Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт – Физико-технический Направление – Ядерные физика и технологии Кафедра – Электроника и автоматика физических установок
Специальность – Ядерные физика и технологии
Разработка устройства ввода, обработки и вывода сигналов
Курсовой проект по дисциплине
«Электроника и микроэлектроника»
Студент группы 0А12 _______________ Ю.Р.Абузарова
_______________
Руководитель
кафедры ЭАФУ _______________ Ю.А.Чурсин
_______________
Томск – 2013
Введение
Роль электроники в настоящее время существенно возрастает в связи с применением микропроцессорной техники для обработки информационных сигналов и силовых полупроводниковых приборов для преобразования электрической энергии.
Микропроцессорная техника получила широкое применение в системах автоматического управления технологическим и контрольно-испытательным оборудованием, транспортными средствами, космическими аппаратами, бытовыми приборами и так далее. Малые размеры, масса и энергоемкость микропроцессоров позволяют встраивать их непосредственно в объект управления. На базе микропроцессоров создаются различные типы микро-ЭВМ, контроллеров, программаторов и других устройств автоматики и вычислительной техники.
Данный курсовой проект посвящен разработке устройства, обеспечивающего ввод, обработку и вывод сигналов заданного уровня.
Разработка функциональной схемы
Для реализации устройства, преобразующего дискретные сигналы в аналоговый необходимы следующие блоки: блок питания, состоящий из трансформатора, выпрямительного диодного моста, сглаживающего конденсатора и стабилизатора напряжения, преобразователь напряжении-напряжение для обеспечения гальванической развязки, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) на шине R-2R.
Для реализации устройства, преобразующего аналоговый сигнал в дискретный потребовлись блоки: преобразователь ток-напряжение, напряжение-частота (ПНЧ) и преобразователь частота-частота, обеспечивающий гальваническую развязку.
Схема приведена в приложении А.
Разработка принципиальной схемы
Полная электрическая принципиальная схема устройства приведена в приложении Б.
Питание в схеме осуществляется следующим образом: сигнал от сетевого напряжения понижается на трансформаторе, затем выпрямляется двухполупериодной мостовой диодной схемой, проходит через фильтр нижних частот и поступает на стабилизатор. Оттуда сигнал разводится непосредственно к требующим питания элементам. Предусмотрены следующие номиналы напряжений питания: плюс 10 и 15 для гальванической развязки, плюс 15 для ПНЧ. 8 дискретных сигналов с входным напряжением 0/15В поступают на оптопару, состоящую из светодиода и биполярного транзистора. Так как на выходе нужно получить напряжение в диапазоне 0-10В, ставим резисторы R1-R8 для потребления лишнего напряжения. С оптопары сигналы поступают на ЦАП на шине R-2R(R9-R24), откуда и получаем аналоговый сигнал в нужном диапазоне.
Для преобразования аналогового сигнала с входным током 4-20 мА в дискретный в диапазоне 0-10В используем простейший преобразователь ток-напряжения на резисторе R25. После сигнал идёт на преобразователь напряжение-частота LM231. Кроме того, для согласования данных диапазонов тока и напряжения необходимо, чтобы значению входного сигнала 4 мА соответствовала напряжение 0В. Выходной дискретный сигнал- частотный выход в диапазоне 0–10 кГц пропорционально сигналу соответствующего аналогового входа.
Теперь рассмотрим более подробно характеристики элементов разработанной схемы.