ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения

Императора Александра I»

(ФГБОУ ВПО ПГУПС)

Факультет «Автоматизация и интеллектуальные технологии»

Кафедра «Радиотехника»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине

«Электроника»

ТЕМА РАБОТЫ

«Проектирование аналого-цифрового преобразователя»

Обучающийся	__29.04.2005___ Подпись, дата	Иванов В.Г. И.О. Фамилия
Сдан на проверку	__29.04.2005__ Подпись, дата	доц. Яковлев П.Б. Уч. звание, И.О. Фамилия
Исправить замечания: _____________________ _________________________________________	________________ Подпись, дата	доц. Яковлев П.Б. Уч. звание, И.О. Фамилия
Защита: ________________ Оценка	________________ Подпись, дата	доц. Яковлев П.Б. Уч. звание, И.О. Фамилия

Санкт-Петербург

2005

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения

Императора Александра I»

(ФГБОУ ВО ПГУПС)

Факультет «Автоматизация и интеллектуальные технологии»

Кафедра «Радиотехника»

Задание на курсовую работу

по дисциплине

«Электроника»

Тема: «Проектирование аналого-цифрового преобразователя»

Исходные данные:

Выдаются преподавателем или определяются самостоятельно на основании расчета вариантов по методике, приведенной в методическом указании для курсового проектирования.

Содержание:

Введение

1. Разработать принципиальную схему АЦП, описать его работу, а также выбранных микросхем и уст­ройств, обеспечивающих его работу.

Построить временные диаграммы работы АЦП.

2. Выбрать и рассчитать параметры тактового генератора для АЦП.

Создать модель генератора в программе Multisim, привести в отчете схему и осциллограммы.

3. В соответствии с табл. 3 выбрать базовые микросхемы, начертить их принципиальные схемы, описать работу и привести справочные данные, необходимые для расчета преобразователя уровней.

4. Выбрать схему преобразователя уровней (ПУ) и опи­сать его работу.

5. Выбрать и обосновать тип биполярных транзисторов для схемы ПУ, привести необходимые справочные данные выбранного тран­зистора.

6. Рассчитать схему ПУ и подобрать резисторы по типовым номинальным значениям.

7. Рассчитать мощность, потребляемую ПУ от источника питания.

8. Создать модель ПУ в программе Multisim, привести в отчете схему, осциллограммы и передаточную характеристику.

Заключение.

Список литературы.

Список графического материала:

1. Структурная схема АЦП.

2. Принципиальная схема АЦП.

3. Временные диаграммы работы АЦП.

4. Схема генератора тактовых импульсов.

5. Схема модели преобразователя уровней и осциллограммы её работы.

Задание выдал руководитель:	__10.03.2005__ Подпись, дата	доц. Яковлев П.Б. Уч. звание, И.О. Фамилия
Задание принял к исполнению:	__10.03.2005__ Подпись, дата	Иванов В.Г. И.О. Фамилия

Оценочный лист

№ п/п	Материалы необходимые для оценки знаний, умений и навыков	Показатель оценивания	Критерии оценивания	Шкала оценивания	Полученные баллы.
1	Пояснительная записка к курсовой работе	Соответствие исходных данных выданному заданию	Соответствует	5
			Не соответствует	0
		Обоснованность принятых технических, технологических и организационных решений, подтверждённая соответствующими расчетами	Все принятые решения обоснованы	10
			Принятые решения обоснованы частично	10
			Принятые решения не обоснованы	0
		Использование современных методов проектирования	Использованы	5
			Не использованы	0
		Использование современного программного обеспечения	Использовано	5
			Не использовано	0
		Итого максимальное количество баллов за п.1		35
2	Графические материалы	Соответствие разработанных чертежей пояснительной записке	Соответствует	10
			Не соответствует	0
		Соответствие разработанных чертежей требованиям ГОСТ	Соответствует	15
			Не соответствует	0
		Использование современных средств для автоматизации проектирования	Использовано	10
			Не использовано	0
		Итого максимальное количество баллов за п.2		35
ИТОГО максимальное количество баллов				70

Защита курсовой работы	получены полные ответы на вопросы – 23-30 баллов; получены достаточно полные ответы на вопросы – 17-22 баллов; получены неполные ответы на вопросы или часть вопросов – 10-16 баллов; не получены ответы на вопросы или вопросы не раскрыты – 0 баллов.	30
Итоговая оценка	«Отлично» - 86-100 баллов «Хорошо» - 75-85 баллов «Удовлетворительно» - 60-74 баллов «Неудовлетворительно» - менее 59 баллов (вкл.)

Заключение: рецензируемая курсовая работа соответствует требованиям основной образовательной программы (23.05.05) Дисциплины «Электроника» специальности «Системы обеспечения движения поездов».

Итоговая оценка –

Руководитель _________________

(подпись)

«____» ____________ 2005 г.

Оглавление

1. Введение 7

2. Разработка функциональной схемы 8

3. Расчет основных узлов АЦП с двойным интегрированием 12

3.1 Расчёт транзисторного ключа 12

3.2 Генератор тактовых импульсов (опорный генератор) 16

4. Синтез счётчика 23

5. RS триггеры и логические элементы 24

6. Расчёт интегратора 25

7. Расчёт компаратора 27

8. Согласование блоков 29

9. Список литературы 32

1. Введение

Основной целью данного курсового проекта является ознакомление с методикой проектирования и расчёта электронных устройств. Закрепление теоретических знаний, полученных в ходе изучения курса данного предмета. Задача курсового проекта состоит в разработке функциональной, принципиальной схем устройства аналого-цифрового преобразования и расчёте электрической схемы, выполненной на конкретной элементной базе.

2. Разработка функциональной схемы

Рис.1 Схема АЦП (первый вариант)

Ставится задача создать устройство, которое бы выдавало в зависимости от уровня напряжения на его входе, соответствующий данному уровню цифровой код на выходе. В основе работы такого АЦП лежит следующая идея. Сначала в течение некоторого фиксированного интервала времени Т интегрируем входной сигнал. На выходе интегратора напряжение изменится на величину ΔU. Определяемое по формуле:

После этого ко входу интегратора подключаем опорное напряжение другого знака, чем П, но заведомо большее по модулю, и будем вести интегрирование до тех пор, пока выход интегратора не вернется в исходное состояние:

В результате:

Таким образом, Uвх преобразовано во временной интервал. Необходимо измерить отрезки времени t и Т известными методами. Величину Т можно задать, подсчитав импульсы тактовой частоты fT N-разрядного счетчика:

а время t можно измерить, подсчитав число импульсов той же тактовой частоты на том же счетчике:

Получаем

Это означает, что код М в счетчике будет зависеть только от Uвх и UОП Точность задания RС и тактовой частоты роли не играет. Поэтому генератор тактовых импульсов и интегратор не потребуют для реализации высокостабильных схем. Таким образом способ двойного интегрирования по сути представляет собой разновидность способа преобразования “напряжение временной интервал - код”.

Рис.2 Процесс интегрирования

Подробнее рассмотрим назначение элементов. Запуск схемы осуществляется установкой триггера Т1 в единицу. При этом транзисторы VТ1 и VТ2 формирователя открываются, ключ на транзисторе VТ4 закрывается, а ключ VТ3 открывается. Они представляют собой комплементарную пару.

Таким образом, от входа интегратора отключается источник опорного напряжения -UОП и подключается источник входного сигнала UВХ >0 (точка А). Напряжение на выходе интегратора под действием UВХ начинает спадать от + UВХ (потенциал на открытом диоде Д). Когда это напряжение уменьшится до 0 В, сработает компаратор, триггер Т2 устанавливается в единицу и импульсы генератора тактовых импульсов G поступают на суммирующий вход счетчика СТ. На выходе интегратора напряжение продолжает спадать до тех пор, пока не заполнится счетчик (на его вход поступит определённое количество импульсов). При переполнении счетчика на выходе Р возникает положительный импульс (логическая единица), поэтому триггер Т1переходит в состояние ноль. Транзисторы VТ1, VТ2, VТ3 закрываются, VТ4открывается и на вход интегратора вместо UВХ подключается -UОП. Напряжение на интеграторе начинает расти, тактовые импульсы продолжают поступать в счетчик (после переполнения произошел сброс счетчика) до тех пор, пока напряжение на выходе интегратора не станет больше ОВ. В этот момент на выходе исчезает логическая единица, триггер Т2, поэтому, переходит в состояние ноль, счетчик останавливается. На выходе счетчика появляется код, соответствующий UВХ.

Рис.3 Схема АЦП с обозначением выводов

В качестве элементов ключа, амплитудных ограничителей выбираем кремниевые транзисторы серии КТ315 и серии КТ349. Диоды серии КД904

Цифровые микросхемы серии К155 и операционные усилители серии К521СА4.

Для питания цифровых микросхем ТТЛ а также операционных усилителей используем источники питания +5 В и +15 В, -15 В.