Разработка цифрового вольтметра

 

 

 

 

Рисунок 11 – Временной селектор

 

3.6 Система индикации

Система индикация состоит из четырех двоично-десятичных счетчиков DD4-DD7, служащих для подсчета числа импульсов попавших в интервал. Четырех дешифраторов DD8-DD11 (КМ555ИД18), состоящий из семи узлов формирующих управляющий сигнал для одного из сегментов индикатора и индикатора отображающего число подсчитанных импульсов, эквивалентных измеряемому напряжению. Схема подключения полупроводникового семисегментного индикатора к двоично-десятичному счетчику сделана по схеме с общим катодом.

Выводы счётчика КР1533ИЕ2:

D0,D1,D2 – информационные входы; С1,С2–счётные входы; Q1,Q2,Q4,Q8 – выходы счётчика;

 

 

3.7 Генератор счетных  и управляющих импульсов

 

Рассмотрим схему генератора с кварцевым резонатором, выполненным на логических элементах ИЛИ-НЕ. Элемент DD3.1 охвачен здесь 100 %-ной отрицательной обратной связью и, следовательно, представляет собой просто усилитель с коэффициентом передачи 1. Элемент DD3.2 представляет собой логический инвертор, который в моменты переключения из одного состояния в другое вносит в цепь небольшое усиление, достаточное для компенсации потерь в кварцевом резонаторе и, значит, для возникновения незатухающего колебательного процесса. Напряжение на выходе генератора имеет вид последовательности прямоугольных импульсов.

Основная задача генератора с кварцевым резонатором - получение колебаний с весьма стабильной частотой. Для этого, нужно в максимально возможной степени уменьшить влияние на работу кварцевого резонатора подсоединяемой к нему внешней электрической цепи. Для этой цели добавлен элемент DD3.3.Частота автогенератора будет определяться только частотой кварца.

Так как нам требуется частота импульсов  800 Гц и 4 Гц, то воспользуемся кварцевым генератором на 8 кГц. Используя счётчик DD12, который делит частоту с генератора на 10, и элемент «И» (DD2.2) снимаем счётные импульсы 800 Гц.

 При помощи счетчики DD13,DD14 и DD15 разделим частоту генератора на 10000 и получим 8 Гц, а JK триггерам DD16 на 2 получим 4 Гц (управляющий импульс).

 

 

 

 

 

 

4 Расчет погрешности вольтметра

 

Погрешность дискретности возникает при измерении интервала времени заполняемого счетными импульсами. Она возникает вследствие того, что моменты появления счетных импульсов не синхронизированы с фронтом заполняемого ими временного интервала. В реальной схеме непосредственно подсчитываются счетные импульсы, а не временные интервалы их следования, поэтому округление может производиться как в сторону большего, так и в сторону меньшего значения, не обязательно до ближайшего целого.

Полная погрешность вольтметра определяется как сумма погрешностей отдельных блоков вольтметра. В данном случае это: погрешность входного делителя напряжения, погрешность индикации, погрешность дискретности и погрешность задающего генератора.

 

sвх – погрешность входного делителя, так как в делителе используются прецизионные резисторы, то погрешность делителя определяется погрешностью этих резисторов и составляет 0.05%.

sинд - погрешность индикации равна 10-3

 – погрешность дискретизации  равная %

sген – так как в генераторе используется кварц, то погрешность генератора составляет 0,01%

Данная погрешность не превышает заданную.

 

5 Расчет потребляемой мощности ЦВ

 

В разработанном устройстве применены различные цифровые и аналоговые микросхемы, питание микросхем осуществляется от различных источников напряжения, они потребляют различные токи. Для удобства расчета сведем все параметры в таблицу (см. табл.1).

 

Таблица 1 – Параметры микросхем
Микросхема	Кол-во	Uпит, В	Iпотр, мкА	Рпотр, мВт
К140УД7	2	15	280	340
К554СА5	3	15	600	1500
КР1533ЛА3	2	5	<0,5	600
КР1533ЛИ1	2	5	<2	300
КР1533ЛН1	1	5	<0,5	300
КР1533ИЕ2	4	5	<0,2	1200
КМ555ИД18	4	5	<0,16	800
КР1533ИЕ5	4	5	<25	1500
КР1533ТВ15	1	5	<1	300
3ЛС324А1	4	2,5	200	800

 

Таким образом: для напряжения +5В потребляемая мощность составляет 3380 мВт или 3.38 Вт; для напряжения ±15В потребляемая мощность составляет 375,1 мВт или 0.38 Вт. Следовательно все устройство потребляет 3,76 Вт. Для большей надежности увеличим потребляемую мощность на 30%, она составит 4,89 Вт.

 

 

 

6 Блок питания

 

Рассчитаем необходимую мощность и ток вторичных обмоток трансформатора для питания цифрового вольтметра:

Исходя из расчётов, возьмём трансформатор ТПП 218-127/220-50 обеспечивающий выходное напряжение на вторичных обмотках 20В. Параметры этого трансформатора приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Параметры трансформатора ТПП 218-127/220-50

U(I),В	I (I),А	P,Вт	I  (II),А	U(II),В
220	0.061	9	0.128	11,12	15,16	19,20
				10	20	5

 

Для получения выпрямленного пульсирующего напряжения на входе стабилизаторов применим диодные мосты К142НД1. В качестве стабилизатора используются микросхемы КР142ЕН15А и КР142ЕН5А. Параметры данных микросхем приведены в таблицах 3 и 4..

Таблица 3 – Параметры микросхемы КР142ЕН15А

Uвых,В при Uвх=±20В	Максимально  падение напряжения,В	Нестабильность  по  напряжению, %/В	I+пот,мА	I-пот,мА
±(14.5В..15.5)	£3	³0.01	£5	6

 

Назначение выводов: 1 – общий; 2 – балансировка Uвых; 3,12 – частотная коррекция; 4 – выход положительный (II); 5 – выход положительный (I); 6,8,13 – свободные; 7 – вход положительный; 8 – вход отрицательный; 10 – выход отрицательный (I); 11 – выход отрицательный (II); 14 – регулировка Uвых.

В микросхеме предусмотрена возможность регулировки выходного напряжения в диапазоне 5..20В при допустимых входных напряжениях, лежащих в диапазоне ±(5..25)В, с помощью резистора R1.   Также предусмотрена возможность подстройки фиксированного и регулируемого выходного напряжения в пределах ±1В с помощью резистора R2.

 

 

 

Таблица 4 – Параметры микросхемы К142ЕН5

Тип стабилизатора	КнU,%	КнI,%	Uвых, В	Iпот, мА
К142ЕН5А	0,05	3	4,9..5,1	10

 

Конденсаторы C7, C13 = C8, C14 ³ 1000мкФ, C9, C15 = C10, C16 ³ 0.01мкФ, C11, C17 = C12, C18 ³ 10мкФ.  Рекомендуется выдерживать соотношения 
C11, C17 / C9, C15 = C12, C18 / C10, C16 = 50:100; R1 – резистор регулировки выходного напряжения; R2 – резистор балансировки выходного напряжения; R1, = R2 = 33кОм±10%.

Таким образом, необходимо предварительно отрегулировать DA1 на выходное напряжение ±15В, а DA2 – на ±5В. Схема электрическая принципиальная блока питания приведена в приложении В.

 

Заключение

В данном курсовом проекте был разработан цифровой вольтметр (ЦВ), работающий по принципу двойного интегрирования и имеющий следующие технические характеристики:

Вид измеряемого напряжения – постоянное;

Пределы измерения 0-10 В

Точность измерения 0.1%

Время измерения 0,25 с

Для питания цифрового вольтметра был разработан блок питания, вырабатывающий все необходимые напряжения.

 

 

Литература

 

1. Радио 91 №3 стр.50
2. А.В. Шилейко «Электронные устройства железнодорожной автоматики, телемеханики и связи», 1989 г.
3. С.В. Якубовского «Аналоговые и цифровые интегральные схемы», 1979 г.
4. Б.В. Тарабрин «Справочник по интегральным микросхемам», 1980 г.
5. Б.В. Тарабрин «Справочник по интегральным микросхемам», 1977 г.
6. М.И. Богданович и др. «Цифровые интегральные микросхемы», 1991 г.
7. Е.С. Липин «Применение полупроводниковых индикаторов», 1991 г.
8. Б.В. Тарабрин «Интегральные микросхемы», 1985 г.
9. Н.Н. Акимов и др. «Резисторы. Конденсаторы. Трансформаторы. Дроссели. Коммутационные устройства. РЭА», 1994 г.
10. А.Г. Алексеенко «Применение прецизионных аналоговых микросхем», 1985 г.
11. О.А. Шульгин, И.Б. Шульгина, А.Б. Воробьёв«Электронный справочник по цифровым логическим микросхемам»,1997 г.

 

Приложение А – принципиальная схема ЦВ

 

Приложение Б – Перечень элементов на  ЦВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение В – принципиальная схема блока питания

 

Приложение Г – Перечень элементов БП