Устройство измерения интервала времени спадающего напряжения

Развитие цифровой электроники положило началу созданию первых простейших вычислительных устройств, что впоследствии привело к появлению компьютеров. В нынешнее время

Устройство измерения интервала времени спадающего напряжения

Курсовой проект

Радиоэлектроника

Другие курсовые по предмету

Радиоэлектроника

Сдать работу со 100% гаранией
чик тоже снабжен сенсорным покрытием, аналогичным приведенному выше, причем расстояние между центрами входного и выходного преобразователей поверхностных акустических волн равно длине входного преобразователя. Отличие этого датчика от датчика на основе рекомбинационных волн будет только в диапазоне частот на выходе первичного преобразователя и в относительном изменении частоты в рабочем интервале измеряемой физической величины. Если для датчика на основе рекомбинационных волн этот диапазон составляет Гц, то для датчика второго типа он равен Гц. С другой стороны, относительное изменение частоты для датчиков первого типа равно %, а для датчиков второго типа оно составляет )%.

Для калибровки частотных датчиков различных типов (для измерения таких физических величин, как температура, освещение различного спектрального диапазона, постоянное магнитное поле, механическая деформация, состав газовой среды и т.п.) необходимо установить соответственно на входах предустановки счетчика результата измерения 2 D1...Dn значение:

;

где F0 - частота опорного генератора, а по входам предварительной установки D1. Dk счетчика формирователя временного интервала 11 - значение рабочего временного интервала: .

Цифровой прибор работает следующим образом. Частотный сигнал с выхода первичного преобразователя 1 поступает на счетный вход счетчика результата измерения 2. С выхода генератора опорной частоты 10 сигнал поступает на счетный вход формирователя временного интервала 11, в качестве которого используется синхронный счетчик с синхронной предустановкой. Каждый раз, когда наступает переполнение счетчика формирователя временного интервала 11, на его выходе появляется импульс, поступающий на входы загрузки счетчиков 2 и 11, регистра 4 и вход установки триггера 6 направления счета. При этом информация, накопленная в счетчике 2 за предыдущий период, записывается в регистр 4 и отображается на цифровом индикаторе 5, а знак фиксируется на триггере знака 7 и отображается на индикаторе знака 8. Одновременно производится предустановка счетчика 2 по входам предварительной установки D1...Dn значением частоты, соответствующей нулевой точке измеряемого значения первичного преобразователя, а счетчика 11 - по входам предварительной установки D1... Dk значением рабочего временного интервала. Счетчик 2 начинает работать в режиме вычитания из записанного в него кода, при переходе содержимого счетчика через нуль выходной сигнал с его выхода переноса поступает на счетный вход триггера направления счета 6, переводя его в другое состояние, при этом сигнал с выхода триггера 6 переводит счетчик 2 по входу направления счета в режим суммирования импульсов. Далее цикл измерения повторяется.

Диапазон рабочих частот цифрового прибора зависит от быстродействия и разрядности синхронных счетчиков и соотношения частот опорного генератора и первичного преобразователя.

Наличие в заявляемом техническом решении синхронных счетчиков с синхронной предустановкой, а также новых связей между его элементами позволяет существенно упростить конструкцию цифрового мультимера без снижения точности измерения регистрируемой физической величины, повысить его быстродействие, упростить процесс его градуировки и тем самым расширить его функциональные возможности.

2. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА РАЗРАБАТЫВАЕМОГО УСТРОЙСТВА

Исходя из технического задание, разрабатываемое устройство измерения интервала спадающего напряжения, должно из сигнала, максимальный уровень которого составляет 14 В, а длительность изменяется в пределах от 0,01 – 10 мс., выделять временной интервал спада напряжения от уровня 12 В до 3 В. При этом необходимо обеспечить, чтобы устройство могло проводить измерения с определённой частотой и с заданной точностью определяемую погрешностью. Таким образом, функциональная схема будет иметь вид, показанный на рисунке 2.

Пояснить работу функциональной схемы позволят временные диаграммы напряжений на соответствующих блоках (рисунок 3). На вход устройства поступает аналоговый пилообразный сигнал. До момента t1 выход блока формирования измеряемого интервала находиться в состоянии «логического нуля». В момент времени t1 с выхода данного блока начинает поступать сигнал уровня «логической единицы», и происходит это до момента времени t2. В этот момент сигнал с выхода снова становиться уровня «логического нуля».

Рисунок 2 – Функциональная схема разрабатываемого устройства

Таким образом в момент спада входного напряжения от уровня 12 В до уровня 3 В сформировался импульс. Формирование таких импульсов происходит постоянно, когда сигнал начинает спадать в пределах заданных уровней. Поскольку измерение длительности такого интервала необходимо проводить в интервале от 1 – 9 секунд, то после того как был сформирован нужный нам импульс его необходимо выделить с помощью схемы привязки асинхронного сигнала в синхронной последовательности. Такая схема работает так, что измеряемый импульс на выходе появится только тогда, когда на другом входе появиться импульс с блока задания интервала между измерениями. На представленной временной диаграмме это происходит в момент t0, после которого выделиться первый идущий измеряемый импульс. Следующий измеряемый импульс мы получим, когда будет подан очередной импульс задания интервала между измерениями. Далее эти импульсы следует на логический элемент «И».

Рисунок 3 – Временные диаграммы работы устройства

Подавая на другой вход элемента «И» тактовые импульсы, с частотой обеспечивающей заданную точность и погрешность измерений, с кварцевого генератора, на выходе элемента можно получить счётные последовательности импульсов, которые поступают на входы счётчиков, преобразовывая эти импульсы в двоично-десятичный код. Важно, чтобы частота кварцевого генератора соответствовала заданному, в техническом задании, времени измерению. С выхода счётчиков двоично-десятичный код, соответствующий времени длительности импульса, поступает на дешифратор знака, который преобразует его в код отображение жидкокристаллического индикатора, соответствующий времени измерения. Важно точно подобрать количество индикаторов, для точности отображения временного интервала в пределах от 0,01 – 10 мс.

3. ОБОСНОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА

На основании функциональной схемы необходимо схемотехнически реализовать каждый блок в соответствии с его функциональным назначением. В их состав могут входить различные компоненты: счётчики, дешифраторы, триггеры, компараторы и другие электронные компоненты. В основном они представлены в виде цифровых интегральных микросхем.

Блок формирования измеряемого временного интервала. Блок реализуется на основе 2 – ух аналоговых компараторов, асинхронного RS – триггера и логического элемента «И». Пороги переключения компараторов задаются с помощью резисторного делителя напряжения.

Для выбора компаратора важно помнить, чтобы его напряжение питания было больше амплитуды входного сигнала. Будем использовать компаратор 1467CA1T (рисунок 4) [2]. Микросхема представляет собой два компаратора напряжения в одном корпусе с общим питанием. Микросхемы используются в радиоаппаратуре и электронной технике и предназначены для создания радиоэлектронных устройств широкого класса. Микросхема конструктивно выполняется в металлокерамическом 8-выводном корпусе типа 4112.8-1.01.

Назначение выводов: 1 – выход OUT 1; 2 – вход инверсный IN-1; 3 – вход не инверсный IN+1; 4 – вывод питания от источника отрицательного напряжения Uee; 5 – вход инверсный IN-2; 6 – вход не инверсный IN+2; 7 – выход OUT 2; 8 – питание от источника положительного напряжения UCC.

Данная микросхема может иметь как двух полярное, так и однополярное питание. В нашем случае, входной сигнал является положительным, поэтому используем только один питающий вывод 8, а вывод 4 подключаем к земле.

Рисунок 4 – Условное графическое изображение микросхемы 1467CA1T

Тип выхода – открытый коллектор. Основные электрические параметры: напряжение питание UCC = 5 – 30 В; напряжение низкого логического уровня UOL = 0,4 В; максимальный входной ток II = нА; выходной ток высокого уровня IOH = 1 мкА; выходной ток низкого уровня IOL = 6 мА; ток потребления ICC = 2,5 мА; время задержки при включении, выключении, при RL = 5.1 кОм (подключен к выводу UCC) tDHL1, tDLH1 = 400 нс.

Микросхема КР1533ТР2 [3] (рисунок 5) - цифровая интегральная схема транзисторной логики с диодами Шоттки серии ТТЛ. Представляет собой четыре RS-триггера. Для расширения функциональных возможностей 2 из 4 триггеров имеют 2 входа S, логически объединенных по И. Содержат 130 интегральных элементов. Корпус типа 238.16-1.

Назначение выводов: Назначение выводов: 1 – вход «сброс» ; 2 – вход «установка в состояние высокого уровня» ; 3 – вход «установка в состояние высокого уровня» ; 4 – выход 1Q; 5 - вход «сброс» ; 6 - вход «установка в состояние высокого уровня» ; 7 - выход 2Q; 8 – общий; 9 - выход 3Q; 10 - вход «сброс» ; 11 - вход «установка в состояние высокого уровня» ; 12 - вход «установка в состояние высокого уровня» ; 13 - выход 4Q; 14 - вход «сброс» ; 15 - вход «установка в состояние высокого уровня» ; 16 – напряжение питания.

Рисунок 5 – Условное графическое обозначение микросхемы КР1533ТР2

Основные электрические параметры: номинальное напряжение питания – 5 В ± 10%; выходное напряжение низкого уровня - ≤ 0,4 В; выходное напряжение высокого уровня - ≥ 2,5 В; ток потребления при Uпит = 5,5 В - ≤ 5,5 мА; входной ток низкого уровня – ≤ |-0,2| мА; входной ток высокого уровня - ≤ 20 мкА; выходной ток - |-10|...|-112| мА; время задержки распространения сигнала при включении по входам 2, 3, 6, 11, 12, 15 - ≤ 22 нс, по вх

Похожие работы

< 1 2 3 4 5 6 > >>