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»

Санкт-Петербург

2019

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:

Выдаются преподавателем или определяются самостоятельно на основании расчета вариантов по методике, приведенной в методическом указании для курсового проектирования.

Содержание:

1. Разработать полную схему АЦП, описать его работу, а также выбранных микросхем и уст­ройств, обеспечивающих его работу.

Построить временные диаграммы работы АЦП.

2. Выбрать и рассчитать параметры тактового генератора для АЦП.

Привести его временные диаграммы.

3. В соответствии с табл. 3 выбрать 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 и обосновать тип биполярных транзисторов для схемы ПУ, привести необходимые справочные данные выбранного тран­зистора.

6. Рассчитать схему ПУ и подобрать резисторы по типовым номинальным значениям.

7. Рассчитать мощность, потребляемую ПУ от источника питания.

8. Создать модель ПУ в программе Multisim, привести в отчете схему и осциллограммы.

Заключение.

Список использованных источников.

Список графического материала:

1. Структурная схема АЦП.

2. Принципиальная схема АЦП.

3. Временные диаграммы работы АЦП.

4. Схема генератора тактовых импульсов.

5. Схема модели преобразователя уровней и осциллограммы её работы.

Оценочный лист

Заключение: рецензируемая курсовая работа соответствует требованиям основной образовательной программы (23.05.05) Дисциплины «Электроника» специальности «Системы обеспечения движения поездов».

Итоговая оценка –

Руководитель _________________

(подпись)

«____» ____________ 2019 г.

Задание на курсовой проект:

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. Построить на ЭВМ передаточную характеристику ПУ =f(UBX) для номинальных параметров схемы.

9. Описать схему интегрального аналога ПУ, если он имеется.

Исходные данные:

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Оглавление

Введение 8

1. Расчет преобразователя уровней (ПУ). 10

1.2. Теоретические данные. 10

1.3. Принцип действия базовых логических элементов 12

1.4. Логические элементы КМОП серии К561 (К1561) 15

1.5. Логические элементы ТТЛШ серии К1533. 16

1.6. Выбор схемы преобразователя уровней. 17

1.7. Выбор биполярного транзистора для ПУ 19

1.8. Расчёт схемы преобразователя уровней в заданном температурном диапазоне и выбор номиналов резисторов. 20

1.9. Расчёт мощности, потребляемой преобразователем уровней от источника питания 22

1.10. Расчёт передаточной характеристики преобразователя уровней для номинальных параметров 22

1.11. Схема преобразователя уровней и его временная диаграмма 25

1.12. Интегральный аналог преобразователя уровней 26

2. АЦП двойного интегрирования 27

2.1. Схема АЦП двойного интегрирования К572ПВ2 28

3. Расчёт генератора тактовых импульсов для АЦП 30

3.1. Виды мультивибраторов 30

3.2. Принцип работы 31

3.3. Расчет параметров 33

3.4. Описание работы генератора тактовых импульсов 34

4. Вывод 37

5. Список использованной литературы 38

Дополнение 39

Введение

При построении цифровых систем управления и контроля, в частности с использованием микропроцессоров (МП), для их сопряжения с аналоговыми датчиками и исполнительными устройствами используют специальные аналого-цифровые (АЦП) и цифро-аналоговые (ЦАП) преобразователи.

АЦП производит преобразование аналогового сигнала, имеющего бесконечное множество значений (такой сигнал называется непрерывным или континуальным), в сигнал с конечным множеством значений (определяемым количеством ступеней квантования по уровню), а также его временную дискретизацию, т.е. преобразование сигнала, описываемого функцией непрерывного времени, в сигнал, представляемый функцией дискретного времени.

ЦАП производит обратное преобразование цифрового сигнала, представленного набором дискретных отсчетов, в аналоговый, обладающий амплитудной и временной непрерывностью.

Основными характеристиками АЦП являются: разрешающая способность, точность и быстродействие. Разрешающая способность R определяется разрядностью (т.е. количеством дискретных значений выходного сигнала преобразователя) и максимальным диапазоном входного аналогового напряжения U_{вх макс};

Рис. 1 – График разрешающей способности R.

Быстродействие АЦП характеризуется временем преобразования t_с, т.е. интервалом времени от момента изменения сигнала на управляющем входе АЦП до момента появления на его выходе установившегося двоичного кода, соответствующего значению входного аналогового сигнала.

Точность преобразования характеризуется абсолютной погрешностью полной шкалы σ_пш, нелинейностью σ_л , дифференциальной нелинейностью σ_лд и монотонностью характеристики преобразования (ХП).

Абсолютная погрешность преобразования в конечной точке шкалы σ_пш определяется отклонением фактического выходного сигнала преобразователя от теоретического (вычисленного для идеального преобразователя) в конечной точке ХП. Измеряется σ_пш в единицах младшего разряда преобразования (ЕМР) либо в единицах напряжения (тока).

Дифференциальная нелинейность σ_лд определяется отклонением действительного значения шагов квантования от их среднего значения.

Нелинейность σ_{л –} это отклонение входного напряжения, соответствующего заданной точке ХП от значения, определяемого для идеальной ХП в этой же точке. Может определяться как в абсолютных (вольты), так и в относительных (ЕМР) единицах.

Монотонность ХП – это неизменность знака приращения выходного сигнала АЦП при неизменном знаке приращения входного сигнала.

Графическое представление рассмотренных выше статических ошибок преобразования АЦП приведено на рис. 2.

Рис.2 – Статические ошибки преобразования АЦП.

В нашем случае при проработке АЦП ограничимся учетом значений R и σ.

В зависимости от метода преобразования и способа его реализации известны много АЦП различных типов. В настоящее время разработаны АЦП с использованием методов последовательного счета, поразрядного уравновешивания, двойного (двухкратного) интегрирования, с преобразованием напряжения в частоту, с преобразованием напряжения в интервал, параллельного преобразования и на основе дельта-преобразования.