88384

Перетворення енергії

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Вимоги до метрологічних характеристик вимірювачів потужності залежать від призначення приладів. Так прилади загальнопромислового призначення, з допомогою яких вимірюють в основному активну і повну потужність мають невисоку швидкодію – від деяких долей секунди до декількох секунд, границя вимірювання...

Украинкский

2015-04-29

462.97 KB

0 чел.

Національний університет “Львівська політехніка”

Інститут комп’ютерних технологій, автоматики та метрології

кафедра “Комп’ютеризовані системи автоматики”

Курсовий проект

з курсу:

Проектування і програмування мікропроцесорних пристроїв автоматики

на тему:

Перетворення енергії

                                                                                                Виконав:

                                                                                                   ст.гр.КСАм-14

                                                                                                   Балита О.Р.

                                                                                               Перевірив:

                                                                                                          Наконечний А.Й.

Львів – 2011

Зміст

                                                                                                                             стор.

Технічне завдання……………………………………………………………………3

Вступ………………………………………………………………………………….4

  1. Цифрові засоби вимірювання потужності і енергії………………………...6

1.1.Цифрові вимірювачі потужності і енергії………………………………….6

1.2.Цифрові вимірювачі потужності і енергії з цифровим перемноженням сигналів…………………………………………………………………………..9

  1. Опис вибраного алгоритму роботи………………………………………....11
  2. Вибір структурної схеми проектованого перетворювача………………...13
  3. Вибір і розрахунок вхідного перетворювача напруги…………………….15
  4. Апаратна частина МП перетворювача……………………………………..18

5.1.Вибір мікропроцесорного комплекту……………………………………...18

5.2.Розрахунок об’єму пам’яті…………………………………………………20

5.3.Вибір АЦП та елементів пам’яті…………………………………………...22

6.Аналіз похибок………………………………………………………………..23

7.Короткий опис конструкції…………………………………………………..25

8.Програмна частина……………………………………………………………26

Список літератури……………………………………………………………...32

Технічне завдання

Варіант – 33

Назва проектованого пристрою – перетворювач енергії.

Вхідні сигнали:  0…150В;

                            0…5А;

                            f=0,05…5кГц

                            cosφ=1,0

Похибка : 1,0%

Вихідні сигнали : двійковий код tвим<

Вимоги : з 25 значень визначити максимальне, мінімальне і середнє значення.

Вступ

   Вимоги до метрологічних характеристик вимірювачів потужності залежать від призначення приладів. Так прилади загальнопромислового призначення, з допомогою яких вимірюють в основному активну і повну потужність мають невисоку швидкодію – від деяких долей секунди до декількох секунд, границя вимірювання по напрузі 1-1000В, по струму 0,1-10А, похибка 0,2-1%.

   Ватметри загальнопромислового призначення володіють широким частотним діапазоном вхідних сигналів (0÷50кГц) при зміні коефіцієнта потужності від 0,1 до 1. При спотвореній формі вхідного сигналу ватметри повинні вимірювати активну потужність суми гармонік. Загальнопромислові прилади призначені для широкого кола споживачів, тому повинні бути простими в експлуатації : бажані, наприклад, автоматичний вибір піддіапазонів вимірювання і захист    вхідних ланок від перенавантаження, а при необхідності – автоматичний вибір часу усереднення.

   Вимірювачі потужності, що використовуються в наукових дослідженнях, часто являються спеціальними приладами. Такі прилади складні в реалізації, випускаються, як правило, малими партіями і відрізняється великою ціною.

   Розрізняють цифрові ВП, що дозволяють проводити вимірювання в неперервному або імпульсно-модульованому режимі. Перші з них характеризуються високою точністю (приведена похибка до 0,2%) і чутливістю (поріг чутливості складає сотні і навіть десятки мікроват), широкими діапазонами зміни напруги, струму і коефіцієнта потужності, можуть працювати в частотному діапазоні від 10Гц до 100кГц. Радіоімпульсні ВП володіють високою швидкодією і в діапазоні повинні дозволяти вимірювання за час, рівний періоду вхідного сигналу. Вони являються широкополосними, але по точності поступаються вимірювачам, що працюють в неперервному режимі.

   Всі цифрові вимірювачі потужності будуються по схемі зображеній на рис.1, де :

Рис.1. Загальна структурна схема ВП.

ВПН – вхідний перетворювач напруги

ВПС – вхідний перетворювач стркмк

ПП – перемножуючий пристрій

ПУ – пристрій усереднення

ЦВХ – цифровий відліковий пристрій

1.Цифрові засоби вимірювання потужності і енергії.

1.1. Цифрові вимірювачі потужності і енергії з аналоговим перемноженням сигналів.

   ВЕП з аналоговим перемноженням сигналів можна розділити на дві групи : до першої відносяться пристрої аналоговим перемноженням і наступним аналоговим усередненням, другу групу складають засоби з аналоговим перемноженням і наступним усередненням в процесі аналого-цифрового перетворювача. Усереднення здійснюються аналоговими, цифровими або гібридними (аналого-цифровими) методами. У вимірювачі енергії і активної потужності з аналоговим усередненням (рис.2.) , де :

Рис.2. Загальна структурна схема ВЕП з аналоговим усередненням.

АП – аналоговий перемножував

АУП – аналоговий усереднюючий пристрій

   Алгоритм отримання результату може бути відображений наступним маршрутом перетворення :

                    U(t)R1U(t)

                                                     R1R2U(t)i(t)= R1R2p(t)

                    i(t)R2i(t)

,

де R1 і R2 – коефіцієнти перетворення ВПН і ВПС;

p(t) – сигнал, пропорційний миттєвій потужності;

m – цілочисловий коефіцієнт кратності;

А – інформативний параметр сигналу постійного струму на вході АУП. Використовуючи аналоговий перемножуючий пристрій, цифровий еквівалент активної потужності можна визначити шляхом цифрового усереднення з попереднім аналого-цифровим перетворенням миттєвих значень вихідного сигналу АП. В такому цифровому пристрої вимірювання потужності (рис.3.)

,

де n1кількість перетворень сигналу p(t) період;

n2кількість перетворень сигналу за час вимірювання енергії;

Np(tn) – цифровий еквівалент сигналу p(t) в n-ні моменти часу.

Рис.3. Структурна схема ВЕП з цифровим усередненням.

   Одним із найбільш перспективних напрямків розвитку структур цифрових засобів вимірювання потужності є їх синтез з врахуванням переваг аналогових і цифрових методів обробки інформації. Прикладом такої структури, що забезпечує достатньо високу точність при значній швидкодії, може служити схема, приведена на рис.4 (УАЦП – усереднюючий аналого-цифровий перетворювач)

Рис.4. Структурна схема ВЕП з усереднюючим аналого-цифровим перетворювачем.

   В такій структурі :

,

де NT – цифровий еквівалент часу інтегрування;mT(T – період активної гармоніки вхідного сигналу, m – цілочисельний коефіцієнт кратності). Інтервал інтегрування задається блоком управління БУ шляхом виділення одного або декілька періодів вхідного сигналу. В процесі усереднення аналого-цифрового перетворювача, крім інтегрування сигналу p(t) за час mT, здійснюється ділення інтегралу в явному або неявному виді за час інтегрування і перемноження на час Te. Середнє значення вихідного сигналу АП визначається аналогічно, як і в завадостійких АЦП напруги постійного струму з двохтактним інтегруванням. Найбільш поширені методи, що передбачають підстройку частоти заповненням інтервалу другого такту інтегрування під частоту вхідного сигналу, формування опорної напруги, пропорційної періоду вхідних сигналів, використання вагового інтегрування, що забезпечує подавлення завад в широкому діапазоні частот, і ділення цифрового значення інтеграла від сигнала p(t) за час mT на цифрове значення цього часу. Формування опорної напруги може здійснюватись або інтегруванням опорної напруги за інтервал часу mT, або шляхом використання цифроаналогового перетворювача, на управляючий вхід якого подається цифровий код, що відповідає часу інтегрування. Оскільки в цих пристроях основні математичні операції виконують в аналоговій формі, цим забезпечується висока швидкодія ВЕП, а підвищення точності аналогового перемноження і інтегрування можна добитись алгоритмічними методами.

1.2. Цифрові вимірювачі потужності і енергії з цифровим перемноженням сигналів.

   Структурна схема ВЕП з цифровим перемноженням сигналів зображена на рис.5, де :

Рис.5. Загальна структурна схема ВЕП з цифровим перемноженням сигналів.

ВПН – вхідний перетворювач напруги;

ВПС – вхідний перетворювач струму;

АЦП1 – аналого-цифровий перетворювач каналу напруги;

АЦП2 – аналого-цифровий перетворювач каналу струму;

ЦПП – цифровий перемножуючий пристрій;

ЦУП – цифровий усереднюючий пристрій;

БУ – блок управління.

   Відомо, що електричну енергію можна вимірювати, якщо циклічно з високою частотою проводити аналого-цифрове перетворення миттєвих значень струму і напруги. Вираз для вимірювання енергії має вигляд :

,

де  

Tквчасовий інтервал між двома вибірками;

t – час вимірювання енергії;

T – період вхідного сигналу.

   При цьому розпізнають три можливих варіанти вимірювання енергії : з одночасно вибраними миттєвими значеннями напруги і струму, з неодночасно вибраними миттєвими значеннями, з інтегральними вибірками вхідних сигналів, інтервал інтегрування яких значно менший за період сигналу.

   В першому випадку енергія визначається попереднім виразом. Якщо ж зміна активної потужності відбувається різночасових вибраних миттєвих значеннях

,

   Виникає додаткова методична похибка, що зумовлена саме неодночасністю вибірки перемножуючих миттєвих значень. При вимірюванні по інтервальним вибіркам енергія визначається виразом :

,

де –  

еквіваленти значень сигналу, що трансформований з допомогою інтегруючого перетворювача миттєвих значень; t0інтервал інтегрування, що вибирається в залежності від найвищої частоти вхідного сигналу.

   Найбільшої точності вимірювання при цифровому перемноженні сигналів можна добитись використанням інтегруючих перетворювачів миттєвих значень. У випадку вимірювання енергії і активної потужності по різночасових вибраних миттєвих значеннях, незважаючи на спрощені схеми, заключається у використанні лише одного АЦП, точність вимірювання суттєво зменшується. Переваги, пов’язані із спрощенням схеми, можуть виявитись незначними при використанні АЦП в інтегральному виконанні, особливо, якщо врахувати, що для таких ВЕП необхідні цифровий запам’ятовуючий пристрій і комутатор вхідних сигналів.

2. Опис вибраного алгоритму роботи.

   Алгоритм роботи розроблюваного пристрою – це система послідовних функціональних перетворень з метою одержання заданого сигналу. Оскільки ядро розроблюваної системи складає мікропроцесор, то основне навантаження виконує програма, що здійснює необхідні функції перетворення та обчислення. Використовуючи потужний мікропроцесор, можна звести апаратні затрати до мінімуму. Незважаючи на це, позбутись їх повністю не можна, оскільки всі сигнали потрібно перетворити в норму, доступну для програмної обробки. Враховуючи приведені зауваження, а також вимоги до спрощення та мінімізації, алгоритм роботи пристрою набув наступного вигляду(рис.6)

   Отже, після включення системи в роботу, відбувається початкова ініціалізація системи, завантаження програми в оперативну пам’ять, для чого потрібний деякий час. Після цього система безпосередньо вмикається в роботу. Починається опит портів АЦП1 і АЦП2. Незалежно від того, яке значення є на його інформаційних входах, нульове чи ненульове, воно сприймається як одинична вибірка (n) і записується в пам’ять. Так буде продовжуватись до тих пір, поки таких вибірок не набереться 1024. Після цього опит АЦП1 і АЦП2 припинеться, він тимчасово виключається з роботи і починається обробка набраних вибірок, з яких одержується одне середньоквадратичне значення (СЗ), яке записується в пам’яті і одночасно у вихідні регістри (N). Якщо до того часу таких регістрів набрати менше 100, то система знову вмикає в роботу АЦП і продовжує його опит та отримання певних СЗ. Якщо ж їх вже є 200, то з тих 200 значень сервісними функціями вибирається максимальне, та обчислюється середнє значення, які також записуються у вихідні регістри. До вхідних регістрів кожного з значень (середньоквадратичного, максимального, середнього) підключені цифро аналогові перетворювачі, які перетворюють цифровий код в аналоговий сигнал.

   Цим закінчується повний цикл одного вимірювання і система починає новий, частота і амплітуда вхідного сигналу при цьому можуть змінюватись. Так буде продовжуватись весь час, поки система буде включена в роботу. Таким чином в одному циклі вимірювання система здійснює обчислення 200 середньоквадратичних значень, одне максимальне та одне середнє. Якщо в час опиту в АЦП вихідного сигналу не було (на інформаційних виходах АЦП були нулі) то, відповідно, середньоквадратичне, максимальне та середнє значення будуть дорівнювати 0, тобто на виході будуть нульові значення.

Початок

ініціалізація

Опит порта АЦП1

Опит порта АЦП2

Запис виборки в RAM

Запис виборки в RAM

n+1

n+1

                                        так 

                      так

 ні                                                                           ні 

Запис виборок в RAM

Обробка виборок

N+1

Запис одержаного СЗN в RAM

 

 так

 ні 

Пошук максимального СЗ

Пошук середнього СЗ

Цифроаналогове перетворення

Рис.6. Схема  алгоритму роботи МП пристрою.

3. Вибір структурної схеми проектованого перетворювача.

   Як приводилось в першому розділі пояснювальної записки вираз для знаходження активної потужності дискретних вхідних сигналів виглядає наступним чином :

де n – кількість вибірок за час дискретного періоду.

   На основі заданого виразу здійснюємо апаратну реалізацію проектованого пристрою. Структурна схема такого пристрою приведена на рис.7.

Рис.7. Структурна схема перетворювача енергії.

де ВДН – вхідний дільник напруги;

ВПС – вхідний перетворювач струму;

АЦП1, АЦП2 – аналогово-цифрові перетворювачі миттєвих значень сигналів напруги і струму відповідно;

ПЗМЗ – пристрій запам’ятовування миттєвих значень;

МП – мікропроцесорний пристрій;

ПДП – пам’ять даних і програм;

ФП – формувач періоду вхідного сигналу.

   Вихідні сигнали АЦП1 і АЦП2 записують одночасно в пристрій запам’ятовування миттєвих значень, звідки переписуються послідовно в часі регістр загального призначення МП або в його буферні регістри і над цими словами здійснюється відповідні функціональні перетворення відповідно до програми. Перетворення миттєвих значень здійснюється на протязі періоду або часу кратного періоду вхідного сигналу.

   ВДН може бути чисто резистивним, так як вхідний сигнал міняється в межах 0,05-5кГц. Резистор R1 визначає вхідний опір дільника, а коефіцієнт ділення дільника визначається з відношенням максимальної вхідної напруги АЦП1 до максимальної напруги вхідного сигналу.

   ВПС може бути у вигляді шунта. Опір останнього, звичайно, вибирається менше 1Ом, з метою усунення можливого впливу завад. Вихідна напруга шунта підсилюється таки чином, щоб при вхідному струмі 5А вхідна напруга була рівна номінальному рівню вхідної напруги АЦП2.

   АЦП вибирається з умови забезпечення швидкодії і точності вимірювання. Необхідна швидкість визначається максимальною частотою вхідного сигналу, а також забезпеченням умови нерівності, що відповідає теоремі Котельнікова. Однак, на практиці, звичайно, частота дискретизації вибирається як fg>3-5fmax. Таким чином час перетворення (tn) АЦП повинен бути .

   Для даного випадку tn<0,33мс. Точність перетворення АЦП визначається розміром похибки, яка виділяється проектантом на даний тип перетворення. Приваблюючою в даному випадку є похибка від дискретизації, яка визначається , де n – кількість двійкових розрядів АЦП. Для даного типу вхідних сигналів можуть бути використані АЦП порозрядного зрівноваження (К1108ПВ2) або паралельні АЦП.

4. Вибір і розрахунок вхідного перетворювача напруги.

Номер піддіапазону

Границі зміни вхідної напруги,В

                1

                       0-5

                2

                      5-50

                3

                     50-150

   Згідно до завдання діапазон вхідних сигналів по напрузі складає 0-150В. Для зменшення похибки вимірювань на вхід АЦП необхідно подати сигнали близькі по величині до номінальних. З цією метою розбиваємо вказаний діапазон зміни вхідних сигналів на піддіапазони. Розбивка здійснюється таким чином, щоб коефіцієнт вхідних сигналів в межах піддіапазону був постійним.

   В якості вхідного перетворювача напруги ВПН вибираємо резистивний дільник. Існує багато схем дільників напруги, які відрізняються як специфікою їх використання, так і параметрами резисторів та перемикачів. В нашому випадку вибираємо ВПН з умови забезпечення постійності вхідного опору. Принципова схема вибраного перетворювача вхідної напруги приведена на рис.8. Сигнал вхідної напруги перетворюється в нормовану величину з допомогою вхідного дільника напруги (резистори R12-R14) і перемикачів піддіапазонів S1, S2. Дільник виконаний на метало-плівкових  резисторах типу C2-29 пл.0.1.

Рис.8. Принципова схема вхідного частото компенсованого дільника.

   Вибір загального опору дільника напруги здійснюється виходячи з величини заданого вхідного опору АЦП, який рівний стосовно завантаження 500кОм. Величина максимальної діючої напруги, яка знімається з дільника на кожному піддіапазоні приймається рівною 5В.

  При подачі на вхід дільника максимальної напруги, яка відповідає першому динамічному піддіапазону (U1=150B) визначаємо загальний струм дільника:

   Опір резистора R3 дільника напруги на першому динамічному піддіапазоні може бути визначений як :

де Uвих1 – вихідна напруга дільника рівна 5В

   На другому динамічному піддіапазоні величина загального струму рівна:

де U2 максимальне значення напруги на другому піддіапазоні (50В)

,

Тоді

   Опір резистора R1 визначається з рівності

   На резисторі R1 буде виділятись найбільша потужність, оскільки його опір у порівнянні з іншими резисторами дільника є найбільшим

   Вибираємо резистор R1 типу С2-29-0,125, який забезпечує допустиму потужність 0,125 Вт. Так як величина опорів резисторів R2 і R3 є меншим ніж R1, то потужність, що на них виділяється не перевищує 0,125 Вт. Тому вибираємо резистори R2 і R3 типу С2-19-0,125.

5.Апаратна частина МП перетворювача.

5.1. Вибір мікропроцесорного комплекту.

   Перш ніж приступити до вибору конкретного МП комплекту, необхідно сформувати певні вимоги, які пред’являє до комплекту розроблюваний пристрій, які б він міг задовольнити.

   Цими вимогами є:

1. Вибраний процесор повинен мати досить високу розрядність шини даних (, оскільки використання процесора з шиною меншої розрядності приводить до значних апаратних витрат (використання проміжних запам’ятовуючих пристроїв, регістрів для побайтової розбивки).

2. Повинен мати широкий набір математичних функцій, оскільки для виконання поставленої задачі передбачається використання чисельних методів інтегрування, а також операція ділення.

3. Повинен мати досить високу швидкодію, щоб не відбувалось втрачення інформації, що поступає на вхід пристрою.

   Всім цим вимогам відповідає МП комплект на великих інтегральних схемах підвищеної степені інтеграції K1810.

   Центральний процесор К1810ВМ86 має розрядність даних 16 біт, розрядність адреса – 20 біт і тактову частоту до 5МГц. Його продуктивність на порядок вища, ніж процесора К580UK80. Мікросхема К1810ВМ86 являє собою однокристальний 16-бітовий МП, виконаний по технології ПНОП.

   Кристал мікросхеми містить – 29000 транзисторів, та має розміри 5,55,5мм. Випускається в 40-ел-в одному корпусі. К1810ВМ86 містить 14 16-бітових внутрішніх регістрів і утворює 16-бітову шину даних для зв’язку зовнішньою пам’яттю та портами вводу-виводу. Шина адреси має 20 розрядів, що дозволяє безпосередньо адресуватись до пам’яті і ЗП ємністю до 1МБ 220=1048576 байт. Простір пам’яті розділяється на сегменти по 64кб, при чому в будь-який момент часу МП може звертатись до комірок 4 сегментів, які програмно вибрані в якості текучих. Сегментація пам’яті забезпечує зручний механізм обчислення фізичних адресів і сприяє модульному проектування програмного забезпечення, що спрощує проектування та відладку.

   Для скорочення необхідного числа виводів мікросхеми молодші 16 розрядів мультиплексовані в часі з лініями даних і складають єдину шину адреси даних. Чотири старших адресних ліній, аналогічно, мультиплексовані з лініями стану. Щоб сигнали з цих ліній можна було використовувати в системі, їх розділяють за допомогою зовнішніх схем, тобто здійснюють демультиплексацію.

   При виконанні операцій вводу-виводу використовується 8-ми або 16-ти бітні адреси, так, що при доступі до основної пам’яті МП може звертатись до портів (регістрів вводу-виводу), сумарна ємність пам’яті яких складає 64к. Пам’ять фізично організована у вигляді двох байтів – молодшого і старшого, при чому адресою слова вважається адреса його молодшого байта.

   МП – комплект К1810 має багато мікросхем різноманітного призначення. З них в проекті використовуються :

К1810ВМ86 – центральний процесор

К1810ГФ84 – генератор тактових сигналів

К1810ВГ88 – системний контролер

К1810UP82 – регістр – защелка

К1810ВА86 – шинний формувач

   Отже, вибраний МП комплект задовольняє вимоги, які ставить до нього розроблювальний прилад і може бути використаний для його розробки.

5.2.Розрахунок об’єму пам’яті.

   Фізично, пам’ять системи складається з оперативної та постійної. В постійному знаходиться код програми та деякі системні константи. В оперативній, під час роботи системи знаходяться дані, результати програмних обчислень та інше. Розподіл пам’яті в системі виглядає наступним чином:

Оперативна:

0

.

.        Системна

.

F

.

.            дані(активна потужність)

.

100

.

.

.

1FF

.

.             дані(вхідні вибірки, результати проміжних обчислень)

.

1100

Потрібно проиблизно 6к оперативної пам'яті.

Постійна:

   Виходячи з розрахунку кількості байтів в сумі всіх команд програми складемо таблицю використання команд:

Команда

Кількість в програмі

n тактів

n байт

MOVE

14

10+E

3-6

IN

1

10

2

OUT

3

10

2

LES

4

10+E

3-4

DES

14

16+E

2-4

ADD

7

3

2

CMP

1

4

2-3

MVL

2

13+3

2-4

DIV

7

16+2

2-4

JMP

5

24+E

2-4

CALL

5

37+E

2-4

RET

1

18

3

WAIT

1

3

1

NLT

1

2

1

LOOP

1

17

2

   Код програми займає приблизно 300 байт, ПЗУ об’ємом 1к буде достатньо. Програма виконується приблизно за 9000 тактів, тобто за 600 мкс, при частоті тактового генератора 5 МГц (тривалість такту 200нс).

5.3. Вибір АЦП та елементів пам’яті.

   Для того, щоб вкластись в похибку, що вказана в технічному завданні, потрібний 12-розрядні АЦП. Вибираємо К1108ПВ2, 12-розрядний, порозрядного наближення, нелінійність , диференціальна нелінійність , похибка перетворення в кінцевій точці шкали         , час перетворення 2мкс, струм споживання від джерела           , .

   ПЗП КР573РФ8А. Відноситься до спеціальної серії. Постійно запам’ятовуючий пристрій з багаторазовим програмуванням і УФ-стиранням.

Характеристики мікросхеми:

  1. Технологія n ЛUЗ МОП
  2. Ємкість (організація) 256 кбіт (32к)
  3. Час вибірки адреса 350нс
  4. Струм споживання 100мА
  5. Час зберігання інформації при відключеному живленні  25000 годин
  6. Тип корпусу 2121.28.8.

   ОЗП К537РУ8. Має тристабільний вихід в режимах зберігання та запису керується трьома сигналами. Обмін інформацією відбувається по двонаправленій 8-розрядній шині даних.

Параметри мікросхеми:

  1. Число біт 2к 8
  2. Час вибірки – 190нс
  3. Час зберігання (звертання) – 320нс
  4. Струм споживання 100мА

   Для організації потрібно об’єму оперативної пам’яті (5к) потрібно три мікросхеми К537РУ8.

  1. Аналіз похибок

   Похибка АЦП складається з двох похибок (складової похибки квантування по часу і похибки одного відліку), тобто динамічної і статичної. Динамічна похибка визначається інерційністю елементів, які впливають на тривалість перехідних процесів, та швидкістю зміни вхідного сигналу.

   До похибок одного відліку відносяться похибка квантування по рівню – методична похибка, яка викликана кінцевим значенням кроку квантування та інструментальна похибка (похибка викликана неідеальністю виготовлення елементів, зміною параметрів часу і температури, зовнішніх умов, дії шумів та завад). В процесі квантування по рівню діапазон вхідної напруги розбивається (кантується) на 2n дозволених дискретних рівнів (квантів). При цьому значення кванта [7]:

де n – число розрядів, яке визначає число рівнів, на яке розбирається вхідний сигнал.

Uшк – діапазон зміни вхідного сигналу (шкала квантування), який визначається верхнім та нижнім значенням аналогового сигналу.

  Значення кванту (крок квантування) характеризує розділену здатність перетворювача по рівню, або найменший приріст(зміну), і вхідного сигналу (потенційну – допустиму точність), роздільну мету, поріг чутливості, при якому виробляється вхідний цифровий код або проходить зміна цифрового коду. Ця найменша зміна цифрового сигналу називається одиницею молодшого розряду(ОМР).

   Похибка квантування по рівні (інша назва – шум квантування) є функцією числа розрядів і при збільшенні числа розрядів в вихідному коді вона зменшується. Вона виражається в % від повної шкали або в мілівольтах. Максимальна похибка квантування дорівнює .

   В даному 12-розрядному АЦП сигнал кантується по 4096 рівням, тобто перетворюється розіб’є повну шкалу вхідної напруги на 211 частин і його роздільна здатність , а похибка квантування .

n>12

.

   Найменша зміна на вході, при якій виробляється цифровий код, буде рівна:

Або 0,024% повної шкали.

   Абсолютна похибка включає в себе похибку квантування і інструментальної похибки (інтегральну) диференціальну нелінійність, похибку підсилення та зміщення нуля.

   Похибка схеми вибірки (зберігання) дорівнює 0,1%.

   Отже, загальна похибка системи:

що задовольняє технічне завдання.

  1. Короткий опис конструкції.

   Прилад являє собою функціонально закінчений пристрій і може працювати з будь-якими приладами відображення інформації, що мають відповідні аналогові входи. Конструктивно являє собою шассі, до якого кріпиться плата за допомогою чотирьох гвинтів М6. Робоче положення приладу – горизонтальне. Мікросхеми пропоюється до плати припоєм Пр 3 ПОС-61 ГОСТ 21931-76. Від пошкоджень плата покривається лаком ЕП-730 ГОСТ 20834-81 контактні площадки лаком не покриваються. Прилад має працювати в лабораторних умовах і не зазнавати впливів навколишнього середовища.

  1. Програмна частина.

   Алгоритмічно програма складається з чотирьох функцій, які зв’язуються між собою наступним чином:

Choose-Load – функція опиту портів АЦП1 і АЦП2 і запису в пам’ять одержаних вибірок.

Choose-processing – функція обробки вибірок з метою одержання середньоквадратичного значення

S-max – пошук максимального значення.

S-meducm пошук середнього значення.

Початок

                                    П

Choose-load

Choose-load

Є 1024 виб

Є 50 C 3

Є 1024 виб

      CHOOSE - PROCESSING

     S - min

     S - max

ні                 ні

                                              так                                            так

                                                              ні

                                             так

   В свою чергу функції являють собою окремі підпрограми і алгоритмічно виглядають наступним чином:

Початок   

Є 1024 виб

Є 1024 виб

Перша вибірка по першому адресу в пам’ять

Перша вибірка по першому адресу в пам’ять

n=n+1

n=n+1

Опит порта АЦП 2

Опит порта АЦП 1

Завантаження верхньої та нижньої                                             границі пам’яті

  N=0, n=0

Ні                              Ні

                          Так                                                      Так

                                                       Вихід в підпрограму choose processing

Початок   

choose processing

  N=0, n=0

Завантаження верхньої і нижньої границь пам’яті

ADDR – адреса першої вибірки

Перша вибірка в акум.

друга вибірка в регістр

AX=AX – регістр

AX> в пам’ять

ADDR = ADDR+1

Є 1024

ні

 

так

ADDR = адреса першої вибірки

Перша вибірка в AX

ADDR = ADDR+1

Вибірки в регістрі

AX = AX +рег

 

Є 1024

ні

 

так

AX/n

AX в пам’ять і в вих. порт

 

N=N+1

N=25

                                                                                  

                          S-max ні              choose-load

                              S-medium

#include<stdio.h>

#define N<кількість_виборок_за_період>

#define N_VIM 20  /*кількість вимірювань*/

float vimir_p (float*,float*,int);  /*результат вимірювання на періоді*/

float seredn_p (float*,int);          /*середнє значення*/

float max_p (float*,int);              /*максимальне значення*/

void main(void)

{float*u_t, *i_t, p_vim[N_VIM], p_ser,p_max;

int i;

for (i=0; i<N_VIM; i++)

{u_t=<адреса_масиву_виборок_по_напрузі_за_період>;

 i_t=<адреса_масиву_виборок_по_струму_за_період>;

 p_vim[i]=vimir_p(u_t, i_t, N);

}

p_ser=seredn_p(p_vim, N_VIM);

p_max=max_p(p_vim, N_VIM);

printf(‘Середнє значення - %f\n Максимальне значення - %f\n’,p_ser, p_max);

}

float vimir_p(float*u_t, float*i_t, int n)

{float rez=0;

int k;

for (k=0; k<n-1; k++) rez+=u_t[k]*i_t[k];

return(rez/n);

}

float seredn_p(float*p_vim, int n)

{float rez=0;

int i;

for(i=0; i<n; i++) rez+=p_vim[i];

return (rez/n);

}

float max_p (float*p_vim, int n)

{float max=p_vim[0];

int i;

for (i=1; i<n; i++)

if (max<p_vim[i])max=p_vim[i];

return (max);

}  

Список літератури

  1. Шнайдер О. Язык ассемблера для персонального компютера фирми ІБМ, пер. с англ. под. ред. Е.К. Масловского – М.: Мир, 1988.
  2.  Артюхов В.Г. и др. Проектирование микропроцессорной аппаратуры: Справочник. – К.: Техника, 1988.
  3. Мелик-Шахназарова А.М., Маркатун М.Т.,Дмитриев В.А. Измерительные приборы со встроенными микропроцессорами. – М.: Энергоатомиздат, 1985.
  4.  Безикович А.Я., Шапиро Е.З. Измерение електрической мощности в звуковом диапазоне частот. – Л.: Энергия, 1980.

Позиц. позначення

Назва

Кіл.

Примітка

Документація

КП – ППМПП – 9506008ПЗ

Пояснювальна записка

1

КП – ППМПП – 9506008СК

Складальне креслення

1

КП – ППМПП – 9506008ЕП

Схема електрична принципова

1

КП – ППМПП – 9506008ПЕ

Перелік елементів

1

Деталі

Корпус

1

Кришка

1

Роз’єм

1

Друкована плата

1

Гвинт М4х1236.16

ГОСТ 17473-72

4

Гайка М4.5.016

ГОСТ 5916-70

4

Гвинт М6х1236.16

ГОСТ 17473-72

2

КП – ППМПП - 9506008

Спечифікація

Літера

Аркуш

Аркушів

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

у

Дипломн.

Балита О.Р.

Перевірив

Наконечний А.Й

Аркуш   1       Аркушів

НУ«ЛП», ІКТА,

гр. КСАм - 14

Позиц. позначення

Назва

Кіл.

Примітка

Інтегральні мікросхеми  

DD1, DD2

К155ЛАЗ

2

DD3

К1810ГФ84

1

DD4

К1810ВМ86

1

DD5

К531ИД7

1

DD6, DD7, DD23

К537РУ8

3

DD8-DD9

КР580ВА86

2

DD10-DD11

КР580ВА86

2

DD12

К1810ВГ88

1

DD13

КР573РФ8А

1

DD14-DD19

КР580ИР82

6

DA21, DA22

К1108ПВ2

2

Резистори

R1

ОМЛТ 1к-0,1255%

1

R2-R4

ОМЛТ 810-0,1255%

3

R5-R7

ОМЛТ 15к-0,1255%

3

R8-R10

ОМЛТ 810-0,1255%

3

R11

ОМЛТ 27к-0,1255%

1

R12

С2-29-0,125-450к 5%

1

R13

С2-29-0,125-33к 5%

1

R14

С2-29-0,125-17к 5%

1

КП – ППМПП - 9506008

Перелік елементів

Літера

Аркуш

Аркушів

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

у

Дипломн.

Балита О.Р.

Перевірив

Наконечний А.Й

Аркуш   1       Аркушів

НУ«ЛП», ІКТА,

гр. КСАм - 14


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

45004. ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ВНЕШНЕГО ФОТОЭФФЕКТА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ ПЛАНКА 224.5 KB
  Снять зависимость задерживающего напряжения от частоты излучения. Поглощение оптического излучения веществом часто сопровождается электрическими явлениями которые получили название фотоэлектрического фотоэффекта. ВНЕШНИМ ФОТОЭФФЕКТОМ называется явление испускания электронов веществом под действием электромагнитного излучения. Характер зависимости фототока I от разности потенциалов между анодом и катодом U при постоянной интенсивности падающего на фотокатод монохроматического излучения приведен на Рис .
45005. ДИСПЕРСИЯ СВЕТА 493.5 KB
  Измерить показатели преломления материала призмы для различных длин волн спектра ртутной лампы. Построить зависимость показателя преломления материала призмы от длины волны света.Показатель преломления. Абсолютный показатель преломления вещества равен отношению фазовой скорости света в вакууме к фазовой скорости света в веществе: n = c v.
45006. ОСНОВЫ РЕФРАКТОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА 295 KB
  Изучение законов преломления и отражения света и методики измерения показателя преломления.Определение зависимости показателя преломления от концентрации глицерина поваренной соли в водном растворе. Законы преломления и отражения света. Аналогично вводятся угол отражения угол β и угол преломления угол γ.
45007. ОПТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ГОНИОМЕТРА Г-5 542 KB
  Измерить углы между гранями стеклянной призмы. Измерение углов призмы методом отражения. Схема измерения углов призмы методом отражения углы между нормалями к граням призмы. Призму устанавливают таким образом чтобы пучок света идущий из коллиматора отражаясь от одной из граней призмы давал в перекрестии сетки окуляра изображение щели...
45008. ИЗУЧЕНИЕ ВРАЩЕНИЯ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ 412 KB
  Атомы излучают световые волны независимо друг от друга поэтому световая волна излучаемая телом в целом в течение некоторого времени наблюдения характеризуется всевозможными равновероятными колебаниями светового вектора рис. рис. Волна называется поляризованной по кругу или волной с циркулярной поляризацией если конец вектора E описывает в фиксированной плоскости перпендикулярной направлению распространения волны окружность рис. Рис.
45009. АНАЛИЗ ПОЛЯРИЗАЦИИ ЛАЗЕРНОГО СВЕТА 664 KB
  Изучить типы поляризации света и методы их описания. Ознакомиться с методикой анализа поляризации света. Провести анализ поляризации лазерного излучения. Определить угол Брюстера и показатель преломления стекла на длине волны излучения лазера.
45010. Дифракция Фраунгофера 481 KB
  Цель работы: изучение дифракции Фраунгофера на одной щели и на дифракционной решетке. Основные положения дифракции света. Необходимо отметить также что при дифракции за препятствием возникает перераспределение светового потока. Однако принцип Гюйгенса не дает информации об интенсивности волн распространяющихся в различных направлениях и не объясняет перераспределение светового потока при дифракции.
45011. ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ПОГЛОЩЕНИЯ СВЕТА ВЕЩЕСТВОМ 247.5 KB
  Ознакомиться с механизмом поглощения света изучить основные закономерности поглощения света веществом. ОСЛАБЛЕНИЕ СВЕТА Опыт показывает что при прохождении света через слой вещества его интенсивность уменьшается. Этот факт является результатом взаимодействия электромагнитного излучения с веществом при котором происходит поглощение и рассеяние света а также отражения света на границах раздела различных сред.
45012. Интерференция света и метод определения кривизны линзы с помощью интерференционных полос равной толщины 272 KB
  Возникновение интерференции связано во-первых с тем что для векторов напряженности электрических полей описывающих электромагнитные волны выполняется принцип суперпозиции. Так при наложении двух волн каждая из которых создает в точке наблюдения соответственно электрические поля напряженностью E1 и E2 результирующая напряженность в точке наложения будет равна: Ep = E1 E2 1 Во-вторых возникновение интерференции связано с тем что...