3 Разработка аналоговой части цифрового регистрирующего прибора

При выполнении этого раздела необходимо рассчитать требуемую разрядность АЦП, коэффициент усиления масштабного усилителя и выбрать тип АЦП, удовлетворяющего необходимым требованиям.

Требуемая разрядность АЦП определяется диапазоном значений измеряемой величины и точностью измерения. Для нахождения необходимой разрядности АЦП необходимо сначала определить разрядность младшей значащей цифры:

, (1)

где U_MAX - максимальное значение измеряемой величины;

δU – заданная точность измерения в %.

Далее, исходя из верхнего значения измеряемой величины и разрядности младшей значащей цифры, находят требуемую разрядность АЦП в десятичном виде:

(2)

Поскольку АЦП работают с двоичными числами, то разрядность АЦП будет определяться из выражения:

, (3)

причем число разрядности АЦП n должно быть целым числом.

Например, требуется определить разрядность АЦП для датчика с диапазоном выходных напряжений от 0 до 50 мВ с точностью ±0,02 %. Тогда согласно (1) мВ, т.е. диапазон измерения должен составлять от 0 до 50 мВ с дискретностью 0,01 мВ. Тогда разрядность АЦП определится как двоичных разрядов.

После определения разрядности АЦП необходимо выбрать конкретный тип АЦП, для чего можно воспользоваться литературой [1,3,7,9-13,17].

Из описания выбранного АЦП необходимо определить напряжение опорного источника питания, которое соответствует максимальному преобразованию, т.е. числу . Используя литературу [1,3,7,9-12] необходимо выбрать требуемый источник внешнего опорного напряжения, либо использовать внутренний источник опорного напряжения АЦП.

После этого можно определить требуемый коэффициент усиления масштабного усилителя:

, (4)

где U₀ - напряжение опорного источника;

U_MAX – максимальное напряжение датчика.

Например, рассчитанная разрядность АЦП составляет 12. Согласно [9] выбираем АЦП типа ADS7842 фирмы Texas Instruments , не имеющего внутреннего источника опорного напряжения. Поэтому выбираем внешний источник опорного напряжения типа REF1004-2.5 с опорным напряжением 2,5 В. Если максимальное значение измеряемого напряжения составляет 50 мВ, то согласно (4) коэффициент усиления масштабного усилителя составит .

4 Разработка цифровой части цифрового регистрирующего прибора

Цифровая часть проектируемого прибора состоит из: преобразователя двоичного кода АЦП в двоично-десятичный код шины управления; блока индикации, узла задания верхней и нижней границ измеряемой величины и индикации режима работы прибора; схемы управления и сброса.

4.1 Разработка преобразователя двоичного кода в двоично-десятичный код

Для разработки схемного решения преобразователя двоичного кода АЦП в двоично-десятичный код необходимо определить разрядность преобразования по входу и по выходу. Разрядность преобразования по входу определяется разрядностью используемого АЦП, разрядность преобразования по выходу зависит от максимального десятичного числа отображаемого на индикаторах.

Например, используется АЦП с 10 двоичными разрядами, которыми можно отобразить десятичные числа от 0 до 1023. Однако, диапазон измеряемой величины ограничен числами от 0 до 10.00. Тогда разрядность преобразователя на выходе составит 3 полных десятичных разряда (отображающие цифры от 0 до 9 ) и 1 неполный десятичный разряд (старший), на котором необходимо отображать десятичную цифру 0 или 1.

Для схемной реализации преобразователей двоичного кода в двоично-десятичный код с двоичной разрядностью до 10 широко используют ИМС типа 155ПР7, представляющие собой масочные ПЗУ, программирование которых осуществляется заводом изготовителем [2,3]. Одну такую микросхему можно использовать для преобразования двоичных чисел в диапазоне от 0 до 63. Для получения большей разрядности применяют каскадное соединение микросхем. На рис.3 приведена в качестве примера схема преобразователя 9 разрядного двоичного кода в двоично-десятичный код с разрядностью на выходе 2 полных десятичных разряда и старшего десятичного разряда, с индикацией десятичных цифр от 0 до 5.

Для схемной реализации преобразователей двоичного кода в двоично-десятичный код с разрядностью на входе более 10 используют ПЗУ с электрической записью и стиранием типа АТ29С128, АТ29С256, или с электрической записью и УФ-стиранием, типа 27С64, 27С128, 27С256 [8,12]. В этом случае адресные входы таких ПЗУ подключаются параллельно к двоичной шине, причем неиспользуемые адресные входы ПЗУ подключаются к уровню лог.0.

Вы Выходные двоично-десятичные коды получают с выхода данных ПЗУ, причем с одной ПЗУ можно получить 2 полных двоично-десятичных разряда. На рис.4 в качестве примера приведена схема преобразователя 13 разрядного двоичного кода в двоично-десятичный код для 4-х десятичных цифр, выполненная на ИМС типа АТ29С256. Для такой схемы двоичный код на ее входе может изменяться от 000000000000000 до 001111111111111, а выходной двоично-десятичный код должен изменяться в десятичном эквиваленте от 0000 до 8191.

Содержимое таких ПЗУ необходимо предварительно программировать для получения необходимой функции преобразования. Например, для приведенной на рис.4 схемы, коды преобразования приведены в табл.2.

Таблица 2 – Коды преобразования для ПЗУ согласно схеме на рис.4.

Адрес на входе ПЗУ	Данные ПЗУ1 (мл.разряды)	Данные ПЗУ2 (старшие разряды)	Десятичный эквивалент
000000000000000	0000 0000	0000 0000	0000
000000000000001	0000 0001	0000 0000	0001
000000000000010	0000 0010	0000 0000	0002
………	………	………	………
000000000001001	0000 1001	0000 0000	0009
000000000001010	0001 0000	0000 0000	0010
000000000001011	0001 0001	0000 0000	0011
……..	………	………..	……..
001111100111110	1001 1000	0111 1001	7998
001111100111111	1001 1001	0111 1001	7999
001111101000000	0000 0000	1000 0000	8000
……..	………	…………
001111111111101	1000 1001	1000 0001	8189
001111111111110	1001 0000	1000 0001	8190
001111111111111	1001 0001	1000 0001	8191