Устройство контроля за уровнем аналоговых сигналов

рис. 1.5.3 Структурная схема устройства на микроконтроллере с внешним АЦП и блоком компорации.

где :

ВС – входной аналоговый сигнал,

СД – сигналы данных для индикации (в

том числе звуковой)

УС – сигналы управления индикацией

ФК – флаг компорации (результат сравнения)

Кі1, Кі2 – константы нижнего и верхнего пороговых уровней

1.6 Обоснование выбора структурной схемы

Учитывая все аспекты, рассмотренные в п.1.4 ПЗ, мы выбираем 1 вариант реализации (на микроконтроллере со встроенным АЦП).

1.7. Обоснование выбора ОМК для решаемой задачи

Для решения данной задачи необходим МК, который содержит в себе следующие характеристики в соответствии с ТЗ:

1) Встроенный АЦП с разрядностью 8р.

2) имеет 1 линий для ввода аналогового сигнала

3) имеет 14 линий вывода (8 – входные данные для семисегментные световые индикаторы, 3 – для выбора индикатора, 2-для светодиодов и 1- для динамика );

4) позволяет использовать кварцевый и внешний генератор;

5) имеет в наличии ПЗУ;

6) будет доступным и сравнительно недорогим.

7) иметь достаточное быстродействие

Еще одним немаловажным моментом является наличие документации на МК, чтобы правильно его запрограммировать.

Учитывая все требования, нами был выбран микроконтроллер PIC16C72, так как он в наибольшей степени удовлетворяет всем вышесказанным условиям.

Но поскольку оценить нужное быстродействие без написания программы трудно, возможно нам придется заменить его на микроконтроллер того же семейства 16с7х но более быстродействующий.

2. Структурная схема устройства и её описание

2.1Структурная схема

После обоснования выбора структурной схемы устройства останавливаемся на схеме с микроконтроллером со встроенным АЦП. Структурная схема приведена на рисунке 2.1.

рис. 2.1 Структурная схема устройства на микроконтроллере со встроенным АЦП.

где :

ВС – входной аналоговый сигнал,

СД – сигналы данных для индикации (в том числе звуковой),

УС – сигналы управления индикацией

2.1.1 Назначение отдельных функциональных блоков

Блок ЦПУ предназначен для преобразования входного аналогового сигнала в цифровое представление, сравнения этого значения с константами и в зависимости от результата сравнения осуществлять управление устройством индикации, предварительно преобразовав информацию о уровне аналогового входного сигнала в форму пригодную для блока индикации.

Блок индикации предназначен для вывода информации о уровне входного аналогового сигнала, в виде десятичных чисел, с заданными количеством знакомест и частотой обновления данных. Кроме того блок индикации с помощью двух светодиодов и динамика информирует попадает ли уровень сигнала в область, ограниченную константами Кі1 и Кі2.

2.2 Описание принципа действия и общий алгоритм работы

Аналоговый сигнал, поступающий на вход АЦП микроконтроллера, преобразовывается в цифровое представление. Затем микроконтроллер сравнивает уровень входного сигнала с двумя константами, хранящимися в ПЗУ, и в зависимости от результата сравнения подает сигналы на динамик и светодиоды, по линиям СД. Кроме того микроконтроллер преобразовывает информацию о уровне аналогового входного сигнала в форму пригодную для блока индикации, эта информация передается по линиям СД.

Обновление информации на блоке индикации целиком зависит от МК, оно происходит с заданной частотой 44 Гц. По линиям УС, от микроконтроллера в блок индикации, передаются сигналы, предназначенные для выбора знакоместа.

2.3 Функциональная схема устройства и ее краткое описание

Рисунок 3.1 Функциональная схема МКУ

Тактирование

поскольку на устройство наложены достаточно жесткие меры по скорости измерения мы будем использовать кварцевый генератор, кроме того с помощью замены кварца мы можем варьировать временем выполнения программы.

4. Расчет потребляемой мощности и определение требований к источникам питания.

4.1 Расчет потребляемых токов

Расчет потребляемых токов сводится к тому, что необходимо определить суммарное потребление тока всеми микросхемами, то есть:

(4.1)

где Iобщ - общий ток, потребляемый устройством,

Ik - ток, потребляемый k-той микросхемой,

m - общее число микросхем,

n - число микросхем данного типа.

*При условии индикации «8». Поскольку у нас динамическая индикация, то одновременно горит только один индикатор, поэтому общий потребляемый ток равен 35 mA( тоже самое и со светодиодами).

Получаем общий ток потребления:

Iобщ = 25 + 35 + 10+ 25 = 95 mA

4.2 Расчет потребляемой мощности

Расчет потребляемой мощности сводится к тому, что необходимо определить мощность потребляемую устройством, то есть:

(4.2)

где Робщ - общая потребляемая мощность,

Uпит - напряжение питания,Iобщ - общий ток потребления.

Принимаем потребляемую мощность не более 0,5 Вт.

4.3 Расчет надежности

Интенсивность отказов l характеризуется отношением числа изделий в единицу времени к числу изделий, продолжающих оставаться исправными к началу рассматриваемого промежутка времени:

(4.3)

где m - число изделий, отказавших за время t,

N - число исправно работающих изделий к началу промежутка времени.

Интенсивность отказов элементов следующая:

микросхемы – 0.85×10-6 (ч-1),

резисторы – 0.9×10-6 (ч-1),

конденсаторы – 1.4×10-6 (ч-1).

Тогда,

(ч-1)

Поскольку не учтена интенсивность отказа некоторых элементов примем что наработка на отказ составит около 35 000 часов. Такую надежность устройства можно считать приемлемой.

5. Расчет временных параметров

По ТЗ разрабатываемое устройство должно проводить динамическую индикацию с частотой 44Гц. И, в определенной ситуации, звуковую индикацию, с частотой последовательности импульсных сигналов 3730 Гц.

Для соблюдения поставленных в ТЗ условий нам потребуется выполнять процедуру динамической индикации через время tди=22727 мкс, а процедуру звуковой индикации через время tзи=268 мкс.

 Скачать реферат