КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

з курсу: Вступ до теорії вимірювально-інформаційних систем

на тему: Побудова системи з розподіленням каналів у часі

Зміст

1. Завдання

Для забезпечення оптимального обслуговування сукупності n джерел вимірювальної інформації, серед яких n1 джерело з максимальною частотою в спектрі fmax1 і n2, відповідно, fmax2, спроектувати систему з розділенням каналів у часі і регулярним дискретизуванням та використанням (якщо необхідно) суб- чи суперкомутування.

Враховуючи, що вимірювальна інформація підлягає дискретизації (квантування здійснюється за певною заданою похибкою чи то зведеною граничною кв. гр, чи середньоквадратичною кв. сер. кв), вибрати необхідний АЦП, попередньо визначивши його основні параметри, основні характеристики звичайної циклічної системи щодо проектованої.

Дано:

2. Розв’язок

2.1 Оскільки активних джерел n1=2 (виділимо їм номери 1 та 2) є менше ніж інших, то доцільно застосувати суперкомутування. Визначивши чинник чергування k:

k = 2, та враховуючи його значення ділимо решту джерел на п’ять груп і після чергового опитування активних джерел (у нашому випадку - двох) наступні дві позиції заповняємо почергово менш активними джерелами, а саме: 3, 4; 5, 6; 7, 8; 9, 10; 11,12.

Отже, найоптимальніше комутування джерел вимірювальної інформації (система з частковим усуненням надмірності) виглядатиме так:

де джерела 1 та 2 опитуються відповідно до частоти

.

2.2 Визначимо період опитування

:

;

.

Оскільки між послідовними опитуваннями активних джерел маємо 4 кроки (періоди) комутування, перевіримо, чи витримано необхідний період опитування для менш активних джерел.

Для третього маємо між послідовними опитуваннями 20 тактів, тобто період опитування у 5 разів довший від періоду першого джерела.

Це відповідає умові, оскільки максимальна частота в спектрі 3-го джерела в 5 разів менша від відповідної частоти 1-го.

Враховуючи, що період комутування визначається як

,

відповідно, отримаємо:

для звичайної циклічної системи:

;

для проектованої системи:

.

2.3 Виходячи із заданого значення , визначаємо кількість зон квантування :

, звідки:

.

2.4 За одержаним значенням , враховуючи зв’язок між кількістю зон квантування та її двійковим поданням , можемо знайти кількість інформаційних символів примітивного двійкового коду як: .

Вибираємо найближче більше значення .

2.5 Тепер можна розрахувати значення параметрів та проектованої системи:

;

.

2.6 Визначимо відношення швидкодії проектованої системи щодо звичайної циклічної:

.

3. Результати проведених розрахунків

Результати проведених розрахунків показують, що для проектованої системи:

розрядність АЦП має бути не меншою, ніж 8;

період перетворення АЦП не повинен перевищувати ;

вимоги до швидкодії є в 3 рази нижчими, ніж для простої циклічної системи.

4. Схема принципової схеми системи

МУЛЬТИПЛЕКСОР

ПВn

КОДЕР

МОДУЛЯТОР

ЛЗ

ДЕМОДУЛЯТОР

ДЕКОДЕР

ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОР

УПn

ПВП1

УП1

АЦП

СПn

СП1

ПК

Джерело n

Джерело 1

Блок-схема типової ІВС з розділенням каналів у часі

Джерело 1-n - джерела вимірювальної інформації, утворені послідовним увімкненням первинних перетворювачів ПВП 1-n УП1-n;

ПК - пристрій керування мультиплексором;

АЦП - аналого-цифровий перетворювач;

ЛЗ - лілія зв’язку;

СП 1-n - споживачі.

5. Синтез принципової схеми і вибір структурної схеми

Необхідно визначити основні характеристики складових елементів (зокрема, параметри аналого-цифрового перетворювача і мультиплексора) та відповідно під’єднати їх.

Вибір АЦП.

Враховуючи результати виконаних розрахунків, вибираємо конкретний тип аналого-цифрового перетворювача, а саме: К512ПВ1 (розрядність 12, період перетворення не перевищує 16 мкс).

Рис.1. АЦП К512ПВ1

6. Вибір мультиплексора

Мультиплексор забезпечує комутування вимірювальних сигналів у вигляді електричної напруги з рівнями від до . Оскільки вимірювальна система оперує уніфікованими сигналами (), то це нас задовільняє.

Мультиплексор вибирають так, щоб кількість його аналогових входів була не меншою, ніж кількість джерел вимірювальної інформації, тобто . Для нашого випадку .

Вибираючи мультиплексом, необхідно також враховувати і сумарну тривалість вмикання/вимикання ключа , яка виходячи з практичних міркувань, повинна бути меншою ніж: . У нашому випадку становить 20,94мкс, а отже . Отже, враховуючи наведені вище результати, вибираємо аналоговий 16 входовий мультиплексор фірми Analog Devices типу ADG406 з тривалістю вмикання 160 нс та тривалістю вимикання 110 нс, оскільи сумарна тривалість його комутаційних процесів (160+110=270 нс) не перевищує нашого розрахункового значення 1047 нс.

Таблиця 1. Таблиця істинності мультиплексора типу ADG406.

A3

A2

A1

A0

EN

D

X

X

X

X

0

-

0

0

0

0

1

S1

0

0

0

1

1

S2

0

0

1

0

1

S3

0

0

1

1

1

S4

0

1

0

0

1

S5

0

1

0

1

1

S6

0

1

1

0

1

S7

0

1

1

1

1

S8

1

0

0

0

1

S9

1

0

0

1

1

S10

1

0

1

0

1

S11

1

0

1

1

1

S12

1

1

0

0

1

S13

1

1

0

1

1

S14

1

1

1

0

1

S15

1

1

1

1

1

S16

Рис. 2. Схема з’єднань мультиплексора типу ADG406.

7. Проектування пристрою керування

а) на інтегральному лічильнику, дешифраторі та логічних елементах

б) на тригерах

а

ГТІ

Л

ДШЛ

М

Q

А

ГТІ

ГТІ

ГТІ

А

б

ГТІ - генератор тактових імпульсів;

Л - лічильник;

ДШЛ - дешифратор на логічних елементах;

СЛТЛ - синхронний лічильник на тригерах та логічних елементах.

Аналогові входи мультиплексора необхідно під’єднати до джерел вимірювальної вимірювальної інформації згідно з послідовністю, одержаною в результаті розв’язання задачі з тим, щоб високоактивна або менш активна група опитувалась частіше чи рідше ніж основна (залежно від того, чи є суб-, чи суперкомутування). Для цього слід розробити пристрій керування мультиплексором.

Виходячи із структурної схеми пристрою керування, знайдемо необхідну частоту ГТІ та обсяг лічильника.

Оскільки цикл опитування проектованої системи охоплює 20 джерел (кадр.) і входи керування аналогового мультиплексора реагують на ТТЛ - рівні, то вибираємо 2 синхронних двійково-десяткових лічильника типу 555ИЕ6 (цей лічильник визначається меншою тривалістю перемикання вихідних сигналів порівняно з асинхронними лічільниками), які мають модуль лічби 16.

Частота комутування мультиплексора визначається швидкодією системи , яка дорівнює частоті перемикання наймолодшого розряду лічильника, що вдвічі менша за частоту генератора тактових імпульсів. Отже звідси:

.

Зокрема, генератор тактових імпульсів можна виконати на спеціалізованій мікросхемі типу КР1006ВИ1.

Рис.3. Принципова схема ГТІ КР1006ВИ1

Для цього варіанта схеми частота F визначається з залежності:

,

виходячи з якої знаходимо значення ємності конденсатора С1, що служить для встановлення необхідного значення частоти F.

Якщо ж значення опору резисторів R1 та R2 прийняти таким що дорівнює 1кОм, то для нашого варіанта розрахунку .

Остаточно значення ємності конденсатора С1 приймаємо, виходячи із стандартного ряду номінальних ємностей конденсаторів (Е12) так, щоб виконувалась умова: (у нашому випадку ).

Вибравши ємність конденсатора С1 такою, що дорівнює 4,7нФ, отримаємо F=102кГц, а це задовільняє поставлену вище умову: .

Виконання пристрою керування.

Складаємо таблицю істинності для дешифратора:

Q4

Q3

Q2

Q1

Q0

A3

A2

A1

A0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

S1

0

1

0

0

0

0

1

0

0

0

1

S2

1

2

0

0

0

1

0

0

0

1

0

S3

2

3

0

0

0

1

1

0

0

1

1

S4

3

4

0

0

1

0

0

0

0

0

0

S1

0

5

0

0

1

0

1

0

0

0

1

S2

1

6

0

0

1

1

0

0

1

0

0

S5

4

7

0

0

1

1

1

0

1

0

1

S6

5

8

0

1

0

0

0

0

0

0

0

S1

0

9

0

1

0

0

1

0

1

0

1

S2

1

10

0

1

0

1

0

0

1

1

0

S7

6

11

0

1

0

1

1

0

0

1

1

S8

7

12

0

1

1

0

0

0

0

0

0

S1

0

13

0

1

1

0

1

0

0

0

1

S2

1

14

0

1

1

1

0

1

0

0

0

S9

8

15

0

1

1

1

1

1

0

0

1

S10

9

16

1

0

0

0

0

0

0

0

0

S1

0

17

1

0

0

0

1

0

0

0

1

S2

1

18

1

0

0

1

0

1

0

1

0

S11

10

19

1

0

0

1

1

1

0

1

1

S12

11

Записуємо удосконалену диз’юктивну нормальну форму для сигналів А0, А1, А2, А3:

Використовуючи карти Карно, мінімізуємо записані вище вирази:

4. Для реалізації отриманих логічних функцій застосовуємо логічні елементи І, АБО, НЕ, котрі знаходяться у мікросхемах К555АН1, К555ЛЛ1, К555ЛИ3, К555ЛИ6.

Маринова М.Ю.

Найменування

5

Петровська І.Р.

ІВС з розділенням

У

Перелік елементів

DD2.1-DD2.4

каналів у часі

DD6.1-DD6.4

К10-17-20В-4,7нФ

МІКРОСХЕМИ

К155ЛИ3

1

DD3.1-DD3.4

Примітки

Позначення

1:1

МВ-41

КОНДЕНСАТОРИ

С1

1

1

Зміна

Лист

№ документа

Підпис

Дата

Затвердив

Н. контроль

Т. контроль

Перевірив

Розробив

Листів

Лист

Масштаб

Маса

Літера

К155ЛЕ3

DD1.1-DD1.4

Кільк.

DD7.1-DD7.4

Стадник Б.І.

C2

К50-35-16В-0,1мкФ

1

DD4.1-DD4.4

1

DD5.1-DD5.4

1

K155ЛА3

DD8

DD9

DD10

ADG406

К512ПВ1

КР1006ВИ1

555ИЕ6

DD11,DD12

РЕЗИСТОРИ

R1,R2

C2-23-0,125-1k±10%

1

1

1

2

2

РОЗ’ЄМИ

X1,X2

PWL-10S

2

X3

DB9

1

Використана література

1.Волочій Б.Ю. та ін. Проектування стійких до відмов мікропроцесорних інформаційно - вимірювальних систем. - Львів, Вища школа, 1987.

2.Лебедев О.Н. і др. Изделия електоронной техники. Цифровые микросхемы. Микросхемы памяти. Микросхемы ЦАП и АЦП. Справочник / О.Н. Лебедев, А.И. Мирошниченко, В.А. Телец; Под редакцией А.И. Ладика, и А. И Сташкевича. - М: Радио и Связь, 1994.

3.Лосев Ю.І., Плотніков М.Д. Основи теорії передавання даних. Збірник задач. - Київ. Вища школа, 1977.

4.Основи метрології та електричні вимірювання підручник для вузів Б.Я. Авдєєв, Є.М. Антонюк, Є.М. Душін та ін. Заряд Є.М. Душина - видання 6 - Ленінград Енергоатомвидав, 1987.

5.Петровський И.И., Прибыльский А.В., Траен А.А., Чувелев В.С., Логические ИС КР1533, КР1554. Справочник. ТОО "Бином", 1993.

6.Тепляков І.М. Рощін Б.Б., Фомін А.І., Вейцель В.А., Радіосистеми передавання інформації. - Москва: Радіо та зв’язок, 1982.

7.Трейстер Р. Радиолюбительские схемы на ИС типа 555: Пер. с англ. - М: Мир, 1988.

8.Цапенко М.П. Вимірювальні інформаційні системи: Уч. посібник, вид.2-е перероблене і доповнене - М.: Енергоатомвидав, 1985.

9.Ціделко В. Д., Яремчук Н.А. Метрологічне забезпечення систем: Учбовий посібник, Київ, УМК ВО, 1988.

10.Цифрова техніка /Навчальний посібник // Б. Рицар. - Київ: ИМК ВО. - 1991.

11.Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. - М. Радио и связь, 1987.