2 Краткий анализ технического задания

Необходимо разработать устройство преобразования информации для микропроцессорной системы (МПС) сбора и первичной обработки электромиосигнала, имея следующие исходные данные:

1. Электрические параметры:

– Диапазон амплитуд входного сигнала: 0…30 мВ;

– Частотный диапазон: 0…20 Гц [5];

–Входное сопротивления канала ≤ 40 кОм;

– Количество каналов: 1.

2. Метрологические характеристики:

– Погрешность преобразования: ≤ 4% .

3. Дополнительные требования:

– Тип системного интерфейса – шина ISA 8 бит;

– Тактовая частота шины 8 МГц;

– Способ многоканального преобразования – централизованный;

– Способ опроса источников сигнала – с постоянной частотой;

– Способ обращения к портам ввода/вывода МПС – изолированный;

– Время преобразования ≥ 15 с.

Был проведен анализ существующих АЦП, и было установлено, что нынешние АЦП работают с частотами гораздо более высокими, чем требуемая частота дискретизации. При анализе микросхем современных операционных усилителей было обнаружено, что они позволяют снизить погрешность преобразования до 0.01%. Нынешние цифровые схемы позволяют оперировать с данными через шину ISA, осуществлять попеременное использование шины за счет наличия Z-состояния на выходе у специальных устройств – шинных формирователей. Анализ аналогичных приборов показал, что приборы с подобными параметрами имеются на рынке. Таким образом, можно сделать вывод, что прибор с данными параметрами возможно разработать.

3 Расчет функциональных параметров

Расcчитаем основные параметры аналогово-цифрового преобразования сигнала:

1. Выберем частоту дискретизации АЦП. Согласно теореме Котельникова частота дискретизации . Однако при такой частоте дискретизации возможно возникновение интермодуляционных искажений вследствие перекрытия АЧХ фильтра низких частот (частота среза порядка ) и спектра сигнала опроса. При использовании в качестве фильтра НЧ фильтра Баттерворта 2-го порядка для снижения погрешности перекрытия до уровня 1% согласно [6] зададим . Согласно заданию тактовая частота шины ISAравна 8 МГц. Чтобы не задействовать дополнительных генераторов тактовой частоты, будем в качестве частоты дискретизации использовать тактовую частоту шины ISA, уменьшенную в несколько раз с помощью делителей частоты .

2. Выберем разрядность АЦП исходя из требований по точности к прибору. Допустимая погрешность δ_доп по заданию равна 4%, то есть минимальное количество уровней квантования Следовательно минимально допустимая разрядность АЦП n равна 5. Исходя из существующего ряда разрядностей АЦП, выберем ближайшее большее значение n=8, тогда N=2⁸=256.

3. Выберем объем памяти БЗУ. Согласно техническому заданию длительность преобразования При частоте дискретизации количество хранимых отсчетов для одного канала будет равно АЦП имеет разрядность n=8, следовательно один отсчет занимает один байт памяти. Таким образом потребуется байт памяти. Выберем объем памяти БЗУ из ряда допустимых значений равным 8192 байт, то есть 8 кбайт. Разрядность адресной части БЗУ в таком случае будет равна 13, но использовать будем только 12.