Анализ современного состояния научно–технического уровня по тематике проектирования
Из обзора информационных материалов были выделены аналоги разрабатываемого устройства, которые выполняют схожие задачи. Схема поразрядного кодоимпульсного преобразователя представлена на рисунке 1.[10]
Генератор тактовых импульсов включает триггер циклов который, в свою очередь, запускает генератор сдвигающих импульсов и записывает в старший разряд РК «1», в остальные «0». Далее компаратор сравнивает входное напряжение с напряжением ЦАП и если оно больше оставляет единицу в РК, иначе переключает на «0».
Рисунок 1 – Функциональная схема кодоимпульсного АЦП
Данный аналого–цифровой преобразователь обладает высокой точностью и скоростью преобразования.
Схема другого кодоимпульсного преобразователя представлена на рисунке 2.[1]
На вход устройства сравнения УС подаются преобразуемое напряжение постоянного тока Ux, и опорное напряжениеUoс выхода преобразователя кода в напряжения (ПКН или ЦАП). В процессе Uo изменяется , приближаясь к Ux. Это происходит по средствам генератора импульсов G; распределителя импульсов; набора триггеров; лог. элементов И, ИЛИ. Количество триггеров и лог. элементов определяется разрядностью кода. Для сброса состояния триггера перед началом преобразования и записи кода из ПКН в ЦОУ (цифровое отчетное устройство) по окончанию преобразования необходимо 2 импульса. Процесс преобразования в код происходит во времени от старшего разряда к младшему.
Рисунок 2 – Функциональная схема кодоимпульсного АЦП
Данный АЦП схож с предыдущим аналогом, отличие в том, что он реализован без использования регистра.
Оба указанных устройства схожи и частично выполняют требования технического задания. Однако существует более подходящее под требования ТЗ устройство – кодоимпульсный преобразователь, реализующий следящее уравновешивание, представленный на рисунке 3.[2]
На вход дифференциального усилителя (ДУ) подается напряжение Ux, и компенсирующее его опорноеUocАЦП далее с помощью компараторов и схемы ИЛИ – И происходит определение режима изменения кода в зависимости от полярности сигнала. После этого сигнал подается на счетчик, который выполняет тактирование (по входу С). Далее используя ЦАП, сигнал преобразуется в напряжение и выводится для сравнения с заданным входным. Процесс повторяется снова. По истечению времени преобразования, из счетчика выводится на выход требуемое значение.
Рисунок 3 – АЦП, реализующий следящее уравновешивание
В целом, за прототип можно принять кодоимпульсный АЦП (Рисунок 3), реализующий следящее уравновешивание, удовлетворяющий основным требованиям технического задания, и затем добавить регистр на выходе, для реализации связи с ЭВМ, а так же генератор циклов преобразования, который через каждую одну секунду будет сбрасывать счётчик.
Выбор и обоснование направления проектирования
Для выполнения поставленной задачи, на основе аналогов, была разработана функциональная схема кодоимпульсного АЦП, представленная на рисунке 4.
Рисунок 4– Подробная функциональная схема АЦП
На вход ДУ подаётся входное напряжение Uвх, а также компенсирующее его опорное с ЦАП. На выходе ДУ получается усиленная разность напряжений. Далее идут компараторы, определяющие режим изменения кода: если входящий сигнал меньше опорного напряжения минус Uо срабатывает нижний компаратор, и счётчик работает в режиме суммирования; если больше плюс Uото срабатывает верхний компаратор и счётчик работает в режиме вычитания; если же входящее на компараторы напряжение находится в промежутке между минус Uои плюс Uото компараторы не срабатывают и значение на счётчике не меняется. Значение счётчика постоянно передаётся на ЦАП и в регистр. ЦАП преобразует сигнал со счётчика в напряжение и процесс повторяется. По истечению времени преобразования, происходит запись данных со счётчика в регистр, и генератор циклов преобразования сбрасывает счётчик.