Аналого-цифровой преобразователь с самоконтролем и реконфигурацией подсистемы контроля корабельного ЗРК

 

8 Расчет надежности

 

Надежность-это  свойство изделия выполнять заданные функции сохраняя свои эксплуатационные показатели в течение требуемого промежутка времени.

Надежность  схем должна обеспечиваться правильным набором элементов, правильным их соединением, согласованием параметров, грамотной  эксплуатацией.

Для каждого  элемента определяем значение интенсивности  отказов.

В состав устройства входят:

- цифровые  микросхемы:

1. 533ЛЛ1-1 шт.;
2. 533ЛН1-1 шт.;
3. 533ЛИ1-4 шт.;
4. 533ЛИ3-1 шт.;
5. 533ТР2-1 шт.;
6. 1401СА1-1 шт.;
7. 133ИР17-1 шт.

- аналоговые  микросхемы:

1. 530ГГ1-1 шт.;
2. AD688-4 шт.;
3. 315НР8 2 шт.;
4. 590КН25-24 шт.

Всего используется - 41 микросхема.

Интенсивность отказов для цифровых микросхем: l=0.0197*10^-6

Интенсивность отказов для аналоговых микросхем: l=0.033*10^-6

 

Основные расчетные формулы  интенсивности отказов аппаратуры:

                                                                                                   (8.1)

 

где l_i – интенсивность отказов элементов.

1 = 10*0,0197*10^-6  = 0,197*10^-6

интенсивность отказов  для цифровых микросхем.

2 =31*0,033*10^-6 = 1,023*10^-6

интенсивность отказов  для аналоговых микросхем.

1 + ₂= 0,197*10^-6 + 1,023*10^-6 = 1,22*10^-6   

Среднее время  наработки на отказа устройства, т.е. какое количество часов схема будет работать без поломок:

 

                                                                                            (8.2)

 

T₀   =1/1,22*10^-6 =8*10⁵  ч

Вероятность безотказной работы за определенный промежуток времени 

                                                                                                   (8.3)

 

где: t – время, за которое определяется вероятность безотказной работы.   

l – суммарная интенсивность отказов элементов

е – натуральный логарифм (е=2,71)

Среднее время работы за 1 год=500ч.:

P=2,71^{-1,22*0,000001*500}   =0,99939

В соответствии с техническим заданием среднее время наработки на отказ должно быть не менее 500 часов и вероятность безотказной работы должно быть 0,99 . Расчет показал, что условия заданные в техническом задании выполнены.

 

9 Расчет погрешности

 

Для общей  оценки и анализа распределения  различных видов инструментальной погрешности используем статистический метод. Все погрешности делятся на систематические и случайные. Систематические погрешности, в свою очередь, делятся на ряд групп в соответствии с вызывающими их причинами и используемыми элементами. Некоторые из этих погрешностей, образованные рядом факторов 1,2…n, могут характеризоваться некоторыми средними значениями  ∆_ср.1, ∆_ср.2 … ∆_ср.n и при оценке общей погрешности подлежат алгебраическому суммированию. Причины же 1,2…p, некоторых систематических погрешностей ∆_сист.1,  ∆_сист.2 …∆_{сист. p} независимы, а сами погрешности распределены по случайному закону вокруг средних значений и суммируются геометрически.

Случайные погрешности ∆_сл.1,  ∆_сл.2  ∆_сл.m являются действительно величинами случайными со своими одномерными законами распределения и всегда суммируются только геометрически.

Полную  инструментальную погрешность АЦП  при этом можно определить по формуле:

∆ _инстр. = (∆_ср.1 +  ∆_ср.2 +…+  ∆_ср.n ) + {(∆²_сл.1 +  ∆²_сл.2 +…+ ∆²_сл.m ) + (∆²_сист.1  +∆²_сист.2  +…+ ∆²_сист.p )}^1/2     ,                  (9.1)   

 

где:  ∆_ср.1 – средняя ошибка из причин 1…n

∆_сл.1 – случайная ошибка из причин 1…m

∆_сист.1– систематическая ошибка из причин 1…p

Формула 9.1 всегда справедлива при нормальном распределении отдельных случайных составляющих, а также в тех случаях, когда имеет место большое число независимых случайных погрешностей с различными законами распределения.

Сумма инструментальной погрешности и погрешности квантования(методическая погрешность) определяет максимальную суммарную погрешность функции преобразования:                  

∆_общ.= ∆_инстр+ ∆_м          (9.2)

∆_инстр – инструментальная погрешность

∆_м - методическая погрешность (равна половине величине)

АЦП с  числом разрядов n=12 имеющего следующие величины ошибок:

 

Таблица 9.1

 

∆ _инстр. = 0,061% + {(0,001)² + (0,002)² + (0,001)² + (0,004)² + (0,002)²}^1/2  + {(0,001)² + (0,002)² + (0,001)² + (0,003)² + (0,002)²}^1/2 =

0,061% + 0,009%=0,07%

Из расчетов видно что инструментальная погрешность  равна 0,07%, что превышает заданное условие т.е. 0,0125%, однако за счет регулирования источника опорного напряжения среднюю ошибку (0,061) можно свести к 0.Получаем что инструментальная погрешность равна 0,009%.

Методическая  погрешность: 0.5x2,5мВ=1,25мВ=1,25x10^-3 В=0,0125%

Таким образом, видно, что максимальная общая погрешность равна

∆_общ =0,0125%+0,009%=0,0215%, и не превышает заданную 0,025%.

 

10 Моделирование погрешностей в аналогово-цифровом преобразователе

10.1 Программирование в Lab VIEW

 

Lab VIEW – это аббревиатура от Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench (среда разработки лабораторных виртуальных инструментов для инженеров) – это графический объектно-ориентированный универсальный язык программирования, разработанный корпорацией National Instruments. Программа, разработанная в системе LabVIEW, называется виртуальным инструментом (VI или ВИ), поскольку она моделирует некоторый реальный или воображаемый прибор.

LabVIEW имеет большой набор готовых библиотек программ ВИ для математических, логических, текстовых преобразований данных, операций ввода/вывода, управления таймером компьютера, интерфейсными модулями и т.д. Лицевая панель ВИ представляет собой аналог панели некоторого реального или воображаемого прибора с возможностью выбора разнообразных органов управления программой (интерактивный интерфейс пользователя). Регуляторы (control) служат для ввода данных в программу, а индикаторы (indicator) – для отображения результатов работы. Блок-диаграмма ВИ соответствует лицевой  панели ВИ и создается одновременно, но в другом окне. Блок- диаграмма собственно и является программой в LabVIEW. Компоненты блок-диаграммы соответствуют элементам традиционного языка программирования, например, циклам, операторам условного перехода, арифметическим функциям, и т.п., но они представлены в виде графических объектов. Необходимо отметить, что ВИ создается в виде иерархической модульной структуры. ВИ, расположенный внутри блок-диаграммы другого ВИ, называется виртуальным подприбором  (sub VI) и обозначается значком-иконкой. Иконка-коннектор как раз и служит для обозначения подпрограммы, причем для ввода и вывода данных иконка имеет специальные терминалы, с помощью которых она по определенным правилам включается в блок-диаграмму нового ВИ.

 

10.2 Расчет погрешностей с помощью Lab VIEW

10.2.1 Вычисление мультипликативной  погрешности

 

В виртуальном  приборе SAR.vi на блок-диаграмме заменим число 256 на число 246. На лицевой панели установим напряжение, соответствующее коду 11111111 и в графе DIGITIZED VALUE зафиксируем величину входного напряжения. Вычислим абсолютную величину мультипликативной погрешности. Мультипликативная погрешность может быть определена как отношение разности между реальным значением входной величины и номинальным к данному номинальному значению:

 

                 (10.1)

 

Рисунок 10.1. Лицевая панель 8-разрядногоАЦП с измененной величиной опорного напряжения

 

Рисунок 10. 2. Блок-диаграмма 8-разрядного АЦП с измененной величиной опорного напряжения

 

Для того чтобы вернуться к прежнему значению опорного напряжения равному 256 мВ необходимо не сохранять данный ВП, чтобы можно  было после проведенных измерений установить прежнюю величину опорного напряжения 256 мВ. Установим прежнюю величину опорного напряжения 256.

 

10.2.2 Вычисление аддитивной погрешности

 

В виртуальном  приборе SAR.vi на блок-диаграме заменим число 0 на другое, например, на число 2.

Рисунок 10.3. Блок-диаграмма 8-разрядного АЦП с измененной величиной смещения нуля (2мВ)

 

Для того чтобы вернуться к прежнему значению величины смещения нуля (0 мВ) необходимо не сохранять данный ВП, чтобы можно  было после проведенных измерений  установить прежнюю величину смещения нуля (0 мВ). Установим прежнюю величину смещения нуля (0 мВ).

На рисунке  10.3 показана лицевая панель 8-разрядного АЦП с измененной величиной смещения нуля (2мВ).

Осуществим  переход  на лицевую панель, которая  открывается после выбора Show Panel  меню  Windows.

Установим в графе INPUT VOLTAGE число 7. Зафиксируем величину кода.

Запустим  виртуальный прибор SAR.vi., перейдём к блок-диаграмме и заменим число 2 на прежнее значение 0. Зафиксируем величину кода при входном напряжении 7мВ. Вычислим абсолютную величину аддитивной погрешности.

 

,                  (10.2)

Где – абсолютное значение данной погрешности, численно равное значению входной величины Хсм, соответствующему нулевому коду на выходе АЦП, Хнм – предельное номинальное значение входной величины, определяемое диапазоном ее изменения.

 

 

Рисунок 10.4. Лицевая панель 8-разрядногоАЦП c величиной смещения нуля (2 мВ)

 

Рисунок 10.5. Лицевая панель 8-разрядногоАЦП при величине входного напряжения 7мВ (при нулевом напряжении смещения нуля и номинальном значении опорного напряжения)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11 Интерфейс АЦП

 

В АЦП последовательного  приближения выходное значение кода  может быть считано в виде последовательного  кода прямо с компаратора или  регистра последовательного приближения(РПП).

Для связи  данного АЦП с приемником информации воспользуемся SPI-интерфейсом. Он работает следующим образом. В приемнике информации. Имеется процессор, который является является ведущим. Он инициирует начало процесса преобразования подачей импульса на вход «Пуск» АЦП. С тактового выхода процессора на вход синхронизации АЦП постепает последовательность тактовых импульсов. Начиная со второго такта после пуска на выходе данных АЦП формируется последовательный код выходного слова старшими разрядами вперед. Этот сигнал поступает на вход MISO процессора. Такой интерфейс имеет скорость не менее 500 кббит/c, что удовлетворяет требованию технического задания (200кбит/с).

 

 

 

 

 

 

 

 

12 Организационно – экономическая часть

12.1 Введение

 

В экономической  ситуации нашего времени у предприятий  появляются большие возможности  для выбора типа деятельности, дальнейшего  совершенствования, развития выхода на мировой рынок и т.п. Но для  того, чтобы в условиях свободного рынка продукция предприятия  пользовалась повышенным спросом, она  должна содержать в себе множество  различных свойств и удовлетворять  большому числу требований как внутри страны (стандарт ГОСТ Р ИСО 9001-96), так международным стандартом. На сегодняшний день только такие предприятия являются благополучными.

При создании нового устройства или прибора исследователи  и конструкторы всегда должны учитывать  не только современную и техническую, но и экономическую сторону проводимой разработки. Экономический анализ дает возможность выбрать наиболее эффективный  вариант новой техники, способствующий внесению в создаваемую конструкцию  таких улучшений, которые позволили  бы получить необходимые результаты при наименьших материальных, трудовых и денежных затратах. Одним из оптимальных  вариантов достижения таких решений  является прогрессивная форма планирования - бизнес-план.

Бизнес-план составляется в целях эффективного управления и планирования бизнеса  и является одним из основных инструментов управления предприятием, определяющих эффективность его деятельности.