Проектирование схемы цифрового вольтметра

Министерство образования и науки  РФ

Артемовский филиал ГОУ СПО  «НТГПК им.Н.А. Демидова»

Курсовой проект

по дисциплине «Проектирование  цифровых устройств»

на тему «Проектирование  схемы цифрового вольтметра»

                                                                                             Выполнил

                                                                                             студент гр. КС-325

                                                                                             Шавкунов В.А.

                                                                                             Проверила

                                                                                             Чехомова М.И.

                                                                                             Оценка_____________

2013 г.

Содержание

Введение……………………………………………………………………………………3

Глава 1. Вольтметр как цифровой измерительный прибор…………………………...4

1. Понятие цифрового вольтметра…………………………………………………4
2. Принцип работы цифрового вольтметра………………………………………5
3. Структурная схема цифрового вольтметра……………………………………7

Глава 2. Проектирование цифрового вольтметра поразрядного кодирования……...9

2.1 Расчет основных параметров вольтметра………………………………………....9

2.2 Входное устройство…………………………………………………………………10

2.3 Генератор тактовых  импульсов…………………………………………………….13

2.4 Схема устройства формирования  импульсов…………………………………..…14

2.5 Устройство управления……………………………………………………………..15

2.6 Цифро-аналоговый преобразователь……………………………………………….16

2.7 Устройство сравнения……………………………………………………………….18

2.8 Схема счета и индикации……………………………………………………………19

2.9 Разработка блока питания…………………………………………………………..20

Заключение………………………………………………………………………………21

Приложение 

Список используемых источников………………………………………………….....37

                 НТГПК им.Н.А. Демидова

Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Разраб.

Лит.

Лист

Листов

Проверил

2

37

        Гр.КС-325

Н. Конт.

Утв.

Введение

Цифровая измерительная  техника является основной и наиболее развивающейся частью измерительной  техники, представляет собой совокупность цифровых измерительных приборов, методов  их проверки и правил эксплуатации. Средства цифровой измерительной техники  наилучшим образом сопрягаются  со средствами вычислительной техники, обладают высокой точностью и  быстродействием.

Целью данной работы является спроектировать структурную схему для цифрового вольтметра.

Задачи:

1. Проанализировать литературу по данной теме.

2. Изучить цифровой вольтметр.

      2. Рассмотреть его функциональное и конструктивное построение.

         НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

3

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Глава 1. Вольтметр как цифровой измерительный  прибор

1. Понятие цифрового вольтметра

Цифровой вольтметр (ЦВ) часто предназначается не только для измерения собственно напряжения постоянного тока U, но и некоторых других величин, предварительно преобразованных входными устройствами в постоянный ток.

Цифровыми называются такие  измерительные устройства, в которых  измеряемая величина автоматически  в результате квантования и цифрового  кодирования представляется кодовым  сигналом, выражающим значение измерительной  величины.

Цифровые вольтметры обладают следующими достоинствами - высокой  точностью измерения напряжения (0.001%); широким диапазоном измерений  при высокой чувствительности (от до В); отсчётом в цифровой форме (практически исключающем глазомерные ошибки и создающим удобство наблюдения на расстоянии); быстродействием (до изм/с); автоматическим выбором предела и полярности; возможностью получения результатов наблюдений в форме, удобной для ввода в ЭВМ; возможностью вывода на интерфейсную шину и включение в состав измерительно-вычислительного комплекса.

По элементной базе цифровые вольтметры разделяются на приборы, выполненные на электронных лампах, полупроводниковых приборах, интегральных микросхемах и микропроцессорах. В настоящее время основной парк составляют цифровые вольтметры, выполненные  на цифровых и аналоговых микросхемах  средней степени интеграции. Широкое  применение находят специальные  микросхемы, заменяющие целые функциональные блоки цифровых вольтметров.

Практически все цифровые вольтметры выполняются с применением  печатного монтажа и использованием автоматизированных технологических  установок при их монтаже.

         НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

4

Лист

№ документа

Подпись

Дата

       1.2 Принцип работы цифрового вольтметра

       Принцип работы цифровых измерительных приборов основан на дискретном и цифровом представлении непрерывных измеряемых величин. Упрощенная структурная схема цифрового вольтметра состоит из входного устройства, АЦП(Аналого Цифровой Преобразователь), цифрового отсчетного устройства и управляющего устройства.

       Входное устройство содержит делитель напряжения; в вольтметрах переменного тока оно включает в себя также преобразователь переменного тока в постоянный.

        АЦП преобразует аналоговый сигнал в цифровой, представляемый цифровом кодом. Процесс аналого-цифрового преобразования составляет сущность любого цифрового прибора, в том числе и вольтметра. Использование в ацп цифровых вольтметров двоично-десятичного кода облегчает обратное преобразование цифрового кода в десятичное число, отражаемое цифровым отсчетным устройством.

         Цифровое отсчетное устройство измерительного прибора регистрирует измеряемую величину. Управляющее устройство объединяет и управляет всеми узлами вольтметра.

         Устройство вольтметра: основным компонентом устройства является микроконтроллер . АЦП десяти разрядный , который и находится в микроконтроллере. Два восьми-разрядных порта ввода-вывода. Тактовый генератор со встроенной частотозадающей цепью. Таймеры/счетчики. Источник опорного напряжения. И т.д.

       Принцип работы ЦВ: от интегрального стабилизатора на микроконтроллер подается напряжение в 5В. Тактовый генератор контроллера тактируется от внутреннего источника, с частотой 1 МГц. Один бит используется для управления точкой, семь бит порта настроены на управление, включение и вывод сегментов индикатора .Оставшиеся 3 бита настроены на вывод и используются для управления разрядами индикатора.

       На входной делитель напряжения подается измеряемое напряжение, (резистором производится калибровка вольтметра под показания эталонного вольтметра). С входного делителя напряжение подается на 11-й вывод

         НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

5

Лист

№ документа

Подпись

Дата

микроконтроллера (7-й бит порта), который сконфигурирован как  вход АЦП. Затем напряжение на входе  АЦП сравнивается с опорным напряжением  и преобразуется в цифровое значение. Далее контроллер преобразует шестнадцатеричный  код измеренного напряжения, в  десятичный код, а затем в код  семи-сегментный. Таймер прерывает выполнение программы на подпрограмму управления индикатором, которая, используя вычисленный семи-сегментный код, засвечивает первый из трех знаков индикатора, при следующем прерывании - второй знак, а при следующем прерывании третий. И т.д.

Для измерения импульсных и переменных напряжений (пиковое, средневыпрямленное и среднеквадратическое значения), а также переменного тока обычно используются вольтметры постоянного тока совместно с соответствующими преобразователями.

        НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

6

Лист

№ документа

Подпись

Дата

1.3  Структурная схема цифрового  вольтметра

Структурная схема цифрового  вольтметра (ЦВ) поразрядного кодирования приведена на рис. 1.

Рассмотрим принцип работы разрабатываемого устройства. Действие ЦВ данного типа заключается в  последовательном сравнении измеряемого  напряжения с рядом образцовых напряжений, значения которых задаются по определённому  закону, например, по закону двоичного  или двоично-десятичного кода. Число, соответствующее набору образцовых напряжений, которым компенсируется измеряемое напряжение, представляет это значение в закодированной форме. Таким образом, напряжение преобразуется  в числовой эквивалент:

∆ - напряжение, соответствующее единице младшего разряда (шаг квантования); n - число разрядов кода; - коэффициент, равный 1 и 0 в зависимости от результатов сравнения в каждом такте.

ЦВ работает периодически. За один цикл измерений выполняется  одно измерение. Время цикла измерения  определяется выбранным алгоритмом формирования компенсационного напряжения.

Входное напряжение поступает на вход делителя, а с его выхода через входной усилитель напряжение , (K - коэффициент передачи входной цепи) - на один вход схемы сравнения. По сигналу запуска происходит сброс устройства управления. Импульсы с его выхода тактового генератора поступают вход схемы управления. Под действием каждого тактового импульса на выходе схемы управления формируются кодовые сигналы, которые поступают на входы ЦАП и одновременно на входы дешифратора. В соответствии с законом формирования кодовых сигналов на выходе ЦАП компенсирующее напряжение, которое поступает на другой вход схемы сравнения. Схема сравнения в зависимости от знака разности и подаёт соответствующий сигнал в схему управления, который приводит к прекращению поступления импульсов.

Напряжения в момент уравновешивания  связаны соотношением:

        НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

7

Лист

№ документа

Подпись

Дата

где - шаг квантования компенсационного напряжения; - порог чувствительности схемы сравнения.

Измеряемое напряжение:

Подбором  , где b = 0,1,2,… , добиваются, чтобы значение компенсационного напряжения соответствовало измеряемому напряжению с учётом постоянного множителя, т.е.:

В момент уравновешивания, значение кода управления фиксируется в схеме  управления и через дешифратор поступает  на входы индикатора, где оно высвечивается  в виде десятичных цифр. На этом один цикл измерения заканчивается.

В ЦВ данного типа погрешность  составляет 0,05-0,001 при обеспечении  высокого быстродействия (до 5000 преобразований в секунду).

НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

8

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Глава 2. Проектирование цифрового вольтметра поразрядного кодирования

2.1 Расчет основных  параметров вольтметра

Напряжение делителя напряжения:

_{Определим абсолютную погрешность измерения:}

Максимальное количество импульсов:

Так как индикаторы отображают количество импульсов, посчитанных  счетчиками, то выбираем По формуле (3) получаем:

В нашей схеме используется 12 - разрядный ЦАП, опорное напряжение которого:

        НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

9

Лист

№ документа

Подпись

Дата

2.2 Входное устройство

Входное устройство состоит  из схемы защиты от перенапряжения и делителя напряжения.

Делитель предназначен для  выбора пределов измерения за счет деления входного напряжения. В нашем  случае три предела измерения:

 0/0,1; 0/1; 0/10 В. Следовательно, будет три переключателя положений измерения SB1.1, SB2.1, SB3.1 и четыре резистора R1, R2, R3, R4.

Сопротивление на входе делителя напряжения примем равным  2 МОм с целью снижения влияний вольтметра на измеряемую цепь входным сопротивлением вольтметра. Общее сопротивление делителя составит:

Рассчитаем номиналы резисторов:

Номинал резистора 

Номинал резистора 

Номинал резистора 

Номинал резистора R3:

        НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

10

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Мощность:

Мощность, рекомендуемая  преподавателем:

Прямое напряжение:

Обратное напряжение:

Прямой ток:

Частота измерения:

Расчетное значение сопротивлений  сверим с рядом E192 с учетом допуска В качестве R1, R2, R3 и R4 будем использовать прецизионные резисторы типа С2-29B мощностью 0.25 Вт и с допуском Предельное рабочее напряжение составляет 200 В., что обеспечит необходимый запас прочности по напряжению.

R1 = 1,8 Мом. С2-29B - 0,25 - -

R2 = 180 кОм. С2-29B - 0,25 - -

R3 = 18 кОм. С2-29B - 0,25 - -

R4 = 2 кОм. С2-29B - 0,25 - -

Суммарная максимальная погрешность  делителя составляет:

Для защиты от перенапряжения воспользуемся двумя диодами  VD1, VD2 и

резистором, ограничивающими ток на входе. Для данной схемы возьмём два

диода типа КД212А, ток  которого равен 1А, максимальное прямое падение

        НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

11

Лист

№ документа

Подпись

Дата

напряжения  равно 1В, максимальное обратное падение напряжения равно 500В. Роль ограничительного резистора выполняет резистор R1 делителя напряжения.

В схеме входного устройства для усиления напряжения воспользуемся  прецизионным операционным усилителем К140УД25А.

Коэффициент усиления составляет:

В данной схеме включения  используется обратная отрицательная  связь. Отрицательная обратная связь  делает систему более устойчивой к случайному изменению параметров в случае возникновения помех. Так  как усилитель применяется для  усиления постоянного напряжения, то ее применение вполне оправдано.

Рассчитаем сопротивления  R9 и R11::

Примем номинал резистора  R9 равным:

Тогда получаем:

Номинал резистора R10:

        НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

12

Лист

№ документа

Подпись

Дата

2.3 Генератор тактовых импульсов

Рассмотрим схему генератора с кварцевым резонатором, выполненным  на логических элементах 2И-НЕ. Элемент DD1.1 охвачен здесь 100 %-ной отрицательной  обратной связью и, следовательно, представляет собой просто усилитель с коэффициентом  передачи 1. Элемент DD1.3 представляет собой  логический инвертор, который в моменты  переключения из одного состояния в  другое вносит в цепь небольшое усиление, достаточное для компенсации  потерь в кварцевом резонаторе и, значит, для возникновения незатухающего  колебательного процесса. Напряжение на выходе генератора имеет вид последовательности прямоугольных импульсов.

Основная задача генератора с кварцевым резонатором - получение  колебаний с весьма стабильной частотой. Для этого, нужно в максимально  возможной степени уменьшить  влияние на работу кварцевого резонатора подсоединяемой к нему внешней электрической  цепи. Частота автогенератора будет  определяться только частотой кварца. Частота генерируемых колебаний 10кГц.

В качестве элементов 2И-НЕ используются элементы микросхемы КР1554ЛА3, описание которой представлено ниже.

        НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

13

Лист

№ документа

Подпись

Дата

2.4 Схема устройства формирования  импульсов

Устройство формирования импульсов представляет собой делитель частоты, состоящий из четырех четырехразрядных синхронных счетчиков DD2, DD3, DD4, DD5 типа КР1554ИЕ10,  D триггера DD10.1 и 2-х ФКИ. Каждый из счетчиков делит частоту на 10, а триггер на 2. Таким образом, на выходе получится частота равная 0,2 Гц.

Принцип действия счетчика иллюстрируется временной диаграммой. Параллельная нагрузка данных осуществляется синхронно при по положительному фронту тактового импульса на входе C. При этом состояния входов  E могут быть произвольными.

В режиме счета (суммирования) должно выполняться условие  Обнуление счетчика асинхронное. Сигнал разрешения счета вырабатывается, если E1&E2 = 1. В то же время входы E1 и E2 неравноправны. Так, по входу  E2 разрешается не только счет, но и распространение сигнала переноса. В случае ИЕ10 расширять разрядность можно несколькими способами. Первый способ заключается в последовательной передаче сигнала переносов с входов  P на входы  E2 по цепочке счетчиков. Суть второго - сигнал переноса счетчика группы младших разрядов передается на все счетчики старших разрядов параллельно. В такой схеме переключение счетчиков будет происходить одновременно и также быстро, как и при работе одного счетчика.

ФКИ состоит триггера Шмитта с инверсией 1564ТЛ2, конденсатора C1, диода VD3 и резистора R17. Триггер Шмитта - бистабильное устройство с петлей гистерезиса, применяемое в цифровой технике для формирования импульсов с малым временем нарастания и спада. Характеризуется триггер верхним И нижним Пороговыми напряжениями , при которых происходит соответственно включение и выключение ИС.

Параметры диода VD3 приведены на страница 12 Выберем конденсатор C1,C2 марки К70-6, емкость которого равна 1 пФ. Значит номинальное сопротивление резистора R18,R19равно 14,3 кОм.

        НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

14

Лист

№ документа

Подпись

Дата

2.5 Устройство управления

Устройство управления предназначено  для формирования кодовой последовательности, управляющей работой ЦАП, а также  для формирования пачек импульсов, поступающих на схему индикации. Устройство управления выполнено на счетчиках DD6, DD7 и DD8 типа КР1554ИЕ7 (четырехразрядный синхронный реверсивный счетчик). Счетчик  выполняет функции: параллельную асинхронную  загрузку четырех разрядного оператора  по входу DI, суммирование тактовых импульсов по входу CU и вычитание по выходу CD. Коэффициент пересчета равен 16. Соответственно импульс между состояниями счетчика, отвечающими числами «15» и «0», а импульс на выходе PD формируется в паузе между «0» и «15».

Работает устройство управления следующим образом. Пока на выходе устройства сравнения высокий уровень напряжения, импульсы от генератора тактовых импульсов  проходят на счетчики через элементы DD6, DD7 и DD8. Счетчики подсчитывают импульсы и формируют кодовую последовательность. Когда напряжение на выходе ЦАП достигнет  напряжения на выходе входного устройства, на выходе устройства сравнения появится низкий уровень и поступление  импульсов от генератора прекращается. Таким образом, формируется пачка  импульсов, которая поступает на схему индикации. В таком состоянии  счетчики будут находиться до поступления  импульса сброса, после чего процесс  повторится.

        НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

15

Лист

№ документа

Подпись

Дата

2.6 Цифро-аналоговый преобразователь

В данной схеме используется 12-разрядный ЦАП типа К572ПА2А, описание которого приведено ниже.

Микросхемы умножающего  ЦАП К572ПА2А является универсальным  структурным звеном для построения микроэлектронных ЦАП. Она предназначена  для преобразования 12-разрядного прямого  двоичного кода на цифровых входах в ток на аналоговом выходе, который  пропорционален значениям кода и (или) опорного напряжения.

Нумерация и назначение выводов: 2 - аналоговый выход 2; 4 - аналоговая земля; 6 - вход регистра 1; 8 - 19 - цифровые входы 1 - 12; 21 - вход регистра 2; 22 - цифровая земля; 24 - напряжение источника питания UC2; 30 - вывод конечного резистора матрицы; 38 - опорное напряжение ; 47(28) - вывод резистора обратной связи; 48 - аналоговый выход 1; 1, 3, 5, 7, 23, 25 - 29, 31 - 37, 39 - 46 -незадействованные выводы.

Основные электрические  параметры:

Число разрядов b 12; дифференциальная нелинейность LD, %: 0,025; Время установления выходного тока tsI, мкс - 15; Выходной ток смещения нуля , нА - 30; Абсолютная погрешность преобразования в конечной точке шкалы Fa, МР-20; Ток потребления IC1,IC2, мА - 2.

Метод преобразования в ИС К572ПА2А предполагает суммирование всех разрядных токов, взвешенных по двоичному закону и пропорциональных значению опорного напряжения на входе 38 в соответствии с заданным значением  двоичного кода на цифровых входах ЦАП.

Преобразователь рассчитан  на работу от двух источников питания UC1 = 5 В ± 5 % и UC2 = 15 В ± 5 % при опорном напряжении = 10,24 В ± 20 мВ. Наличие отдельного вывода для питания входных усилителей-инверторов от источника +5 В ± 5 % позволяет подключить его к ТТЛ схемам без дополнительных резисторов. Точность преобразования при этом не ухудшается.

Микросхемы К572ПА2А допускает  эксплуатацию при изменении напряжений

источников питания UC1 от 4,7 до 17 В, UC2 от 12 до 17 В, опорного напряжения

НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

16

Лист

№ документа

Подпись

Дата

в диапазоне ± 22,5 В. Но при этом не гарантируются нормы на электрические параметры, и необходимо выполнение условия UC1 UC2, a UH1 UCC1.

Облегченный режим эксплуатации ИС К572ПА2А обеспечивается при

При подключении ЦАП используется быстродействующий усилитель К140УД18.

        НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

17

Лист

№ документа

Подпись

Дата

2.7 Устройство сравнения

Устройство сравнения  предназначено для сравнения  напряжения на выходе входного устройства с напряжением на выходе ЦАП. В  качестве устройства сравнения используется компаратор DA3 типа К521СА3А. Типовой  компаратор имеет два входа для  аналоговых сигналов: U_1вх и U_2вх и выход логического сигнала. Таким образом, компараторы можно рассматривать как линейно-дискретные схемы.

Компараторы напряжения характеризуются  рядом параметров, важнейшими из которых  являются чувствительность, быстродействие. Чувствительность, или разрешающая  способность - это минимальная разность аналоговых сигналов, которую можно  обнаружить компаратором и зафиксировать  на выходе как цифровой сигнал, соответствующий  переходу из одного логического состояния  в другое.

Быстродействие определяется таким параметром как время переключения. Время переключения оценивают с  момента подачи входного скачка до момента, когда выходной сигнал превысит пороговый уровень напряжения, соответствующий  логическим 1 или 0 в зависимости  от того, в каком начальном состоянии  находился компаратор.

Входное устройство, устройство формирования импульсов, устройство управления, ЦАП и устройство сравнения подключаются к схеме индикации. При этом используется элемент К1554ЛИ1 и три логических элемента 3И-НЕ К1554ЛА4.

        НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

18

Лист

№ документа

Подпись

Дата

2.8 Схема счета и индикации

Схема счета и индикации  предназначена для подсчета количества импульсов, формируемых временным  селектором и вывода подсчитанного  числа на светодиодные индикаторы.

Схема счета индикации  представляет собой десятичный счетчик  с коэффициентом счета равным 1000. Его основой являются 4 четырехразрядные синхронные счетчики  DD10 – DD13 типа КР1554ИЕ10, описание которых на страницах 18-19.

Все счетчики принудительно  сбрасываются импульсами, вырабатываемыми  формирователем импульсов. Для сброса счетчика используются 4 логических элемента  DD2.1 – DD2.4 2ИЛИ-НЕ типа К1554ЛЕ1, описание которых ниже.

Сигналы с выходов счетчиков  поступают на преобразователи двоично-десятичного  кода в семисегментный DD14 - DD17 типа К561ИД5. Описание которого приведено ниже.

ИМС К564ИД5 представляет собой преобразователь двоично-десятичного кода в семисегментный со встроенным буферным регистром. Преобразователь имеет вход стробирования записи данных в буферный регистр C. При подаче высокого уровня на этот вход, происходит прямое прохождение сигнала с входа на выход. По спаду импульса данные защелкиваются в буферном регистре. Вход G определяет активный уровень на выходе дешифратора. Если на этот вход подан «0», то активным будет высокий уровень и наоборот.

В качестве элементов  индикации измеряемого напряжения в данной схеме используются одноразрядные  светодиодные индикаторы  HG1 – HG4 типа КЛЦ201А с общим анодом, параметры которого приведены ниже.

Сегменты подключаются к  элементам индикации через токоограничивающие резисторы R20 – R50 транзисторы VT1 – VT28 типа КТ361А. Рассчитаем сопротивления этих резисторов, приняв ток сегмента равным 25мА

Из ряда  E24 принимаем сопротивление резисторов равным 43 Ом.

        НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

19

Лист

№ документа

Подпись

Дата

2.9 Разработка блока питания

Определим мощность, потребляемую устройством. Расчетные значения мощностей  приведены в таблице 17.

Таким образом нам необходимо построить схему блока питания, который выдает двуполярное напряжение +15В при максимальном токе 6 мА и напряжение +5В при максимальном токе 20 мА. Потребляемая от источника +5В мощность составляет 5,12 Вт, а от источника +15В - 0,43 Вт. Таким образом, мощность, потребляемая всем устройством, составляет 5,55 Вт.

В качестве трансформатора данной схеме использован трансформатор  ТПП258-127/220-50. Параметры используемого  трансформатора приведены в таблице 18.

В качестве выпрямителей используем диодные мосты VD5 типа КЦ407А и VD6 типа КЦ405Е. В качестве стабилизатора напряжения +15В используется микросхема DA4 типа КР142ЕН6А, представляющая собой интегральный двуполярный стабилизатор с фиксированным выходным напряжением +15В. Для получения напряжения +5В в данной схеме используется интегральный стабилизатор DA5 типа КР142ЕН5А. Параметры этих микросхем приведены в таблице 19.

Источник опорного напряжения на ИМС регулируемого стабилитрона DA6 типа TL431A, описание которой приведено ниже. ИОН представляет собой параметрический стабилизатор напряжения. Резистор R53 является гасящим, резисторы R51,R52 определяют напряжение стабилизации DA6.

Рассчитаем сопротивления  резисторов R52,R53, приняв опорное напряжение B, входной ток и сопротивление R51 = 3 кОм

Для более точной установки  опорного напряжения в качестве R52 применим переменный многооборотный резистор сопротивлением 1 кОм.

        НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

20

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Заключение

В данном курсовом проекте  был спроектирован цифровой вольтметр, работающий по принципу поразрядного кодирования. Был изучен метод и  технология построения электрических  принципиальных схем на основе элементной базы КМОП. Было изучено множество  микросхем. Успешно были закреплены знания по дисциплине «Проектирование  цифровых устройств», по правильному  выбору методики расчёта схем, анализу  исходных данных.

Для питания цифрового  вольтметра был разработан блок питания, вырабатывающий все необходимые  напряжения.

        НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

21

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Список используемых источников

1. http://www.support17.com/component/content/829.html?task=view
2. http://otherreferats.allbest.ru/manufacture/00053666_0.html
3. http://ru.wikipedia.org/wiki/%C2%EE%EB%FC%F2%EC%E5%F2%F0
4. http://www.shemki.ru/readarticle.php?article_id=344
5. http://elektropoleznosti.narod.ru/shemi/cv/cv.htm
6. http://it.fitib.altstu.ru/neud/ciu/index.php?doc=teor&module=6
7. http://kipservis.ru/elektrotehnika_emas/voltmetr.htm
8. http://www.coolreferat.com/Цифровой_измерительный_вольтметр
9. http://svv.on.ufanet.ru/adc.htm
10. http://ukrelektrik.com/forum/69-862-1
11. http://ref.repetiruem.ru/referat/cifrovojj-voltmetr-shh-304
12. http://www.refstar.ru/data/r/id.19686_1.html
13. http://irls.narod.ru/izm/volt/volt_pc.htm
14. http://www.kit-e.ru/articles/measure/2000_06_98.php
15. http://elwo.ru/publ/cifrovoj_voltmetr_setevogo_naprjazhenija_na_mikrokontrollere_attiny/1-1-0-417
16. http://ilab.xmedtest.net/?q=node/164
17. http://radioelectronika.ru/?mod=cxemi&sub_mod=full_cxema&id=646
18. Л.М. Гольденберг «Импульсные и цифровые устройства»
19. Я.С. Ицхоки, Н.И. Овчинников «Цифровые устройства»

         НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

37

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Приложение A

Структурная схема  ЦВ

Рис. 1 - Структурная схема ЦВ поразрядного кодирования

Рис. 2 - Диаграмма работы ЦВ поразрядного кодирования

        НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

22

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Приложение B

Входное устройство ЦВ

Риc. 3 - Схема входного делителя напряжения

Рис. 4 - Цоколевка ИМС К140УД25А

Рис. 5 - Схема включения  усилителя напряжения ИМС К140УД25А

        НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

23

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Табл. 1 - Назначение выводов ИМС К140УД25А

Табл. 2 - Параметры усилителя  ИМС К140УД25А

Рис. 6 - Схема входного устройства

        НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

24

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Приложение C

Генератор тактовых импульсов

Рис. 7 - Цоколевка ИМС КР1554ЛА3

Табл. 3 - Назначение выводов ИМС КР1554ЛА3

Табл. 4 - Параметры ИМС КР1554ЛА3

Рис. 8 - Схема генератора тактовых импульсов (ГТИ)

        НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

25

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Приложение D

Схема устройства формирования импульсов

Рис. 9 - Цоколевка ИМС КР1554ИЕ10

Табл. 5 - Назначение выводов ИМС КР1554ИЕ10

Табл. 6 - Параметры ИМС КР1554ИЕ10

Рис. 10 - Цоколевка D триггера

        НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

26

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Табл. 7 - Назначение входов -триггера

Рис. 11- Схема включения D триггера

Рис. 12 - Цоколевка триггера Шмитта

        НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

27

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Рис. 13 - Схема включения одного из 2-х ФКИ

Рис. 14 - Схема устройства формирования импульсов

        НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

28

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Приложение E

Устройство управления

Рис. 15 - Цоколевка ИМС КР1554ИЕ7

Табл. 8 - Параметры ИМС КР1554ИЕ7

Рис. 16 - Схема устройства управления

        НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

29

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Приложение F

Цифро-аналоговый преобразователь

Рис. 17 - Цоколевка ИМС К572ПА2А

Табл. 9 - Параметры  ИМС К572ПА2А

Рис. 18 - Схема включения  ЦАП К572ПА2А и устройства управления

         НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

30

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Приложение G

Устройство сравнения

Рис. 19 - Цоколевка ИМС К521СА3А

Рис. 20 - Схема включения  ИМС К521СА3А

Табл. 10 - Назначение выводов ИМС К521СА3А

Табл. 11 - Параметры  ИМС К521СА3А

         НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

31

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Рис. 21 - Цоколевка элемента К1554ЛИ1

Рис 22 - Цоколевка ИМС К1554ЛА4

Табл. 12 - Назначение выводов ИМС К1554ЛА4

Табл. 13 - Таблица  истинности ИМС К1554ЛА4

         НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

32

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Приложение H

Схема счета и  индикации

Рис. 23 - Цоколевка ИМС К564ЛЕ1

Табл. 14 - Параметры  ИМС К564ЛЕ1

Рис. 24 - Цоколевка ИМС К564ИД5

Табл. 15 - Параметры  ИМС К564ИД5

Табл. 16 - Параметры  КЛЦ201А

         НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

33

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Рис. 25 - Схема включения устройства индикации

         НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

34

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Приложение I

Разработка плока питания

Табл. 17 - Ток и мощность, потребляемые ИМС

Табл. 18 - Параметры трансформатора

Табл. 19 - Параметры выпрямительных мостов КЦ407А и КЦ405Е

Табл. 20 - Параметры стабилизаторов

Табл. 21 - Параметры ИМС  регулируемого стабилитрона TL431A

         НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

35

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Рис. 26 - Схема блока питания

         НТГПК им.Н.А. Демидова

Лист

36

Лист

№ документа

Подпись

Дата