Вход

Мілівольтметр на мікроконтролері

Дипломная работа по радиоэлектронике
Дата добавления: 20 июня 2011
Язык диплома: Украинский
Архив, rar, 614 кб
Диплом можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу
ВСТУП
Основним завданням при проектуванні вимірювальних приладів було і залишається досягнення певних метрологічних характеристик. На різних етапах розвитку обчислювальної техніки ця задача вирішувалась різними методами. Ці і технологічні методи, які зводились до вдосконалення технології, і конструктивні, і структурні. Структурні методи отримали особливий розвиток при створенні цифрових вимірювальних приладів. Покращення метрологічних характеристик і розширення функціональних можливостей приладів досягалось реалізацією певних структур, які знаходяться у більшості випадків евристичним шляхом. Вдосконалення елементної бази і велика інтеграція цифрових схем привели до розробки структурно-алгоритмічних методів, в яких вдосконалені структури сполучаються з реалізацією обчислювальних операцій. Використання зазначених методів дозволило виконувати автоматичну корекцію низки похідних вимірювань, сполучити різні методи перетворення форми інформації і забезпечувати при цьому високу швидкодію і розширення функціональних можливостей приладів.
Останні роки відзначені масовим наповненням ринку всілякою автоматизованою апаратурою різного призначення і різної складності.
Мікроконтролери входять в усі сфери життєдіяльності людини, їхня насиченість у нашому оточенні росте щорічно.
Широкою областю застосування мікроконтролерів є вимірювальна техніка. Поява перших мікроконтролерних вимірювальних приладів, так званих “інтелектуальних” приладів, визначило нове направлення розвитку приладобудування.
 
По мірі вдосконалення мікропроцесорної техніки складність таких приладів зростає і це ще у більшій мірі реалізуються можливості мікроконтролерів. Використання мікроконтролерів визначило новий підхід як до проектування, так і до експлуатації вимірювальних приладів.
Мікроконтро́лер (англ. microcontroller), або однокристальна мікроЕОМ — виконана у вигляді мікросхеми спеціалізована мікропроцесорна система, що включає мікропроцесор, блоки пам'яті для збереження коду програм і даних, порти вводу-виводу і блоки зі спеціальними функціями (лічильники, компаратори, АЦП та інші).
Використовується мікроконтро́лер для керування електронними пристроями. По суті, це — однокристальний комп'ютер, здатний виконувати прості завдання. Використання однієї мікросхеми значно знижує розміри, енергоспоживання і вартість пристроїв, побудованих на базі мікроконтролерів.
Мікроконтролери можна зустріти в багатьох сучасних приладах, таких як телефони, пральні машини, вони відповідають за працю двигунів і систем гальмування сучасних автомобілів, з їх допомогою створюються системи контролю і системи збору інформації. Переважна більшість процесорів, що випускаються у світі — мікроконтролери.
Вимірювання фізичних величин зазвичай здійснюється шляхом експерименту та обчислень за допомогою спеціальних технічних засобів. Залежно від виду вимірюваних величин, необхідної точності їх, умов проведення експерименту та виду потрібної інформації використовуються різноманітні засоби вимірювальної техніки, що видають відповідні сигнали вимірювальної інформації. Будь-яка фізична вимірювана величина завдяки засобам вимірювання перетворюється на відповідний сигнал, який спостерігач сприймає безпосередньо на шкалі приладу, або ж після перетворення і опрацювання передається через канали зв'язку на інші засоби вимірювання у вигляді сигналу зовсім іншої фізичної величини.
Стрімкий хід цифрових технологій привів до інтенсивного використання приладів з цифровою формою представлення результатів вимірювань. Цифрові вольтметри міцно увійшли до метрології, що стало слідством таких їх достоїнств, як висока точність і роздільна здатність, широкий діапазон вимірювань, представлення результатів вимірювань в цифровій формі (що зводить до мінімуму помилки і зчитування показань приладу на відстані), можливість отримання результатів спостережень у формі, зручній для введення в комп'ютер, і можливість включення їх до складу обчислювальних комплексів.
Розглянутий в дипломному проекті електронний цифровий мілівольтметр постійного струму з світлодіодним дисплеєм є прикладом широкого застосування мікроконтролерів. Завдяки тому, що мікроконтролер легко перепрограмувати, прилад можна удосконалити змінивши лише програму.
 
 
         ОПИСОВА ЧАСТИНА
Ремонт, наладка і регулювання будь-якого радіоелектронного пристрою неможливі без радіовимірювальних приладів, серед яких вольтметр, амперметр і омметр.
Електронні вольтметри складають найбільш численну групу серед радіовимірювальних приладів. Ці вольтметри мають великий опір як на низьких, так і на високих частотах, високу чутливість, споживають малу потужність від вимірювального кола, придатні для вимірювання середніх випрямних, середніх квадратичних і максимальних значень змінних напруг та імпульсних сигналів тривалістю, починаючи з наносекунд.
Електронним вольтметром називається прилад, показання якого відповідають величині вимірюваної напруги. Вимірювана напруга надходить на входи високоомних схем електронних приладів, завдяки чому вхідний опір електронних вольтметрів досягає вельми великих значень і вони допускають значні перевантаження.
Електронні вольтметри за родом вимірюваної напруги поділяють на види:
-              вольтметри постійної напруги;
-              вольтметри змінної напруги;
-              вольтметри імпульсної напруги;
-              селективні вольтметри;
-              універсальні вольтметри;
-              вимірювачі відношення напруг та їх різниці.
Електронні вольтметри діляться на аналогові і дискретні. У аналогових вольтметрах вимірювана напруга перетворюється в пропорційне значення постійного струму, вимірюване магнітоелектричним мікроамперметром, шкала якого градуюється в одиницях напруги (вольти, мілівольти, мікровольти). У дискретних вольтметрах вимірювана напруга піддається ряду перетворень, в результаті яких аналогова вимірювана величина перетвориться в дискретний сигнал, значення якого відображується на індикаторному пристрої у вигляді цифр, що світяться. Аналогові і дискретні вольтметри часто називають стрілочними і цифровими відповідно.
В даний час цифрові вимірювальні прилади застосовуються дуже широко, оскільки мають такий ряд переваг у порівнянні з аналоговими приладами — висока точність і роздільна здатність, широкий діапазон вимірів, представлення результатів вимірів в цифровій формі.
До недоліків використання цифрових вольтметрів відносять складність схем і конструкції, високу вартість, малу надійність, оскільки використання високоякісних електронних приборів завжди потребувало високої точності та якості роботи. По суті, ці недоліки є ретроспективою даного виду вимірювальних приладів. Їх можна віднести до розряду тимчасових, оскільки вже в даний час вони усуваються завдяки швидкому розвитку мікроелектроніки. І чим інтенсивніше буде розвиватися ця наука, тим ефективнішим буде ставати використання всього сімейства електронних вимірювальних приладів.
Принцип роботи ЦВ складається в перетворенні вимірювальної постійної або напруги, що повільно змінюється в електричний код, який відображається на табло у цифровій формі. Згідно з цим узагальнена структурна схема цифрового вольтметра складається з вхідного пристрою (ВхП), аналого-цифрового перетворювача (АЦП) та цифрового індикатора (ЦІ).
Аналогово-цифрові перетворювачі призначені для перетворення аналогових сигналів у відповідних їм цифрові, тобто для перетворення сигналів з неперервною шкалою значень в сигнали, що мають дискретну шкалу значень. А звітний пристрій відображає значення вимірюваної величини в цифровій формі.
У вимірювальних вольтметрах використовуються, в основному, схеми інтегруючого АЦП, і проектуємий прилад не є виключенням. До складу двотактних інтегруючих АЦП зазвичай входять операційні підсилювачі, компаратор напруги, аналогові ключі, джерело опорної напруги, двійково-десятковий лічильник, регістр дешифратор, генератор тактових імпульсів, вихідні схеми управління.
Вольтметри змінної напруги. Електронний вольтметр змінної напруги складається з перетворювача змінної напруги в постійне, підсилювача і магнітоелектричного індикатора. Часто на вході вольтметра встановлюється дільник напруги, що калібрується. за допомогою якого збільшується верхня межа вимірюваної напруги. Залежно від вигляду перетворення свідчення вольтметра може бути пропорційне амплітудному, середньовипрямленому або середньостатистичному значенню напруги, яка вимірюється.
При розробці електронних вольтметрів враховуються наступні основні технічні вимоги: висока чутливість; широкі межі вимірюваної напруги; широкий діапазон робочих частот; великий вхідний опір і мала вхідна ємкість; мала погрішність; відома залежність свідчень від форми кривої вимірюваної напруги.
 
 
         Аналітичний огляд
 Найбільш зручними в експлуатації приладами для вимірювання напруги є цифрові вольтметри. Вони можуть вимірювати як постійні, так і змінні напруги. Клас точності – до 0,001, діапазон – від одиниць мікровольт до декількох кіловольт. Сучасні мікропроцесорні цифрові вольтметри оснащені клавіатурою і часто дозволяють проводити вимірювання не тільки напруги, але й струму, опору тощо, тобто є багатофункціональними вимірювальними приладами – тестерами (мультиметрами або авометрами).
Серед вимірювальних приладів цифрові вольтметри займають особливе місце, так як вони дозволяють забезпечити автоматичний вибір межі та полярності вимірюваних напруг; автоматичну корекцію похибок; малі похибки виміру (0,01 – 0,001%) при широкому діапазоні вимірюваних напруг (від 0,1 мкВ до 1000 В), видачу результатів виміру у цифровому вигляді, документальну реєстрацію, ввід вимірювальної інформації в ЕОМ та складні інформаційно-вимірювальні системи. Цифровий вольтметр в порівнянні з аналоговим містить аналогово-цифровий перетворювач (кодуючий пристрій) (АЦП), пристрій цифрового відліку.
Цифрові вольтметри класифікують за способом перетворення безперервної величини у дискретну; структурної схеми АЦП; технічними засобами; способу компенсації.
За способом перетворювання розрізняють цифрові вольтметри з порозрядним кодуванням, з час-імпульсними і частото-імпульсними перетвореннями.
За способом структурної схеми АЦП цифрові вольтметри діляться на вольтметри прямого перетворення і урівноважуючого перетворення.
За технічними засобами цифрові вольтметри діляться на електромеханічні вольтметри та електронні вольтметри.
За способом врівноваги цифрові вольтметри діляться на вольтметри з слідкуючою та розгортаючою врівновагою.
Основні параметри цифрового вольтметра. Точність перетворення визначається похибкою квантування по рівню, що характеризується кількістю розрядів у вихідному коді.
Похибка цифрового вольтметра має дві складові, одна з яких залежить від вимірюваної величини (мультиплікативна), а інша не залежить (адитивна). Таке представлення пов’язано з дискретним принципом вимірювання безперервної величини, так як в процесі квантування виникає абсолютна похибка, обумовлена кінцевою кількістю рівнів квантування. Абсолютна похибка вимірювання напруги:
∆U=±(yвідн Ux + m знаків), або ∆U=±(yівідн Uкз + m знаків),
де, yвідн – відносна похибка вимірювання; Ux –значення вимірюваної напруги; Uкз – кінцеве значення на вибраній межі вимірювання; m знаків – значення, визначаєме одиницею молодшого розряду цифрового відлікового пристрою (адитивна похибка дискретності).
Основна припустима відносна похибка представляється і в іншому вигляді: yвідн = ±( a + bUкз /Ux ), де а і b – постійні числа, які характеризують клас точності приладу. Перший член похибки не залежить від показників приладу, а другий збільшується при зменшенні Ux, по гіперболічному закону.
© Рефератбанк, 2002 - 2017