4 Разработка функциональной схемы

На основании ТЗ разработаем функциональную схему устройства. Для этого представим разрабатываемое устройство в виде функциональных узлов.

1. Согласующий канал.

Входной сигнал прибора имеет амплитуду максимальную амплитуду 30 мВ и может включать в себя высокочастотные помехи. Это обуславливает необходимость применения согласующего канала, в котором будет реализовано усиление и фильтрация входного сигнала. Также согласующий канал будет обеспечивать высокое входное сопротивление канала.

2. АЦП.

Для выполнения главной функции устройства – преобразования сигнала из аналоговой формы в цифровую используем АЦП. Разрядность и частоту дискретизации АЦП выберем в соответствии с расчетами, приведенными в предыдущем пункте. Для дальнейших расчетов выберем диапазон входных сигналов АЦП. Практически во всех современных АЦП он задается с помощью подачи опорного напряжения требуемой величины на соответствующий вход АЦП. Шиной ISA уже предусмотрено наличие питания 5В, зададим его в качестве опорного, чтобы не разрабатывать отдельный источник напряжения.

3. Счетчик адреса.

Для генерации адреса ячейки памяти, в которой будет храниться отсчет, будем использовать счетчик адреса. Счетчик адреса должен иметь выход сигнала переполнения, служащий индикатором того, что все отсчеты сигнала оцифрованы.

4. Буферное запоминающее устройство.

Для временного хранения снятых отсчетов используем буферное запоминающее устройство. Объем памяти устройства выберем в соответствии с расчетами, приведенными в предыдущем пункте.

5. Буфер данных.

Для записи оцифрованных отсчетов из АЦП в БЗУ (режим 1) и передачи хранимой в БЗУ информации в память ПК (режим 2) необходимо использовать буфер данных. В режиме 1 передача данных будет осуществляться с частотой, равной частоте дискретизации сигнала. Во втором режиме передача данных будет задаваться периодами следования сигналов ЧтВУ, формируемых МПС.

Также необходимо будет использовать делитель частоты, выполняющий преобразование тактовой частота шины ISA в частоту дискретизации АЦП. Коэффициент деления частоты . Такой коэффициент деления можно получить используя счетчик. Для реализации переключения режимов работы буфера данных будет использован RS-триггер, устанавливаемый в 1-цу сигналом переполнения счетчика выбора адреса запоминающего устройства. Установка в 0 этого триггера будет осуществляться при выставлении на шину адреса значения 310h. Для формирования сигнала сброса используем селектор адреса.

Рисунок 1 – Функциональная схема разрабатываемого прибора

5 Разработка, описание и расчет принципиальной схемы

5.1 Разработка аналоговой части

Начнем разработку принципиальной схемы устройства с разработки согласующего канала. Он будет состоять из усилителя и фильтра низких частот.

Разработаем усилитель сигнала. Он должен иметь входное сопротивление не более 40 кОм. Рассчитаем коэффициент усиления дифференциального сигнала. Так как диапазон входных сигналов АЦП 0…30В, а сигнал с электродов имеет максимальную амплитуду 30 мВ, то .

Реализуем усилитель на базе трёх операционных усилителей. Первый каскад, состоящий из усилителей DA1 и DA2, усиливает дифференциальный сигнал в (1+2R2/R1) раз, и коэффициент передачи для синфазного напряжения равен 1. Второй каскад, выполненный на ОУ DА3, в дифференциальном включении усиливает дифференциальный сигнал в (R6/R4) раз [6]. Используем операционные усилителиК140УД22. Их основные параметры:

Напряжение питания