3.2. Аналоговая часть проектируемого устройства

К аналоговой части проектируемого устройства относятся пьезо-датчики ускорения, измерительные преобразователи, коммутатор и АЦП.

В состав ИП входят:

усилитель заряда (УЗ), для для усиления сигнала с выхода высокоимпедансных датчиков

масштабный усилитель (МУ). МУ должен иметь восемь коэффициентов усиления для восьми диапазонов

интегрирующий усилитель (ИУ)

аналоговый коммутатор для переключения диапазонов и регистр состояния диапазонов.

Поскольку существует немало микросхем АЦП, которые имееют несколько аналоговых входов и осуществляют переключение между ними, то можно подключить сразу несколько ИП к одному АЦП. Исходя из ТЗ и главным образом из задачи макимально возможной аппаратной минимизации возможно использовать два 8-ми разрядных АЦП, к которым будет подключено по 8 ИП.

3.3. Устройство управления

Для того, чтобы выделить узлы УУ, опишем работу УРС. От пользователя поступает команда «Начать», которой является управляющее слово, задающее диапазон и уровень контроля. После этой команды, которая передается устройству управления через ИМ, УУ запускает все блоки УРС. В регистре состояния запоминается диапазон (1-8). Сигналы с датчиков подаются на входы ИП. На входы АЦП попадает отфильтрованный, отмасштабированный, проинтегрированный сигнал. Внутри АЦП производится поочередный выбор входов (каждому датчику соответствует свой вход АЦП) и идет преобразование аналоговой величины в цифровую. С выхода АЦП цифровая величина попадает в блок сравнения. УУ формирует на входе УС код, соответствующий пороговому уровню текущего канала В нем сравнивается это измерение с уровнем контроля, и, в зависимости от результата, передает байт соответствия контрольному уровню через ИМ по каналу связи в ЭВМ. Работа, как уже упоминалось, начинается и заканчивается по командам пользователя: команда окончания работы попадает в ИМ, который передает ее УУ.

В итоге в устройстве управления можно выделить три блока:

блок установки и сравнения уровня контроля управляющий работой УС

блок управления выбором диапазона

блок запуска и окончания работы УРС

4. Реализация функциональных узлов в УРС.

ИП реализуются на операционных усилителях, причем один усилитель является усилителем заряда, поступающего с датчиков, один масштабный усилитель с переключаемым коэффициентом усиления (по ТЗ в УРС восемь диапазонов и соответственно восемь Ку) и один интегрирующий усилитель. В итоге получаем три усилителя на каждый канал.

АЦП, как отмечалось выше необходимо реализовать на 2 микросхемах, имеющих по 8 аналоговых входа.

Блок УС и УУ из-за их сложности удобнее реализовать на процессоре, чтобы все вычисления выполнялись программно, а не аппаратно.

Блок ИМ можно реализовать на однокристальной микро-ЭВМ, со встроенным последовательным портом. Так как по ТЗ УРС удален от ЭВМ на 20м, а интерфейс RS232C обеспечивает только 15м, то требуется дополнительная схема для преобразования уровня сигнала. В качестве такой схемы подойдет «токовая петля». Эта схема, во-первых, осуществит гальваническую развязку УРС и ЭВМ, а, во-вторых, по необходимости обеспечит связь более чем на 200м

4.1. Выбор АЦП

Ядром аналоговой части является АЦП. Выделим требования, предъявляемые к АЦП:

Как уже говорилось, АЦП должен иметь 8 аналоговых входа с внутренним переключением.

Погрешность преобразования должна составлять не более 10% полной погрешности устройства, заданной на уровне 2%, т.е. 0,2%.

АЦП должен преобразовывать биполярный входной сигнал.

АЦП должен иметь малую дифференциальную нелинейность и небольшую абсолютную погрешность полной шкалы.

Т.к. мы решили УУ и блок УС реализовать на микропроцессоре, то удобнее всего использовать МП имеющий встроенное АЦП. Всем перечисленным требованиям удовлетворяет микроконтроллер MC68HC16Z3 (его характеристики см. в Приложении №1). Однако данный микроконтроллер имеет лишь один АЦП. Поэтому необходим еще один внешний АЦП. По характеристикам подходит К572ПВ4. Данный восьмиразрядный АЦП имеет 64бит (8х8) статическое ОЗУ для хранения результатов преобразования. Характеристики микросхемы при температуре 25± 10°С:

4.2. Измерительный преобразователь

4.2.1. Усилитель заряда

Усилитель заряда строится на операционном усилителе. В измерительных устройствах необходимо усиливать без искажения слабые электрические сигналы с датчиков, сопровождаемые значительным уровнем синфазных, температурных и других помех. Для этих целей используют прецензионные усилители, которые обладают большим значением усиления, подавляют синфазный сигнал, малым напряжением смещения нуля, малым уровнем шумов и большим входным сопротивлением. Поэтому выбираем ОУ КР140УД17А.

Характеристики КР140УД17А: