Реферат: Проектирование автоматического интерфейса ввода-вывода

Кафедра ЭиА

Контрольная работа на тему:

«Проектирование автоматического интерфейса ввода-вывода»

Задание и исходные данные

Спроектировать автоматический интерфейс ввода-вывода (АИВВ), состоящий из канала измерения (КИ) в пределах от U/>/>до U/> и канала управления (КУ) напряжением в диапазоне от U/>до U/> с максимальной приведенной погрешностью EPS, и с временем измерения не более T. Для передачи выходного кода КИ в микропроцессорную систему спроектировать мультиплексор ( для передачи N/> разрядов счетчика (или регистра) по каналу из N проводников).

Для получения от микропроцессорной системы входного кода КУ спроектировать мультиплексор (для получения N/> разрядов двоичного кода регистра по каналу из N проводников). В КИ применить аналого-цифровой преобразователь (АЦП) последовательного приближения. В КУ применить цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) параллельного действия.

Исходные данные

число разрядов N=4;

погрешность EPS=0,14 %;

период измерения T=0,001 с;

входные напряжения КИ:

U/> =8 мВ;

U/>=56мВ;

входные напряжения КУ:

U/> =3 В;

U/>=8 В.

Введение и описание структуры АИВВ

В общем случае автоматический интерфейс ввода-вывода (АИВВ) состоит из канала измерения (КИ) и канала управления (КУ). КИ реализован на усилителе постоянного тока (УПТ), аналого-цифровом или аналого-импульсном преобразователе (АЦП или АИП), регистре или счетчике (Р или С ) и мультиплексоре или дешифраторе( М или Д).

/>U/>

/>/>/>/>/>/>/>/>/>U/>UN/>N/>N

УПТ нормирует амплитуду входного сигнала (U/>) до стандартного уровня (U).

АЦП (АИП) преобразует нормированный сигнал (U) в код (N1), используя в качестве эталона опорное напряжение (U/>).

Р(С) и М(Д) осуществляют согласование кода на выходе АЦП с микропроцессором в координатах «пространство-время-функция».

Отличие АИП от АЦП состоит в том, что АЦП формирует код, развернутый в пространстве, а АИП – развернутый во времени, поэтому АИП соединяют по выходу со счетчиком (С) для преобразования в параллельный код.

Д применяют для преобразования одного пространственного кода в другой, а М- для раздельной во времени передачи пространственного кода по каналу связи с количеством проводников, меньшим разрядности кода.

На вход УПТ подается входное напряжение U/> в диапазоне от U/>/>до U/> и преобразуется им в напряжение U, стандартное для данного типа АЦП.

АЦП преобразует нормированное напряжение U в код, который сохраняется необходимое время в Р, а затем передается на шину данных микропроцессора через Д или М.

/>

/>/>/>/>/>/>/>/>/>N N/>N/>N/>U U/>

В проектируемом АИВВ по заданию применяется АЦП на основе интегратора, счетчика и мультиплексора.

КУ реализован на мультиплексоре или дешифраторе (М или Д), регистре (Р), цифро-аналоговом преобразователе (ЦАП) и усилителе постоянного тока (УПТ).

Р и М и Д осуществляют согласование кода на входе ЦАП с микропроцессором в координатах «пространство-время-функция».

ЦАП преобразует код (N/>) в пропорциональное ему напряжение (U), используя в качестве эталона опорное напряжение (U/>).

УПТ преобразует амплитуду выходного сигнала ЦАП(U) в требуемое выходное напряжение(U/>).

На М (Д) подается входной код N от микропроцессорной системы, сохраняется необходимое время в Р и подается на ЦАП. ЦАП осуществляет преобразование этого кода в соответствующее напряжение, которое усиливается УПТ до уровня U/>

Проектирование канала измерения

Дано:

N=4;

/>=0,14 %;

T=0,001 с;

U/> =8 мВ;

U/>=56мВ.

Определить:N/>, N/>,K, a/>, F/>, R/>.

Проектирование счетчика.

а) По известной погрешности /> и дискрете />=1 вычисляем значение минимального кода:

т.к. />=/>

то

N/>=/>=/>=714

--PAGE_BREAK--

Что соответствует в двоичном коде N/>=2/>=1024.

б) Из соотношения />= /> определяем максимальный код счетчика

N/>= N/>/>=512/>=3584/>2/>=4096

в) Оцениваем погрешность преобразования кода

/>=/>=/>=0,098/>

расчетное значение /> удовлетворяет условию, продолжаем проектирование. По справочникам выбираем суммирующий счетчик на 12 разрядов серии 564ИЕ16.

Проектирование мультиплексора

а) Определяем число входов мультиплексора.

Учитывая, что для двоичного кода

N=/>

Максимальный код N/>при b/>= b/>=1 находим, как N=/>=2/>,

Тогда число информационных входов

n/>=log/>N/>= log/>2/>=12.

б) Находим число адресных входов a мультиплексора

а =/>=/>=2

Необходим мультиплексор 12/4, управляемый по 2 адресным входам.

По справочнику выбираем мультиплексор К155КП5.

Расчет АЦП

а) Определяем опорную частоту

F/>=/>=/>=4096000/>4,1МГц-нестандартная частота

б) Вычисляем длительность импульса, с

/>=/>=/>=0,24/>

/>=/>=/>=0,000125

/>=/>=/>=10/>/>

что соответствует условию задачи, т.к. />/>.

в) Оцениваем погрешность во времени

/>=/>=0,096,

что согласуется с условием задачи, поэтому продолжаем расчет.

Проектирование УДН

а) Определяем образцовое напряжение U/> дискреты, В, при опорном напряжении U/> =5В за период T=0.001

U/>=/>=/>=1,2/>

б) Определяем напряжение выхода УДН

U/>=/>=/>=0,625

U/>=/>=/>=5

в) Оцениваем погрешность по напряжению

/>/>=/>=/>=0,096/>,

что соответствует условию задачи.

Выбираем АЦП серии К572ПВ1.

Проектирование УПТ

а) Рассчитываем коэффициент усиления

K=/>=/>=90<500

Выбираем усилитель серии К140УД20, для которого выходной ток I=10/> А

б) Расчет ведем методом графов

Для схемы сопоставим граф

В соответствии с графом составляем систему уравнений по законам Кирхгофа

/>по I закону для выхода e/>

по I закону для выхода e/>/>

    продолжение
--PAGE_BREAK--

;e/>=e/>-по IIзакону для выхода

Из решения системы уравнений находим

/>/>или U/>=/>

Для активного делителя напряжения на ДУ известно решение

U/>(0)=/>(0).

Из равенства исследуемого и желаемого решения для проводимостей получаем

/>

или

/>=/>, т.е. 1+/>=1+/>,

откуда находим условие равновесия моста

/>=/>

для решения

U/>=/>U/>=/>U/>

в) Из полученного решения, зная ток ОУ, вычисляя значения резисторов, Ом

R/>=R/>=/>=/>=5/>

Из 5% ряда номиналов сопротивлений выбираем R/>=R/>=5Мом.

Для коэффициента усиления К=90 вычисляем резисторы, Ом

R/>=R/>=/>=/>=55555

Из 5% ряда выбираем ближайший номинал R/>= R/>==55 кОм при этом

K/>=/>=/>=90

Для рассчитанных значений проверим диапазон

а) Коэффициент усиления УПТ

К/>=К/>=90

б) Нижний порог входного напряжения, мВ

U/>=/>=/>=7/>В

в) Верхний порог входного напряжения, мВ

U/>=/>=/>=55/>В

Оцениваем рассчитанный диапазон с заданным, мВ

/>

Ответ: счетчик 564ИЕ16, мультиплексор К155КП5,2 ОУ серии 140 УД с резисторами R/>= R/>=55 кОм, R/>= R/>=5 МОм, АЦП серии К572ПВ1.

Расчет канала управления

Дано:

/>=0,14 %;

К=1;

U/>=8 В;

U/>=3В.

Определить:N/>, N/>,K, a/>, n/>, R/>.

    продолжение
--PAGE_BREAK--

1.Проектирование регистра

а) Определяем минимальный код

N/>=/>=/>=714/>

б) Определяем максимальный код

N/>=N/>/>=512/>=2/>

в) Вычисляем погрешность по коду

/>,

т.к. /> продолжаем расчет. Выбираем 2 восьмиразрядных регистра 155ИР13, включая их параллельно.

2. Проектирование мультиплексора

а) Число разрядов мультиплексора

n/>=/>=/>=10

б)число адресных входов мультиплексора

а=/>=/>=1

Выбираем мультиплексор 564КП2

Расчет АЦП

а) Определяем опорное напряжение, В, принимая коэффициент запаса К/>=1,2

U/>=K/>U/>=1,2/>=9,6

б) Рассчитываем /> и U/>

/>=/>=/>=0,47

U/>=/>=/>=4,8

в) Вычисляем погрешность

/>, что удовлетворяет заданию.

Выбираем ЦАП серии К572ПА2

Расчет УПТ

Выбираем схему К140УД8( входной ток I=1/>A), коэффициент усиления К=1

Решение методом графов по I и II законам Кирхгофа

/>

После подстановки находим

U/>; K=/>=/>=1/>,

Что совпадает с предложенным К=1, когда R/>=/>.

Итоговая схема

Принимая R/>, определяем сопротивление резистора R/>, Ом

R/>=/>=/>=9,6/>

Из 5% ряда сопротивлений выбираем R/>=10,0. U/>=K/>U/>=1,2


еще рефераты
Еще работы по информатике