Логический элемент и
Параметры логического элемента К155ЛИ3:
– среднее время задержки распространения 23 нс;
– потребляемая статическая мощность не более 36 мВт.
Рисунок 3.8 – Включение К155ЛИ3
Генератор тактовых импульсов
Генератор тактовых импульсов (рисунок 3.9) основан на базе кварцевого резонатора и дискретных ИС [7].
Параметры логических элементов К155ЛА3:
– среднее время задержки распространения 19 нс;
– потребляемая статическая мощность не более 36 мВт.
Рисунок 3.9 – Генератор тактовых импульсов
ГТИ с кварцевым резонатором отличается малой нестабильностью частоты – порядка 105 – 10-6. Погрешность за счет этого фактора 0.001% - 0.0001% можно считать пренебрежимо малой.
Счетчик импульсов
В данном проекте счетчик (рисунок 3.10) подсчитывает импульсы, пришедшие с логического элемента И. Нам необходим 8-разрядный счетчик. Построим его на базе К155ИЕ5.Микросхема К155ИЕ5 состоит из четырёх триггеров. Все триггеры имеют общий вход сброса, с помощью которого все показания счётчиков могут устанавливаться на 0 в любое время (на входы R1, R2 подаётся высокий уровень напряжения). Сброс счётчиков осуществляется сигналом блока управления. Счетчик заданной емкости получен путем соединения двух счетчиков К155ИЕ5, образующих делитель на 256. Для связи счётчиков между собой с вывода Q3 одного счётчика подаём сигнал на выход C1 другого счётчика.
Рисунок 3.10 – Счетчик импульсов
Регистр
Для сохранения результата преобразования в схему включено запоминающее устройство (рисунок 3.11). Выберем регистр с разрядностью не менее 8, так как требуется запомнить восьми разрядное слово. Возьмем регистр КР1533ИР33. Сигнал для записи формируется компаратором. Для доступа со стороны внешней ЭВМ используется сигнал чтения, который подаётся на вход 0E.
Время задержки распространения данной ИС не более 20 нс.
Рисунок 3.11 – Запоминающее устройство
4 Электрическое моделирование
Для моделирования был выбран блок схемы, содержащий стабилизатора напряжения и делитель напряжения. На рисунке 4.1 приведена принципиальная схема данного блока.
Рисунок 4.1 –Схема для моделирования
В качестве среды моделирования был выбран ППП Micro-Cap 7 Evaluation Version. На рисунке 4.2 приведен результат моделирования схемы.
Рисунок 4.2 – Графики напряжения
График №1 демонстрирует входное нестабилизированное напряжение. График №2 показывает выходное напряжение стабилизатора. График №3 показывает напряжение на делителе напряжения.
Из рисунка 4.2 видно, что в контур подается напряжение 10 В и на один из входов компаратора 3,677 В, равное входному напряжению, уменьшенному в ераз.
Замечание: для наглядности масштаб графика №1 увеличен.
5 Анализ метрологических характеристик
Диапазон емкости измеряемого конденсатора
Диапазон емкости измеряемого конденсатора 100-1000 пФ обеспечен выбором значения сопротивления цепи по формуле (17) (см. подраздел 3.1).
Время преобразования
Время преобразования, равное 1 с, обеспечивается блоком управления (см. подраздел 3.4) и кварцевым генератором (см. подраздел 3.6).
Автоматический режим работы
Автоматический режим работы обеспечен кварцевым генератором (см. подраздел 3.6) и блоком управления (см. подраздел 3.4), который формируют управляющий импульс t=1 c, начинающий новый цикл преобразования без внешнего вмешательства.
Погрешность преобразования
Погрешность данного метода определения емкости конденсатора зависит главным образом от неточности срабатывания устройства сравнения и нестабильности частоты генератора счетных импульсов [8].
Оценим погрешность данного устройства. Суммарная погрешность преобразователя определяется следующими факторами
максимальное значение погрешности дискретности δ = 0.5 %;
неточность срабатывания компаратора 0.03 %;
нестабильность частоты генератора не более 0.001 %;
нестабильность частоты одновибратора 0,1%
Суммарная погрешность составляет 0.631 %.