4 Порядок работы над курсовой работой

Работу целесообразно проводить в следующем последовательности:

• ознакомиться с заданием на курсовую работу и проанализировать его. Рассчитать при необходимости технические параметры на устройство,

• провести поиск аналогов по технической, патентной и периодической литературе и выбрать или составить структурную схему прибора,

• выбрать элементную базу и составить функциональную и принципиальную схемы устройства с учётом ТЗ,

• выполнить необходимые электрические расчёты для отдельных узлов прибора,

• оформить расчётно-пояснительную записку и графический материал,

• подготовиться к защите и защитить курсовой проект.

5 Оформление расчетно-пояснительной записки

Расчётно-пояснительная записка должна быть выполнена аккуратно, прошита и пронумерована. Пояснительный текст, графики, схемы могут быть выполнены чернилами, тушью или на ПЭВМ. Изложение должно вестись в строгой последовательности в соответствии с содержанием, быть кратким, точным и технически правильным.

Расчётно-пояснительная записка должна начинаться с титульного листа, за которым должен следовать полностью заполненный бланк задания на курсовой проект. Страницы на этих двух листах не проставляются, хотя и подразумеваются. Первые два листа текста должны содержать угловой штамп и рамку. Остальные листы допускаются без рамки и штампа.

Для удобства чтения записки её следует разбить на разделы и подразделы в соответствии с требованиями ГОСТ 2.105-68.

Схемы отдельных узлов при проведении расчётов следует приводить в записке.

В разделе «Список используемой литературы» должен приводиться только список используемых при выполнении данной работы книг, журналов, статей, методических пособий и т.д. На каждый используемый источник должна быть ссылка в тексте записи в виде порядкового номера его в перечне литературы, заключённого в квадратные скобки, например, [1, 15, 24].

Список литературы составляется в алфавитном порядке по фамилиям авторов и приводится в конце расчётно-пояснительной записки.

Оглавление (содержание) идёт после аннотации и содержит все разделы и подразделы расчётно-пояснительной записки с указанием их начальных страниц.

6 Оформление графического материала

Графическая часть курсовой работы должна содержать:

• Блок-схему устройства.

• Принципиальную электрическую схему.

• Временную диаграмму работы.

Чертежи графической части следует выполнять на листах ватмана или на миллиметровке соответствующего формата. Форматы выбираются согласно ГОСТ 2.301-86 ЕСКД. В правом нижнем углу должен быть типовой штамп, вы­полненный по форме ГОСТ 2.104-68 ЕСКД «Основные подписи» [1]. Перечень 1 элементов может быть помещён в пояснительной записке или на чертежах. Все чертежи выполняются в соответствии с ЕСКД и представляются отдельно от расчетно-пояснительной записки. Интегральные схемы должны иметь номера выводов.

7 Особенности проектирования устройств для сбора и хранения информации

Проектируемое устройство для сбора и хранения информации представляет собой информационно-измерительную систему (ИИС), предназначенную для исследований среды или какого-либо объекта.

Как правило, устройство для сбора и хранения информации является многоканальным. Каждый измерительный канал содержит первичный преобразователь «Д» (датчик), предназначенный для преобразования измеряемого параметра в физическую величину, удобную для измерения (например, в напряжение).

В качестве примера рассмотрим процесс проектирования устройства сбора и хранения информации со следующими исходными данными:

• количество измерительных каналов m = 6,

• напряжение на выходе ППИ ……. от 0 до 20 мВ,

• период опроса каждого измерительного канала Т_ОПР =100 мсек,

• время сбора информации Т_СБОРА = 60 сек,

• разрядность с учётом контрольного разряда n = 10,

• начало цикла измерений 0 ч, 4 ч, 8 ч, 12 ч, 16 ч, 20 ч,

• выдача из БЗУ в ЭВМ через 10 минут после окончания цикла измерений с частотой 1кГц,

• питание – 220 В, 50 Гц.

В состав ИИС входят четыре устройства: многоканальное АЦП, буферное запоминающее устройство БЗУ, блок управления и блок питания (рис. 1).

Блок управления каждые четыре часа формирует сигнал «Начало цикла», который устанавливает в «0» схему управления ключами и счётчик адреса БЗУ, а также формирует операцию запись в БЗУ (W/R=0) и импульсы запуска АЦП f_АЦП.

АЦП последовательно преобразует шесть аналоговых сигналов в цифровой 9 ^ти разрядный код, формирует контрольный разряд и передаёт все десять разрядов в БЗУ для записи и хранения.

Запуск БЗУ производится импульсом «Конец преобразования» с АЦП.

После заполнения всего БЗУ (или части БЗУ) с выхода счётчика адреса выдаётся сигнал «Конец цикла измерений», который поступает в блок управления, где формирует операцию «Считывание из БЗУ» (W/R=1) и запускает схему задержки. Через 10 минут, после окончания цикла измерений, схема задержки запускает «Схему управления выдачей в ЭВМ», которая выдаёт в БЗУ импульсы частотой f=1 кГц, по которым из БЗУ в ЭВМ выдаётся вся хранимая в БЗУ информация. После выдачи всей информации с БЗУ формируется сигнал «Конец цикла измерений» и всё устройство переходит в режим ожидания прихода следующего сигнала «Начало цикла» (рис. 2).

Рис.2. Временная диаграмма работы устройства

Многоканальное АЦП предназначено для последовательного преобразования в двоичный код входных аналоговых сигналов. Многоканальное АЦП содержит аналоговые ключи, прецизионные усилители, счётчик каналов и АЦП.

Расчёт сводится к выбору элементной базы и расчёту усилителя.

В качестве аналоговых ключей могут быть использованы микросхемы серии К561, К590, К591, в качестве прецизионных усилителей можно взять ОУ типа К140УД17, УД25, УД26, в обратную связь которых нужно поставить обязательно прецизионные резисторы, например С2-29, С2-14, С2-13. В качестве АЦП, если разрядность не превышает 10, следует взять микросхему К1113ПВ1, у которой преобразуемое напряжение лежит в пределах О-10 В или –5 В+5 В. Количество ОУ в зависимости от общего коэффициента усиления быть один или два.

В качестве примера многоканального АЦП рассмотрим вариант электрической схемы (рис.3), который содержит аналоговые ключи DA1 (ИС К561КП2), два каскада усилителей DA2, DA3 на прецизионных ОУ (ИС К140УД17) и АЦП поразрядного взвешивания DA4 (ИС К1113ПВ1). Напряжение на выходе первичных преобразователей U_ВХ изменяется в пределах от 0 до 20 мВ, количество каналов m=6. Время опроса каждого датчика Т_ОРП=100 мсек.

Расчет многоканального АЦП.

• Подсчитаем коэффициент усиления измерительного тракта:

К_ОБЩ = U_ВЫХ / U_ВХ = 10 / 20 *10 ^–3 = 500,

где U_ВЫХ – максимальное входное напряжение АЦП;

U_ВЫХ = 10В для однополярного сигнала и +5В для двухполярного сигнала.

К_ОБЩ =К1*К₂ ,

где К1 и К₂ - соответственно коэффициенты усиления первого и второго каскадов усилителя.

Примем К₁=50, тогда К₂=10.

По характеристикам датчиков примем входное сопротивление усилителя R_ВХ =10 кОм. Тогда R₁=10 кОм

R₃ = R₁=10 кОм

R₂>R₁ и R₂ 100 кОм

R₄ = К₁* R₁ = 500 кОм

Для второго каскада усилителя также примем R₅=R₆=10 кОм. Тогда R₇=К₂* R₃=100 кОм. Для возможности подстройки усиления возьмем R₇=110 кОм.

Величину резистора на выходе DA3 примем 2кОм (для УД17). В качестве этого резистора выбираем подстроечный резистор R₈ и постоянный резистор R₉. Обычно R₈ 0,1*R₉, R₉ =2 кОм,

т.е. R₈ =200 Ом,

В качестве R₈ применяется подстроечный резистор, который обеспечивает подстройку коэффициента усиления К₁ усилительного каскада примерно на 5%.

• Подсчитаем частоту опроса АЦП f_АЦП.

f_АЦП = m / T_ОПР =6 / 0,1= 60 Гц,

где m – количество измерительных каналов,

T_ОПР – время опроса каждого канала.

Сигнал опроса представляет собой импульс прямоугольной формы низкого уровня длительностью Т_АЦП >T_{ОБР.К БЗУ}, где

T_{ОБР.К БЗУ} – время обращения к БЗУ,

Т_АЦП - рассчитывается после расчета БЗУ.

Для получения контрольного разряда к выходу АЦП подключается ИС К561СА1 DD5. Дифференцирующая цепочка C₁R₁₀ и ИС DD4.4. формирует сигнал «Конец преобразования». Время преобразования для ИС К1113 составляет 30 мксек.

Расчет буферного запоминающего устройства.

Буферное ЗУ предназначено для записи, хранения и выдачи измеряемой информации. В соответствии с ТТЗ время сбора информации Т_СБОРА=60 сек. Тогда при частоте опроса АЦП f_АЦП=60 Гц количество ячеек памяти (количество измерений) будет равно N= f_АЦП*Т_СБОРА=3600.

Разрядность с учётом контрольного разряда n=10.

БЗУ можно построить на статических ИС серии К537РУ. Для проектируемого устройства в БЗУ можно использовать четыре схемы К537РУ10 (2К  8р) с совмещёнными информационными шинами или 10 микросхем К537РУЗ (4К  1р) с раздельными информационными шинами. Выберем, например, схемы К537РУЗ.

Для работы БЗУ необходимо сформировать адрес А, сигнал выборкиCS, сигнал операцииW/R. Примерная принципиальная схема БЗУ и временная диаграмма работы приведены на рис. 4. Здесь для БЗУ использованы 10 микросхем К537РУ3, которые могут обеспечить хранение 4096 – 8 разрядных чисел. Счетчик адреса на 3600 чисел включает ИС DD1, DD2, DD16.

Схема управления БЗУ включает в себя триггер DD14 и распределитель импульсов DD13. Микросхемы DD1, DD2 формируют адрес БЗУ.

В исходном состоянии триггер ДД14.1 находится в состоянии «0», на входе R DD13 будет «1» и счётчик распределитель DD13 установлен в «0». В момент прихода с АЦП сигнала «Конец преобразования» триггер DD14.1 устанавливается в состояние «1» и счётчик DD13 начинает считать тактовые импульсы f_ТИ. На выходе DD13 формируется последовательность тактовых импульсов (0-8), которая формирует управляющие сигналы:CS, строб, увеличение адреса БЗУ. Девятый импульс последовательности устанавливает триггер DD14.1 в исходное состояние (на входе R DD13 будет «1»).

а )

б )

Рис.4. Принципиальная схема (а) и временная диаграмма работы БЗУ(б).

Р ис.5. Принципиальная схема и временная диаграмма работы блока управления.

Весь цикл обращения к БЗУ составляет максимум 10 периодов частоты f_ТИ, т.е. время записи в БЗУ (Т_БЗУ) равно Т_{ОБР К БЗУ} =10 / f_ТИ.

Например, если f_ТИ =32768 Гц, то Т_{ОБР К БЗУ} =305 мксек.

Подсчитаем длительность импульса запуска АЦП Т_АЦП:

Т_АЦП >Т_{ПРЕОБР. АЦП} + Т_{ОБР К БЗУ} =30 мксек + 305 мксек =335 мксек для f_ТИ=32768 Гц. Примем Т_АЦП =1 мксек.

Для формирования Т_АЦП можно использовать одновибратор на триггере или на таймере.

Информационные выходы БЗУ и импульс «Строба» через разъем SX2 подключены к ЭВМ.

Расчет блока управления.

Блок управления предназначен для формирования сигналов «Начало цикла», «Запуск АЦП», «Выдача в ЭВМ», «W/R», а также для формирования времени задержки. Возможная схема блока управления и временная диаграмма его работы приведены на рис.5. Здесь в качестве генератора импульсов использована ИС К176ИЕ12 DD1; триггер DD.1 формирует сигнал записи–чтения W/R. ИС DD8.2 – одновибратор, который формирует сигнал запуска АЦП. Длительность импульса определяется по формуле: Т_АЦП =0,69*R₂C₂.

Если задержка отсутствует, то нет необходимости в триггере DD4.2 и в ИС DD5.

Расчет блока питания.

Блок питания предназначен для формирования напряжений для операционных усилителей, АЦП и ИС. Обычно это напряжение: +15В, -15В, +5В или 9В. Для расчета блока необходимо рассчитать потребляемый ток для каждого напряжения, выбрать и рассчитать соответствующие стабилизаторы напряжения и сформулировать требования к силовому трансформатору.