Выбор и обоснование элементной базы.
В разработанной системе используется микроконтроллер PIC18F4455 со встроенной Flash-памятью и полноскоростным USB-интерфейсом. В основе микроконтроллера лежит технология Enhanced FLASH (1 000 000 циклов перезаписи, 40 лет гарантированного хранения), что позволяет использовать их в устройствах, эксплуатируемых в жестких условиях и требующих периодического обмена информацией с ПК.
Для переключения диапазонов используется коммутатор MAX338 фирмы MAXIM. В качестве делителя напряжения используется программируемый прецизионный делитель напряжения фирмы
MAXIM
- MAX5420.
Для регулирования напряжения
используется ЦАП производстваMAXIM
– МАХ7545.
Для отображения данных на панели устройства используется жидкокристаллический модуль MT–10S1 состоящий из БИС контроллера управления и ЖК панели. Для стабилизации питания используются линейные стабилизаторы LM78G.Используются прецизионные усилители OPA188, выполненные по технологии Zero-Drift. Они имеют низкое напряжение смещения 25 мкВ и дрейф 0,085 мкВ/°C, малый ток смещения 850 пА, низкий уровень шума 8,8 нВ/√Гц и полосу пропускания 2 МГц. Результат измерения выводится на ЭВМ с помощью стандартного последовательного интерфейса RS-232. Для преобразования логических уровней в уровни интерфейса RS-232 используется микросхема MAX-232А фирмы MAXIM. Используются бескорпусные толстопленочные резисторы (чип-резисторы, smd-резисторы) - Чип резисторы 0.25Вт, 1206, 1% 1 кОм,Чип резистор 0.25Вт, 1206, 1% 100 Ом, Чип резистор 0.25Вт, 1206, 1% 150 Ом, Чип резистор 0.25Вт, 1206, 1% 5 кОм, Чип резистор 0.25Вт, 1206, 1% 10 кОм, Чип резистор 0.25Вт, 1206, 1% 10 кОм, Чип резистор 0.25Вт, 1206, 1% 25 кОм, Чип резистор 0.25Вт, 1206, 1% 1 Мом, Чип резистор 0.25Вт, 1206, 1% 1 Мом, Чип резистор 0.25Вт, 1206, 1% 10 Мом. Конденсаторы керамические - Кер.ЧИП конд. 0.01 мкФ X7R 50В,10%, 1206, Кер.ЧИП конд. 33пФ NPO 50В, 5%, 1206, Кер.ЧИП конд. 22пФ NPO 50В, 5%, 1206.Диоды- КД206А.Кварцевый резонатор- HC-49SM 8.000
Расчет погрешности системы.
1)
;
;
так как
=1
получим
.
2)
– погрешность напряжения
.Где
-нестабильность
напряжения,
- отклонение,
-
погрешность резисторов.
.
(погрешность
стабилизатора LM78G)
Рассчитаем
для отклонений 20%, 10%, 5% и 1%:
Для 20%:
Для 10%:
Для 5%:
Для 1%:
Так
как напряжение
формируется 12-битным ЦАП, необходимо
учесть погрешность квантования:
Рассчитаем
для отклонений 20%, 10%, 5% и 1%:
Для 20%:
Для 10%:
Для 5%:
Для 1%:
;
Рассчитаем
для отклонений 20%, 10%, 5% и 1%:
Для 20%:
Для 10%:
Для 5%:
Для 1%:
Общая погрешность системы выражается следующей формулой:
,
-
погрешность, обусловленная отклонением
значений сопротивлений резисторов от
номинальных,
-
погрешность операционных усилителей.
;n-количество
резисторов
;где
- входное напряжение смещения операционного
усилителя OPA188;
–средний
температурный дрейф напряжения смещения
на 1 градус;
-
входной ток смещения операционного
усилителя OPA188;
n – количество операционных усилителей.
;
-
общая погрешность системы.
Выбор и обоснование материалов.
В качестве материала для корпуса прибора выбрана пластмасса. Пластмассы обладают рядом очень ценных физико-механических свойств. Плотность пластмасс составляет 10...2200 кг/м3. Пластмассы обладают высокими механическими показателями. Так, пластмассы с порошкообразными и волокнистыми наполнителями имеют предел прочности при сжатии до 120... 200 МПа, а предел прочности при изгибе — до 200 МПа. Прочность пластмасс на растяжение с листообразными наполнителями достигает 150 МПа, а стекловолокнистого анизотропного материала (СВАМ) — 480...950 МПа.
Пластмассы не подвергаются коррозии, они стойки против действия растворов слабых кислот и щелочей, а некоторые пластмассы, например из полиэтилена, полиизобутилена, полистирола, поливинилхлорида, стойки к воздействию даже концентрированных растворов кислот, солей и щелочей; их используют при строительстве предприятий химической промышленности, канализационных сетей, для изоляции емкостей. Пластмассы, как правило, являются плохими проводниками тепла, их теплопроводность, = 0,23...0,8 Вт/(м-°С), а у пено- и поропластов К = 0,06...0,028 Вт/(м-°С), в связи с этим пластмассы широко используют в качестве теплоизоляционных материалов, их пористость может достигать 95...98%. Пластмассы хорошо окрашиваются в любые цвета и долго сохраняют цвет.
Водопоглощение пластмасс очень низкое — у плотных материалов оно не превышает 1%. Таким образом, при обычных температурах пластмассы представляют собой твердые, упругие тела. Значение пластмасс в современной жизни трудно переоценить. Высокая прочность, устойчивость к износу и долговечность делают их одним из самых современных и распространенных материалов в некоторых отраслях промышленности.
Например, в приборостроении - являются ценным конструкционным и электротехническим материалом. Они легкие, хорошо противостоят коррозии, имеют низкий коэффициент трения, обладают повышенной износостойкостью, хорошими оптическими и изоляционными свойствами.