Порядок виконання завдання по розробці структурної схеми АЦІ

3. Порядок виконання завдання по розробці структурної схеми АЦІ

Для проведення розробки структурної схеми АЦІ задаються такі параметри:

а) динамічний діапазон зміни вхідних сигналів – Dx в Дб,

б) аналоговий сигнал – напруга випадкової форми x(t),

в) інформація надходить від двох груп первинних перетворювачів інформації (ППІ),

де параметри ППІ першої групи:

-  кількість ППІ – m₁ = 1

-  смуга частот спектра – від нуля до F_в1, в кГц, (0 – F_в1) = 0 – 6 кГц;

де параметри ППІ другої групи

-  кількість ППІ – m₂ = 8

-  смуга частот спектра – від нуля до F_в2, в кГц, (0 – F_в2) = 0 – 1 кГц.

Розробка структурної схеми АЦІ розпочинається з вибору варіанта завдання із таблиці 1 – параметрів згідно з варіантом індивідуального завдання. Для нашого варіанту:

Dx=50 Дб,

m₁ = 1,

(0 – F_в1) = 0 – 6 кГц,

m₂ = 8,

(0 – F_в2) = 0 – 1 кГц,

U_max= 2 В.

В процесі розробки необхідно обрати конфігурацію структурної схеми ПЗАС, виходячи з вищенаведених параметрів АЦІ.

1.1. проектування структури аналого-цифрового інтерфейсу розпочинається з визначення параметрів та вибору аналого-цифрового перетворювача, перш за все його розв’язувальної спроможності (РС інакше роздільної здатності), тобто кількості двійкових розрядів, що відображають динамічний діапазон зміни сигналу. Розв’язувальна спроможність визначається виходячи з емпіричного виразу:

де Dx – динамічний діапазон вхідного сигналу. Коефіцієнт 6 визначається зміною розрядності перетворювача на один двійковий розряд (тобто у два рази). Це відповідає 6 Дб, виходячи з виразу 20lg2 = 6. Тоді для даного прикладу:

n = 50/6 ≥ 8.2

Вибираємо n = 9 двійкових розрядів.

Частота дискретизації по кожному з ППІ (вхідному каналу) обирається згідно з теоремою Котельникова із співвідношення:

,

де f_в – вища частота в спектрі сигналу, що перетворюється. З урахуванням введення аналогового фільтра низьких частот значення f_д збільшується на величину 2 f_сп (де сп – смуга спаду частотної характеристики фільтра від 0 Дб до значення мінус Dx).

Рис. АЧХ аналогового фільтра НЧ

Користуючись практичними даними, які свідчать, що порівняно просто реалізуються фільтри із f_сп = f_в на октаву (тобто у два рази) з затуханням Dср > -70 ДБ (при цьому реалізується порядок фільтра R = 7, тобто, при 1 – Дб на порядок 10*R=70 ДБ), одержимо емпіричний вираз:

При R=10, f_д ≥ 3* f_в; R=7, f_д ≥ 4* f_в; R=2, f_д ≥ 8* f_в.

Проте ці співвідношення не враховують реального динамічного діапазону сигналу, а тому більш практичним буде вираз:

Задавшись значенням порядку аналогового фільтра R=7, що дасть значення D_сп = R*10= 70 Дб, отримаємо для вхідних каналів першої групи ППІ:

f_д1 = 2*6*10³(1+50/70) =20,4 кГц.

При цьому час перетворення АЦП дорівнює Tпр1 = 1/ f_д1 = 49 мкс.

Для вхідних каналів другої групи ППІ

f_д2 = 2*1*10³(1+50/70) =3,4 кГц.

При цьому час перетворення АЦП дорівнює Tпр2 = 1/ f_д2 = 294 мкс.

В якості основної частоти дискретизації обираємо частоту f_д1 =20,4 кГц. Частоту f_д2 будемо одержувати шляхом децимації (проріджування) відліків, одержаних з частотою 20,4 кГц на 6, тоді f_д2 = 3,4 кГц.

Виходячи з параметрів n і f_д вибираємо АЦП, користуючись таблицею довідника. Найбільш придатним для нашого прикладу є перетворювач 1113ПВІ, що має значення n=10 ті f_д = 33 кГц. Враховуючи, що для перетворення сигналу кожного каналу в код необхідно виділяти додатковий час , що забезпечує перемикання мультиплексора з каналу на канал (для мікросхеми мультиплексора 590КН6 τ_вст = 0,3 та , при τ_вст = 0.01%), то один АЦП типу 1113ПВІ може за час Tпр1=1/f_д2 =294 мкс забезпечити перетворення миттєвих значень сигналів одного каналу із другої групи та чотирьох з першої. При цьому Тпр= m (tпр+ ), тобто

Тпр1=1*(30+3)=33<49 мкс,

Тпр2=8*(30+3)=264<294 мкс.

Визначаємо, що 1 АЦП типу 1113ПВІ може перетворити миттєві значення 1 каналу першої групи перетворювачів, або 8 каналів 2-ої групи перетворювачів.

Отже для забезпечення перетворення відліків (миттєвих значень) в цифрову форму 1 каналу першої групи ППІ і 8 каналів другої групи ППІ необхідно встановити АЦП типу 1113ПВІ та один мультиплексор типу 590 КН6.

Результатом розрахунків є побудована структурна схема підсистеми ПЗАС.

4. Пояснення до структурної схеми, яка отримана за результатами розрахунків

В структурній схемі прийняті такі абревіатури:

ППІ – первинні перетворювачі інформації; УНП – узгоджувально-нормувальні пристрої; АФ – аналогові фільтри; АМС – аналоговий мультиплексор; ЦМС – цифровий мультиплексор, АЦП – аналого-цифровий перетворювач; БД – буфер даних, ШД – шина даних.