Расчет активного фильтра нижних частот
Для реализации ФНЧ используем RC-фильтр Баттерворта, порядок фильтра рассчитывается исходя из требований к АЧХ.
Основными характеристиками и параметрами фильтра нижних частот являются:
– верхняя граничная частота 
= 18 кГц;
– коэффициент передачи по напряжению в полосе пропускания 
=5;
– минимальное затухание в полосе пропускания α1= 0,5 дБ;
– максимальное затухание в полосе задерживания α2= 20 дБ;.
– ширина переходного участка АЧХ Δf= 22 кГц.
Порядок фильтра рассчитаем по формуле:
 ,
| (2.2.1) |
где n – порядок фильтра, α1 – минимальное затухание в полосе пропускания, α2– максимальное затухание в полосе задерживания, Δf - ширина переходного участка АЧХ,ωс = . Находя ближайшее целое число, получим n=3.
Следующим шагом при расчете фильтра нижних частот является разработка функциональной и принципиальной схем.
На функциональной схеме n=N1+N2=2+1=3 – порядок ФНЧ, схема представлена на рисунке 4.
Рисунок 4 – Функциональная схема ФНЧ
Коэффициент передачи по напряжению в полосе пропускания = 5, определим коэффициенты передачи для каждого из звеньев:k1=5, k2=1.
В качестве принципиальной схемы ФНЧ выбираем схему на ИНУН. Принципиальная схема ФНЧ пятого порядка на ИНУН представлена на рисунке 5.
Рисунок 5 – Принципиальная схема ФНЧ третьего порядка на ИНУН
Таблица 2 – Исходные данные для расчета ФНЧ
| Тип ФНЧ | Порядок фильтра | Минимальное затухание в полосе пропускания α1, дБ | B | C | ||
| Баттерворт
| 3 | 0,5 | 1,000 | 1,000 | ||
| - | 1,000 |
Номинальное значение емкости C2 задается близкое к величине 
Ф.
| (2.2.2) |
Значение емкости C1 выбираем из условия:
| (2.2.3) |
Номиналы резисторов рассчитываются по формулам:
| (2.2.4) |
Для первого звена (B=1,000и C=1,000) с коэффициентом передачи 5 рассчитаем значение емкости C1 и значения резисторов:
С1=0,22*10-10Ф;
R1=32*103Ом;
R2=1,872*103 Ом;
R3=42,13*103Ом;
R4=168,5*103Ом.
Для второго звена (B=– и C=1,000) с коэффициентом передачи1Значение емкости C3выбирается близким к значению Ф. При этом значения сопротивлений определяются по формулам:
| (2.2.5) |
Если k = 1, то R6 = ∞ (разрыв), а R7 = 0:
С3=0,056*10-10 Ф;
R5=16*103Ом;
Таблица 3 – Приведение значений к ряду Е12
| R1 | R2 | R3 | R4 | C1 | C2 | |
| Фильтр второго порядка с k=5 | ||||||
| Изначально | 3,2*10^4 | 1,872*10^3 | 4,213*10^4 | 1,685*10^5 | 2,2*10^-9 | 5,6*10^-10 |
| Е12 | 33 кОм | 1,8 кОм | 39 кОм | 150 кОм | 2,2 нФ | 0,56 нФ |
| Фильтр первого порядка с k=1 | ||||||
| Изначально | 1,6*10^4 | 5,6*10^-10 | ||||
| Е12 | 15 кОм | 0,56нФ | ||||
Разработка цифровой части АЦП
Выбор микросхемы АЦП
Микросхема АЦП выбирается по следующим критериям: максимальная частота дискретизации, количество аналоговых каналов, разрядность АЦП, выходной код АЦП – параллельный.
|
|
|
Возьмем четырехканальную микросхему АЦП AD7825 фирмы AnalogDevices, которая подходит для заданного варианта.
а) б)
Рисунок 6 – а) Функциональная схема AD 7825,
б) Расположение выводов AD7825
Таблица 4 – Назначение выводов AD7825
| Номер вывода | Обозна-чение | Назначение |
| 1-3, 20-24 | DB0-DB7 | Выводы данных. Данные поступают с этих выводов на шину данных, когда  и  низкого уровня
|
| 4 | 
| Логический входной сигнал. По срезу этого сигнала начинается аналого-цифровое преобразование. Срез переключает устройство выборки и хранения в режим хранения. Обратно в режим выборки УВХ переключается спустя 120 нс после начала преобразования. Состояние проверяется в конце преобразования и если он имеет низкий уровень, то питание АЦП отключается
|
| 5 |
| Логический вход. Сигнал выбора кристалла, используется, когда АЦП имеет общую шину данных с другими устройствами |
| 6 |
| Логический входной сигнал. Сигнал чтения используется для перемещения данных из выходного буфера АЦП на шину данных. При этом необходимо, чтобы сигнал также был низкого потенциала. Таким образом, для активации шины данных сигналы и должны быть низкого уровня
|
| 7 | DGND | Вывод цифрового заземления |
| 8 | 
| Логический выход. Опрокидывание этого сигнала в нулевой потенциал означает, что преобразование завершилось. Сигнал может быть использован для прерывания микроконтроллера |
| 9,10 | A0, A1 | Адресные входы, задающие номер опрашиваемого входного канала |
| 11 | 
| Логический вход. Используется для отключения питания. Когда сигнал низкого уровня, АЦП работает в режиме отключения питания. Питание АЦП будет включено, если высокого потенциала
|
| 12-15 | Vin1-Vin4 | Аналоговые входы. Ширина диапазона входных величин может составлять 2 В или 2.5 В и зависит от питающего напряжения Vdd. Центр этого диапазона можно задавать как любое число из диапазона напряжений от AGND до Vdd с помощью вывода Vmid. Если Vmid не использовать, то входной диапазон от AGND до 2 В (VDD = 3 В ± 10%) или от AGND до 2.5 В (VDD = 5 В ± 10%) |
| 16 | VMID | Центр диапазона входных напряжений. Использование не обязательно |
| 17 | VREF | Аналоговый вход/выход. Внешнее опорное напряжение подключается к этой ножке. Внутреннее опорное напряжение можно снимать с этого вывода |
| 18 | VDD | Вывод питания (3 В ± 10% и 5 В ± 10%) |
| 19 | AGND | Вывод аналогового заземления |
|
|
|
АЦП AD7825 может работать в двух режимах. Использование того или иного режима зависит от состояния сигнала по прошествии приблизительно 100 нс после окончания преобразования.
|
|
|
Режим 1 – режим высокоскоростной работы АЦП.
Рисунок 7 – Временная диаграмма работы в режиме 1
Когда АЦП работает в данном режиме, не происходит отключения питания в период между преобразованиями. Таким образом, этот режим позволяет увеличивать показатели производительности. должен принимать высокий потенциал до окончания преобразования, т.е. до опрокидывания в низкий уровень. Новое преобразование не может начаться, пока не пройдет 30 нс после окончания чтения (время t3 на диаграмме).
Режим 2 – режим автоматического отключения питания.
При работе АЦП в этом режиме питание автоматически отключается по окончании преобразования. Сигнал на протяжении всего преобразования и по его окончании имеет низкий потенциал и продолжает таким оставаться даже, когда стал высоким, т.е. приблизительно через 100 нс после окончания преобразования. Отключение питания происходит максимум через 530 нс после принятия сигналом низкого уровня, когда принимает высокий потенциал. Включение питания происходит по переднему фронту импульса сигнала . Параллельный интерфейс работает и при отключенном питании. Чтение может происходить и в то время, пока сигнал низкого уровня, как показано на рисунке, и когда происходит отключение питания.
Рисунок 8 – Временная диаграмма работы в режиме 2
Параллельный интерфейс АЦП AD7825 8-разрядный. На рисунке 9 приведена диаграмма синхронизации работы параллельного интерфейса.
Рисунок 9 – Временная диаграмма синхронизации работы параллельного интерфейса
До опрокидывания в низкий потенциал на адресных входах уже должен начать формироваться адрес следующего коммутируемого канала. Срез импульса переводит устройство в режим хранения, тем самым начиная преобразование. Когда преобразование завершено, сигнал окончания преобразования ( ) опрокидывается в низкий уровень, сообщая о том, что новые преобразованные данные помещены в выходной регистр АЦП. имеет низкий потенциал максимум в течение 110 нс. переводится в высокий уровень фронтом импульса высокого потенциала сигнала . Сигналы и должны иметь низкий потенциал, чтобы преобразованные данные могли передаться на шину данных. Можно оставить в низком состоянии, а данные считывать, используя сигнал .
Рисунок 10 –Типовая схема подключения АЦП к МП или МК
Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 1610; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!