1 Структурное проектирование цифрового вольтметра

Задачей этапа структурного проектирования является определение структуры проектируемого вольтметра и определение системных параметров прибора:

а) характеризующих свойства функции преобразования ЦВ:

– ступени квантования q₁ , q₂ , q₃для каждого из трех диапазонов измерения;

– количество М различных показаний (отсчетов) прибора;

- точность измерения, которая характеризуется при проектировании ЦВ приведенной погрешностью γ измерения, принимаемой одинаковой для всех диапазонов измерения.

б) характеризующих функции, выполняемые блокам структуры ЦВ:

– коэффициенты передачи аналогового преобразователя k₁ , k₂ , k₃

– величину ступени квантования qквквантователя;

– разрядность кодов m_кв и m_пр на выходе квантователя и преобразователя кодов, соответственно.

1. Разработка структуры цифрового вольтметра

Целью этого этапа является построение структурной схемы цифрового вольтметра, обеспечивающей выполнение требований, сформулированных в техническом задании. Структурная схема вольтметра отражает информационные связи между блоками, выполняющими преобразование измерительной информации. Количество блоков, их функции определяются следующими факторами: используемым в приборе типом квантователя, способами представления измерительной информации, требованиями к эксплуатационным характеристикам.

Разработанная структурная схема цифрового вольтметра представлена на рисунке 1.1

Рисунок 1.1 — Структурная схема цифрового вольтметра

Эта схема позволяет представить принцип измерения напряжения цифровым вольтметром измеряемое напряжение Ux на входе прибора подается на вход блока масштабирующего преобразователя МП, функция которого заключается в преобразовании уровня напряжения на входе прибора к такому уровню, при котором возможно осуществление операции квантования. Эта операция выполняется блоком квантования КВ, впроцессе которой бесконечному множеству возможных значений измеряемой величины ставится в соответствие конечное и счетное множество возможных показаний или выходных кодов. На выходе квантователя формируется цифровой двоично-десятичный код , представляющий результат квантования. Для отображения результата измерения, код полученный в квантователе, поступает в устройство преобразования кода — ПК, гдепреобразуется в единично-десятичный код,с помощью которого осуществляется управление состоянием элементов индикации в отображающем устройстве ОУ. Для окончательной реализации структурной схемы необходимо добавить устройство управления, функцией которого является формирование управляющих сигналов, с помощью которых устанавливается диапазон измерения напряжения, осуществляется согласование функционирования блоков вольтметра во времени, контроль процессов преобразования сигналов в цикле измерения и выявление ситуации выхода параметров за установленные пределы, при которой результаты измерения недопустимо искажаются.

1.2. Определение системных параметров

Определим ступень квантования по формуле 1:

, (1)

q₁=0.1*0.1*1.73/100=0.000173

q₂=0.1*1*1.73/100=0.00173

q₃=0.1*10*1.73/100=0.0173

Пользуясь формулой (2), определим коэффициенты передачи масштабирующего преобразователя,который имеет три режима работы

, (2)

K_m1 =10/0.1=100

K_m2 =10/1=10

K_m3 =10/10=1

Определим ступень квантования квантователя по формуле (3):

, (3)

q_кв = 10/1000=0.01

Т.к имеется три диапазона измерения, а квантователь работает на одном рабочем диапазоне, то для дальнейшей разработки цифрового вольтметра примем

• рабочий диапазон квантователя от 0 до 0.01 В.

Определим разрядности кодов m_кв и m_пр на выходе квантователя и преобразователя кодов:

_{mкв =4logM (4)}

_{mкв =4log1000=12}

_{mкв =8log1000=24}

Итак преобразователь кода можно представить состоящим из нескольких одинаковых преобразователей четырехразрядного двоичного кода в так называемый «семиразрядный» код.