оп

Если выполнить условие U_оп > U_инф , то интервал t₁ будет всегда больше интервала △t и его можно задать, посчитав число импульсов той же частоты f_T тем же счетчиком

---

t₁ = 2ⁿ /f_T

Отсюда получаем, что

М = 2ⁿU_инф/ U_оп

Из данного выражения следует, что при таком способе реализации выходной код АЦП зависит только от U_инф и U_оп и, следовательно, долговременные нестабильности как интегратора (RC), так и задающего генератора не влияют на точность преобразования. Именно этим и объясняется высокая точность и помехозащищенность данного АЦП.

Структурная схема АЦП с двойным интегрированием. Рис.1



Временная диаграмма, поясняющая работу АЦП (рис.2)


Рис. 2

3.Описание составных блоков схемы

3.1. Интегратор

Интегратором называется устройство, входной сигнал которого пропорционален интегралу по времени от его входного сигнала. Данная схема является инвертирующим усилителем, в цепь обратной связи которого включен конденсатор С и диод. В данной схеме I₁ = I _C = U_вх /R. Если U_вх = const, то I _C также величина постоянная. Схема интегратора применяется для получения линейно изменяющегося напряжения с высокой точностью линейности.



Запишем для инвертирующего входа ОУ уравнение по 1 закону Кирхгофа (U_{вх и} = U_{вх н})

U_вх/R = -С dU_вых dt или dU_вых = - (1/С R) U_вх dt

Откуда

U_вых = - (1/С R) U_вх dt

Интегратор в схеме АЦП с двойным интегрированием осуществляет линейное увеличение напряжения на конденсаторе с течением времени, а затем посредством подключения напряжения обратного знака осуществляется разряд конденсатора до тех пор пока выход интегратора не вернется в исходное состояние (рис.2).
U_вых





t T t

Рис.3

Когда данное напряжение уменьшится до 0 В, сработает компаратор.

---