Проведём назначение требований узлам функциональной схемы (рисунок 4) в соответствии с техническим заданием. Для всякого преобразователя аналоговой величины в код расчет структуры начинается с определения числа уровней квантования Nx max или числа разрядов n АЦП:
Nx max = Xm / Δk, (1)
где Xm - максимальное значение входной величины, Δk - шаг квантования.
Разрядность АЦП n определяется как:
=logaNx max, (2)
где а - основание системы счисления АЦП.
Число разрядов округляется до ближайшего большего целого значения n ≥ logaNx max.
Суммарную погрешность устройства представим двумя составляющими:
, (3)
где δмет - погрешность метода, реализуемого в устройстве (преобразования аналоговой величины в дискретную);
δинст - инструментальная погрешность, обусловленная не идеальностью применённых функциональных узлов.
По техническому заданию погрешность преобразования не более 1%. Для разделения суммарной погрешности на методическую и инструментальную, на основе знания возможностей и параметров современной функциональной и элементной базы электронных устройств, распределим суммарную погрешность следующим образом:
;
.
Тогда максимально допустимый погрешностью шаг квантования находим по формуле:
. (4)
Определим необходимое количество уровней квантования для проектируемого АЦП:
Nx max = Xm/Dk = 10/0,02≈ 500. (5)
Определим минимальное количество разрядов АЦП, которое может обеспечить рассчитанное число уровней квантования.
, (6)
или . Возьмем n=9.
Будем использовать структуру АЦП с 2-мя группами: 5 двоичных разрядов в первой и 4 во второй группе.
При кванте АЦП в 20 мВ и числе разрядов n=9, максимальное значение входного напряжения которое он сможет зарегистрировать определяется:
Uвх max = (2n-1)×Dk = (29-1)×0,02 = 10,22 В. (7)
Рассчитаем опорные напряжения для каждого АЦП. Максимальное напряжение которое должен преобразовать второй АЦП найдём так:
Uоп 2 = (24-1)×0,02 = 0,3 В. (8)
Это и будет опорное напряжение для второго АЦП. Для первого же АЦП максимальное опорное напряжение будет равняться:
Uоп 1 = Uвх max - Uоп 2 = 10,22 - 0,3 = 9,92. (9)
По ТЗ преобразование сигнала должно происходить за 5 мс. Тогда время полного преобразование поделим на 2 основных группы преобразований состоящих из первого и второго АЦП.
tпр узла= tпр/2 = 5/3 мс = 2,5 мс. (10)
Примем ограничение на время преобразования для первого и второго АЦП и ЦАП:
τ = tпр/3 = 5/3 мс = 1,6 мс. (11)
Генератор строб импульсов должен последовательно приводить в действие первый и второй АЦП, тогда его частота будет равна:
= 1/ tпр узла = 1/2,5 мс = 400 Гц. (12)
Результаты расчетов занесены в таблицу 1.
Таблица 1 - Требования к основным узлам
Наименование параметров | Обозначение | Единицы измерения | Значение параметров узлов схемы | ||||||
АЦП1 | АЦП2 | ЦАП | Генератор строб-импульсов | Регистр | ИОН 1 | ИОН 2 | |||
Выходные | Uоп | В | 9,92 | 0,3 | |||||
Входные | |||||||||
Временные и частотные | f | Гц | |||||||
tпр | мс | 1,6 | 1,6 | 1,6 | |||||
Прочие | Число разрядов | шт | |||||||
Основание системы счисления |