Разработка структурной схемы измерителя. Исходя из требований технического задания, в состав изделия входят следующие устройства: - персональный компьютер; - интерфейс RS232; - микропроцессор; - блоки памяти; - АЦП и ЦАП; - источники питания.
Для удобного управления ходом измерений и отображения результатов измерений в удобном для пользователя виде, а также для проведения вычислений на компьютер необходимо установить соответствующее, специально написанное для этих целей, программное обеспечение. Для связи персонального компьютера с блоком измерителя необходим интерфейс RS232. Через этот интерфейс будет осуществляться передача команд от ПЭВМ (Персональная электронно-вычислительная машина) к блоку измерителя и получение ответов и выборки сигнала от блока.
Таким образом, осуществляется управление процессом измерений. Для управления блоком измерителя и формирования сигналов, подлежащих генерации, в двоичном виде необходим микропроцессор. Микропроцессор будет функционировать в соответствии с программой записанной в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ). Для хранения данных в процессе работы микропроцессору необходимо оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Для приема данных из интерфейса RS232 и передачи данных через данный интерфейс необходимо устройство сопряжения интерфейса RS232 и микропроцессора.
Данное устройство должно состоять из преобразователя стандартных уровней сигналов интерфейса RS232 (-12В и +12В) в уровни ТТЛ (Транзисторно-транзисторная логика) (0В и +5В). Далее последовательный код, используемый интерфейсом RS232, должен быть преобразован в параллельный для возможности передачи полученных через интерфейс RS232 байт по шине данных в микропроцессор и наоборот.
Для формирования аналогового сигнала из дискретного двоичного сигнала, сформированного процессором, используется цифроаналоговый преобразователь. Для получения двоичной выборки аналогового сигнала используется аналого-цифровой преобразователь. Для управления амплитудой генерируемого сигнала и затухания входного сигнала, а также подключения (отключения) выхода генератора к входу анализатора используется устройство коммутации и аттенюации.
Периодически подключая выход генератора измерителя к входу анализатора, осуществляется проверка работоспособности изделия. Для коммутации используются реле. Управление реле осуществляется уровнями ТТЛ, поступающими с регистра управления, которые служат для запоминания состояния измерителя. В качестве аттенюаторов используются ЦАПы (Цифро-аналоговый преобразователь). Данный ЦАП упрощенно можно представить в виде двух прецизионных резисторов R1 и R2, причем R2 перестраивается входным цифровым сигналом, поступающим на ЦАП, с высокой точностью.
Если включить данные два резистора вместе с внешним операционным усилителем, как показано на рисунке 1.2.1, то получается схема с управляемым цифровым сигналом усилением, где коэффициент усиления равен отношению величин сопротивлений R1 и R2, которое в свою очередь определяется управляющим цифровым сигналом, поступающим на ЦАП. Рисунок 1.2.1 Управляя затуханием (усилением) входного сигнала с помощью ЦАП, добиваемся такого размаха сигнала, который обеспечивал бы максимальное использование динамического диапазона АЦП (Аналого-цифровой преобразователь), включенного сразу после устройства коммутации и аттенюации.
Максимальное использование динамического диапазона позволяет получить наилучшую точность определения амплитуды входного сигнала.
Для функционирования всех элементов данного устройства необходим источник питания. Поскольку данное устройство будет эксплуатироваться в помещениях, а основным источником питания в помещениях является электрическая сеть с переменным напряжением 220В 50Гц, блок питания данного устройства должен обеспечивать преобразование данного напряжения. В проектируемом устройстве для питания большинства микросхем необходимо постоянное напряжение 5В. В схеме присутствуют операционные усилители, для питания которых используется разно полярное напряжение.
Для обеспечения необходимого динамического диапазона генерируемых и анализируемых сигналов напряжение питания операционных усилителей должно быть +15В и –15В. Таким образом для функционирования проектируемого устройства необходим блок питания, преобразующий переменное напряжение 220В 50Гц в постоянное напряжение +5В, +15В и –15В. Структурная схема измерителя показана на рисунке 1.2.2 Рисунок 1.2.2 1.3