Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
лера_курсак.doc
Скачиваний:
16
Добавлен:
18.02.2016
Размер:
1.03 Mб
Скачать

ЗМІСТ

Вступ

1. Теоретична частина ………………………………………………………. 4

1.1 Цифрові частотоміри ……………………………………………… 4

1.2 Магнітоелектричні вольтметри ………………………………… .…..7

1.3 Цифровий вольтметр частотного перетворення …………………8

1.4 Цифровий вольтметр цифрового інтегрування ………………….10

2. Практична частина ………………………………………………………..14

2.1 Складання структурної схеми приладу ...………………………...14

2.2 Розрахунок параметрів схеми ……………………………………..14

2.2.1 Определение частоты квантующего генератора…………..15

2.2.2 Визначення числа імпульсів за період…………………..…15

2.2.3 Визначення кількості кроків дискретизації……………..…16

2.2.4 Визначення коефіцієнта ділення частоти……………..……16

2.2.5 Визначення числа розрядів ЦОУ15…………………..……16

2.2.6 Синтез схеми управління……………………………………17

2.3 Розрахунок мікропроцесорної частин ………………………………19

2.3.1 Визначення розрахункової формули вимірюваної величини, яка використовується мікропроцесором…………………………19

2.3.2 Визначення наказів таймера, адаптера і вихідних кодів лічильників………………………………………………………….20

2.3.3 Розподіл адрес ОЗУ, ПЗУ і підпрограм………………...….23

2.3.4 Складання блок-схеми програми………………………...…23

2.4 Аналіз похибки ……………………………...… ……………..……….30

Висновок………………………………………………………………………..33

Література …………………………………………… …………...……....……..34

ВСТУП

Для сучасного етапу розвитку техніки характерне все більш інтенсивне і глибоке проникнення мікропроцесорів в її різноманітних галузей, що радикально перетворює властивості багатьох пристроїв і відкриває нові можливості їх застосування. По широті та ефективності застосування мікропроцесорів одне з перших місць посідає інформаційно - вимірювальна техніка.

Застосування мікропроцесорів у вимірювальній техніці дозволяє різко підвищити точність приладів, значно розширити їх можливості, підвищити надійність, швидкодію, вирішити завдання, які раніше взагалі не вирішувалися.

Використання мікропроцесорних систем у вимірювальних приладах дозволяє здійснити багатофункціональність приладів, спростити процес вимірювання, автоматизувати регулювання, самокалібрування і повірку приладів, поліпшити метрологічні характеристики приладів, виконати обчислювальні операції, статистичну обробку результатів спостережень, порівняти і перевести в лінійну форму функції вимірюваної величини, створити програмовані, повністю автоматизовані прилади.

Впровадження мікропроцесорів відкрило можливість побудови універсальних приладів з гнучкими програмами для виміру багатьох величин, полегшили рішення завдання виходу на стандартну інтерфейсну шину, що дозволило широко розвинути принцип агрегації,котрий є основою об'єднання багатьох вимірювальних засобів в єдину інформаційну систему.

Даний проект присвячений розробці блоку інформаційно-вимірювальної системи, призначеної для вимірювання частоти і середнього значення напруги.

  1. Теоретична частина

    1. Цифрові частотоміри

В основу роботи цифрових приладів, для вимірювання частоти (частотомірів), покладено наступний принцип. Виходячи з фізичного змісту частоти як числа періодів, що припадають на одиницю часу, вираз для визначення частоти fx (функцію перетворення приладу) можна записати так:

fx = (1.1)

де Nx - число періодів, яке проходить досліджуваний сигнал за час вимірювання t изм.

Як правило, час вимірювання формується за допомогою тактового генератора з періодом Tg, і складається з цілого числа періодів генератора n. Тоді вираз для частоти можна записати як

fx = . (1.2)

Нижче приведено графік, що ілюструє роботу частотоміра (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1- Графік роботи частотоміра

На рисунку позначені ИН і ИК - імпульси початку і кінця вимірювання відповідно.

    1. Магнітоелектричні вольтметри

В основі роботи вимірювальних аналогових приладів магнітоелектричної групи лежить відхилення покажчика відлікового пристрою під дією сил магнітного поля, утвореного струмом, що протікає в котушці вимірювального механізму [1]. За допомогою таких приладів можна вимірювати середнє значення напруги (безпосередньо) та середньовипрямлене (магнітоелектричний механізм включається через випрямляч). На рисунку 1.2 зображено будову магнітоелектричного вимірювального механізму.

1 - постійний магніт (виготовляється з кобальту, алюмінію або сталі); 2 - магнітопровід; 3 - полюсні наконечники; 4 - сталевий нерухомий сердечник; 5 - алюмінієва або мідна рамка прямокутного перерізу; 6 - спіральні пружини; 7 - магнітний шунт; 8 - противаги.

Рисунок 1.2 - Магнітоелектричний вимірювальний механізм

Елементи з номерами 2, 3 і 4 виготовляються з магнітно-м'якого матеріалу і утворюють разом з № 1 магнітний ланцюг приладу, що забезпечує сильне радіальне рівномірно розподілене магнітне поле зазору (що необхідно для рівномірності шкали). Елемент № 7 являє собою сталеву пластинку з довгим вирізом (для переміщення), і служить для регулювання чутливості приладу.

Рівняння шкали такого приладу має вигляд:

, (1.3)

де  – угол відхилення;

Si – чутливість по току;

I – сила току через рамку [3].

Знаючи величину опору рамки (Ом), можна розрахувати значення напруги на затискачах приладу і відповідно проградуювати його шкалу.

    1. Цифровий вольтметр частотного перетворення.

Вольтметри частотного перетворення характерні тим, що сигнал напруги вони перетворять в частоту [2]. На рисунках 1.3 і 1.4 наведена електрична схема вольтметра і епюри напружень, які ілюструють її роботу

Рисунок 1.3- Електрична схема вольтметра

Рисунок 1.4- Епюри напружень

На вхід схеми подається вимірювана напруга Ux, і через R1 потрапляє на вхід ИУ1 [4]. У деякий момент часу замикається ключ К1, і на вхід ИУ1 подається опорна зразкове напруга-Е0. У момент часу А тече струм i2, оскільки ключ К1 відкритий. На виході схеми буде ненульове напруга Uвих. У момент В спрацьовує СУ1, і на виході його формується імпульс, що надходить на R-вхід тригера Т. Тригер переходить в «нуль», і розмикає ключі К1 і К2. Струм i2 припиняється. Після моменту В на вхід ИУ1 подається тільки ненульовий струм i1, і тому Uвих змінюється в протилежному напрямку до нуля (момент С). У момент С з виходу формувача Ф1 на S-вхід тригера Т надходить імпульс. Ключі замикаються, і починає текти струм i2. Разом виходить Nx імпульсів за час вимірювання tизм. Фізично це має сенс частоти (кількість подій за деякий час). Так як tизм постійне, то Nx виявляється пропорційно вимірюваній напрузі.

Існують і інші різновиди вольтметрів частотного перетворення, що відрізняються способом формування частоти (наприклад, з використанням генератора стабільної частоти з формувачем строб-імпульсу).

    1. Цифровий вольтметр подвійного інтегрування

Цифровий вольтметр подвійного інтегрування відноситься до приладів частотного перетворення. Його функціональна схема представлена на рисунку 1.5.

Рисунок 1.5- Функціональна схема

Позначена на рисунку схема управління виробляє функції Р1, Р2, Р3 і Р4, для управління ключами К1, К2, К3 і логічним ключем «&». Епюри напружень, що ілюструють роботу вольтметра подвійного інтегрування, наведені на рисунку 1.6.

Рисунок 1.6- Епюри напружень

Функція Р1 служить для замикання ключа К1 під час першого такту (проміжок АВ), функція Р2 - для замикання ключа К2 під час другого такту (ВС), Р3 - ключа К3 на час, рівний відрізку між вимірами (СА), Р4 - управляє логічним ключем «И» на вході лічильника. Перший такт (I - AB) закінчується під час переповнення лічильника обсягом N0. Тривалість I такту - t0. Час t0=N0 Тg = const. У такті II на вхід підсилювача надходить зразкова напруга E0. Другий такт закінчується, коли спрацьовує СУ і з'являється імпульс СУ. Протягом першого такту інтегрується позитивна площа, а протягом другого - негативна, причому вони рівні. Тоді можна записати, що:

. (1.4)

Звідки можна отримати з врахуванням того, що t0 = N0Tg і tx = NxTg, виходить Ux:

. (1.5)

З (1.5) видно, що вихідний код Nx вольтметра пропорційний вхідній напрузі [5].

Використання мікропроцесора в проектованому приладі дозволить поєднувати в одному конструктиві фактично два різних прилади - вольтметр і частотомір. Крім того, при необхідності, можна програмним шляхом організувати підвищення точності вимірювань за рахунок багаторазових вимірювань та їх подальшої обробки. Крім того, мікропроцесорний прилад можна підключити до інформаційно-вимірювальної системи та автоматизувати таким чином процес вимірювання та контролю.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]