Выбор АЦП и согласование его с датчиком

В качестве АЦП выбираем К1113ПВ1 – АЦП последовательных приближений, так как параметры данной микросхемы удовлетворяют полученному в расчётах выходному напряжению нагрузки .

Параметры микросхемы К1113ПВ1 приведём в таблице 2:

Таблица 2.

Тип Микро-схемы	N	, % (МЗР)	, мкс	, В	, В	, В
К1113ПВ1		(1)		5±5%; -15±5%	±10	10,24	2,4/0,4

АЦП имеет внутренний источник опорного напряже­ния, тактовый генератор и компаратор напряжения. Для включения АЦП требуются источники питания и формирователь преобразования. Схема построения АЦП приведена на рис. 3.

а) б)

Рис. 3. Микросхема К1113ПВ1.

а —функциональная схема:

1 — ЦАП;

2 — регистр последовательного прибли­жения (РПП);

3 — буферный усилитель;

4 — компаратор;

5 — схема управле­ния сдвигом нуля;

6 — генератор;

7— источник опорного напряжения;

8 — де­литель;

9 — схема формирования сигнала «Готовность данных»;

10 — схема управления преобразованием и выводом данных;

б — схема включения Выводы:

1 (9-й разряд) — 9 (СЗР) — цифровые выходы;

10 — плюс U_ип;

11 — вход управления выводом и вводом данных;

12 — минус U_ип;

13 — аналого­вый вход;

14 — «аналоговая земля»;

15 — управление сдвигом нуля;

16 — «цифровая земля»;

17 — выход готовности данных;

18 —МЗР

Микросхема имеет выходные устройства с тремя устойчивыми состояниями, что упро­щает его сопряжение с шиной данных микропроцессора. Несколько АЦП могут обслуживать один микропроцессор, и наоборот.

Режим работы микросхемы в микропроцессорной системе определяется уп­равляющими импульсами от микропроцессора. При поступлении на вход «Гашение и преобразование» микросхемы К1113ПВ1 уровня лог. 0 АЦП начинает преобразование входной информации. Через время, необходимое для преобразования, на выходе АЦП «Готовность дан­ных» появляется сигнал с уровнем лог. 1, запрашивающий вывод дан­ных с АЦП на шину данных системы. Приняв данные в системную магистраль, МП устанавливает на входе «Гашение и преобразование» АЦПуровень лог. 1, который «гасит» информацию, содержащуюся в регистре последовательного приближения, и АЦП снова готов к приему и обработке входных данных.

Аналого-цифровой преобра­зователь может обрабатывать входную информацию в виде однополярного аналогового напряжения до 10,24В и двухполярного ±5,12В. При включении АЦП в двухполярном режиме вывод 15 (управление сдвигом нуля) должен быть открыт, а в однополярном режиме его необходимо соединить с выводом «цифровая земля».

Микросхема К1113ПВ1 допускает предварительную установку напряже­ния смещения нуля. В зависимости от точности регулирования и диа­пазона необходимой шкалы входного напряжения применяются раз­личные варианты схем регулирования напряжения смещения. Так, при максимальном диапазоне входного сигнала U_BX = 10,24 В регулировка

напряжения смещения проводят переменным резистором 100…200Ом, подключенным между источником сигнала и аналоговым входом 13, а для достижения точности ±1/2 единицы МЗР – переменным резистором 5…50 Ом, подключенным с выхода 14 («аналоговая земля») на «корпус».

Таким образом, для согласования датчика и АЦП нам потребуется делитель напряжения для уменьшения сигнала, так как U_{вх АЦП}=10,24В, а выходное напряжение потенциометрического датчика U_вых.н=17,052В. Рассчитаем значения сопротивлений делителя напряжения.

Для расчета сопротивления, с которого снимается сигнал на АЦП, воспользуемся соотношением:

, где , ,тогда

Исходя из полученных значений сопротивлений выбираем:

1) R_н1 - МЛТ 0,5Вт 18КОм;

2) R_н2 – МЛТ 0,5Вт 39КОм.

Таким образом, получаем следующую схему (см приложение).

Расчет надежности

Вероятность безотказной работы изделия при основном соединении N элементов записывается как

На практике наиболее часто интенсивность отказов изделий яв­ляется величиной постоянной. При этом время возникновения от­казов обычно подчинено экспоненциальному закону распределения. Тогда

Если имеется r типов элементов и i-й тип содержит N_i равнонадежных элементов, то

Для расчета надежности необходимо знать: 1) вид соединения элементов расчета надежности; 2) типы элементов, входящих в изделие, и число элементов каждого типа; 3) величины интенсивности отказов элементов li, входящих в изделие.

Принимая во внимание режим работы элементов, тре­буется ввести поправочные коэффициенты:

- a_i учитывающий темпе­ратуру и электрическую нагрузку,

- k_i, учитывающий механические нагрузки и относительную влажность окружающего воздуха.

Итак, получим следующие характеристики надёжности схемы:

1. Средняя интенсивность отказа:

2. Вероятность безотказной работы, в течение 500 часов:

3. Средняя наработка до первого отказа:

часов.

Все параметры удовлетворяют требуемым значениям. Полученная вероятность безотказной работы схемы в течение 500 часов удовлетворяет требованию надёжности

,

следовательно, дополнительно предусматривать резервирование элементов нет необходимости.