Побудова системи з розподіленням каналів у час

1. Завдання
Для забезпечення оптимального обслуговування сукупності n джерел вимірювальної інформації, серед яких n1 джерело з максимальною частотою в спектрі fmax1 і n2, відповідно, fmax2, спроектувати систему з розділенням каналів у часі і регулярним дискретизуванням та використанням (якщо необхідно) суб- чи суперкомутування.

Враховуючи, що вимірювальна інформація підлягає дискретизації (квантування здійснюється за певною заданою похибкою чи то зведеною граничною кв. гр, чи середньоквадратичною кв. сер. кв), вибрати необхідний АЦП, попередньо визначивши його основні параметри, основні характеристики звичайної циклічної системи щодо проектованої.

Дано:

2. Розв'язок

2.1 Оскільки активних джерел n1=2 (виділимо їм номери 1 та 2) є менше ніж інших, то доцільно застосувати суперкомутування. Визначивши чинник чергування k:

k = 2, та враховуючи його значення ділимо решту джерел на п'ять груп і після чергового опитування активних джерел (у нашому випадку - двох) наступні дві позиції заповняємо почергово менш активними джерелами, а саме: 3, 4; 5, 6; 7, 8; 9, 10; 11,12.

Отже, найоптимальніше комутування джерел вимірювальної інформації (система з частковим усуненням надмірності) виглядатиме так:

де джерела 1 та 2 опитуються відповідно до частоти

2.2 Визначимо період опитування

;

Оскільки між послідовними опитуваннями активних джерел маємо 4 кроки (періоди) комутування, перевіримо, чи витримано необхідний період опитування для менш активних джерел.

Для третього маємо між послідовними опитуваннями 20 тактів, тобто період опитування у 5 разів довший від періоду першого джерела.

Це відповідає умові, оскільки максимальна частота в спектрі 3-го джерела в 5 разів менша від відповідної частоти 1-го.

Враховуючи, що період комутування визначається як

відповідно, отримаємо:

для звичайної циклічної системи:

;

для проектованої системи:

2.3 Виходячи із заданого значення , визначаємо кількість зон квантування :

, звідки:

2.4 За одержаним значенням , враховуючи зв'язок між кількістю зон квантування та її двійковим поданням , можемо знайти кількість інформаційних символів примітивного двійкового коду як: .

Вибираємо найближче більше значення .

2.5 Тепер можна розрахувати значення параметрів та проектованої системи:

;

2.6 Визначимо відношення швидкодії проектованої системи щодо звичайної циклічної:

3. Результати проведених розрахунків
Результати проведених розрахунків показують, що для проектованої системи:

розрядність АЦП має бути не меншою, ніж 8;

період перетворення АЦП не повинен перевищувати ;

вимоги до швидкодії є в 3 рази нижчими, ніж для простої циклічної системи.

4. Схема принципової схеми системи
Блок-схема типової ІВС з розділенням каналів у часі

Джерело 1-n - джерела вимірювальної інформації, утворені послідовним увімкненням первинних перетворювачів ПВП 1-n УП1-n;

ПК - пристрій керування мультиплексором;

АЦП - аналого-цифровий перетворювач;

ЛЗ - лілія зв'язку;

СП 1-n - споживачі.

5. Синтез принципової схеми і вибір структурної схеми
Необхідно визначити основні характеристики складових елементів (зокрема, параметри аналого-цифрового перетворювача і мультиплексора) та відповідно під'єднати їх.

Вибір АЦП.

Враховуючи результати виконаних розрахунків, вибираємо конкретний тип аналого-цифрового перетворювача, а саме: К512ПВ1 (розрядність 12, період перетворення не перевищує 16 мкс).

Рис.1. АЦП К512ПВ1

6. Вибір мультиплексора
Мультиплексор забезпечує комутування вимірювальних сигналів у вигляді електричної напруги з рівнями від до . Оскільки вимірювальна система оперує уніфікованими сигналами (), то це нас задовільняє.

Мультиплексор вибирають так, щоб кількість його аналогових входів була не меншою, ніж кількість джерел вимірювальної інформації, тобто . Для нашого випадку .

Вибираючи мультиплексом, необхідно також враховувати і сумарну тривалість вмикання/вимикання ключа , яка виходячи з практичних міркувань, повинна бути меншою ніж: . У нашому випадку становить 20,94мкс, а отже . Отже, враховуючи наведені вище результати, вибираємо аналоговий 16 входовий мультиплексор фірми Analog Devices типу ADG406 з тривалістю вмикання 160 нс та тривалістю вимикання 110 нс, оскільи сумарна тривалість його комутаційних процесів (160+110=270 нс) не перевищує нашого розрахункового значення 1047 нс.

Таблиця 1. Таблиця істинності мультиплексора типу ADG406.

A3	A2	A1	A0	EN	D
X	X	X	X	0	-
0	0	0	0	1	S1
0	0	0	1	1	S2
0	0	1	0	1	S3
0	0	1	1	1	S4
0	1	0	0	1	S5
0	1	0	1	1	S6
0	1	1	0	1	S7
0	1	1	1	1	S8
1	0	0	0	1	S9
1	0	0	1	1	S10
1	0	1	0	1	S11
1	0	1	1	1	S12
1	1	0	0	1	S13
1	1	0	1	1	S14
1	1	1	0	1	S15
1	1	1	1	1	S16

Рис. 2. Схема з'єднань мультиплексора типу ADG406.

7. Проектування пристрою керування
а) на інтегральному лічильнику, дешифраторі та логічних елементах

б) на тригерах

ГТІ - генератор тактових імпульсів;

Л - лічильник;

ДШЛ - дешифратор на логічних елементах;

СЛТЛ - синхронний лічильник на тригерах та логічних елементах.

Аналогові входи мультиплексора необхідно під'єднати до джерел вимірювальної вимірювальної інформації згідно з послідовністю, одержаною в результаті розв'язання задачі з тим, щоб високоактивна або менш активна група опитувалась частіше чи рідше ніж основна (залежно від того, чи є суб-, чи суперкомутування). Для цього слід розробити пристрій керування мультиплексором.

Виходячи із структурної схеми пристрою керування, знайдемо необхідну частоту ГТІ та обсяг лічильника.

Оскільки цикл опитування проектованої системи охоплює 20 джерел (кадр.) і входи керування аналогового мультиплексора реагують на ТТЛ - рівні, то вибираємо 2 синхронних двійково-десяткових лічильника типу 555ИЕ6 (цей лічильник визначається меншою тривалістю перемикання вихідних сигналів порівняно з асинхронними лічільниками), які мають модуль лічби 16.

Частота комутування мультиплексора визначається швидкодією системи , яка дорівнює частоті перемикання наймолодшого розряду лічильника, що вдвічі менша за частоту генератора тактових імпульсів. Отже звідси:

Зокрема, генератор тактових імпульсів можна виконати на спеціалізованій мікросхемі типу КР1006ВИ1.

Рис.3. Принципова схема ГТІ КР1006ВИ1

Для цього варіанта схеми частота F визначається з залежності:

виходячи з якої знаходимо значення ємності конденсатора С1, що служить для встановлення необхідного значення частоти F.

Якщо ж значення опору резисторів R1 та R2 прийняти таким що дорівнює 1кОм, то для нашого варіанта розрахунку .

Остаточно значення ємності конденсатора С1 приймаємо, виходячи із стандартного ряду номінальних ємностей конденсаторів (Е12) так, щоб виконувалась умова: (у нашому випадку ).

Вибравши ємність конденсатора С1 такою, що дорівнює 4,7нФ, отримаємо F=102кГц, а це задовільняє поставлену вище умову: .

Виконання пристрою керування.

Складаємо таблицю істинності для дешифратора:

	Q4	Q3	Q2	Q1	Q0	A3	A2	A1	A0
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	S1	0
1	0	0	0	0	1	0	0	0	1	S2	1
2	0	0	0	1	0	0	0	1	0	S3	2
3	0	0	0	1	1	0	0	1	1	S4	3
4	0	0	1	0	0	0	0	0	0	S1	0
5	0	0	1	0	1	0	0	0	1	S2	1
6	0	0	1	1	0	0	1	0	0	S5	4
7	0	0	1	1	1	0	1	0	1	S6	5
8	0	1	0	0	0	0	0	0	0	S1	0
9	0	1	0	0	1	0	1	0	1	S2	1
10	0	1	0	1	0	0	1	1	0	S7	6
11	0	1	0	1	1	0	0	1	1	S8	7
12	0	1	1	0	0	0	0	0	0	S1	0
13	0	1	1	0	1	0	0	0	1	S2	1
14	0	1	1	1	0	1	0	0	0	S9	8
15	0	1	1	1	1	1	0	0	1	S10	9
16	1	0	0	0	0	0	0	0	0	S1	0
17	1	0	0	0	1	0	0	0	1	S2	1
18	1	0	0	1	0	1	0	1	0	S11	10
19	1	0	0	1	1	1	0	1	1	S12	11

Записуємо удосконалену диз'юктивну нормальну форму для сигналів А0, А1, А2, А3:

Використовуючи карти Карно, мінімізуємо записані вище вирази:

4. Для реалізації отриманих логічних функцій застосовуємо логічні елементи І, АБО, НЕ, котрі знаходяться у мікросхемах К555АН1, К555ЛЛ1, К555ЛИ3, К555ЛИ6.

Використана література

1. Волочій Б.Ю. та ін. Проектування стійких до відмов мікропроцесорних інформаційно - вимірювальних систем. - Львів, Вища школа, 1987.

2. Лебедев О.Н. і др. Изделия електоронной техники. Цифровые микросхемы. Микросхемы памяти. Микросхемы ЦАП и АЦП. Справочник / О.Н. Лебедев, А.И. Мирошниченко, В.А. Телец; Под редакцией А.И. Ладика, и А. И Сташкевича. - М: Радио и Связь, 1994.

3. Лосев Ю.І., Плотніков М.Д. Основи теорії передавання даних. Збірник задач. - Київ. Вища школа, 1977.

4. Основи метрології та електричні вимірювання підручник для вузів Б.Я. Авдєєв, Є.М. Антонюк, Є.М. Душін та ін. Заряд Є.М. Душина - видання 6 - Ленінград Енергоатомвидав, 1987.

5. Петровський И.И., Прибыльский А.В., Траен А.А., Чувелев В.С., Логические ИС КР1533, КР1554. Справочник. ТОО "Бином", 1993.

6. Тепляков І.М. Рощін Б.Б., Фомін А.І., Вейцель В.А., Радіосистеми передавання інформації. - Москва: Радіо та зв'язок, 1982.

7. Трейстер Р. Радиолюбительские схемы на ИС типа 555: Пер. с англ. - М: Мир, 1988.

8. Цапенко М.П. Вимірювальні інформаційні системи: Уч. посібник, вид.2-е перероблене і доповнене - М.: Енергоатомвидав, 1985.

9. Ціделко В. Д., Яремчук Н.А. Метрологічне забезпечення систем: Учбовий посібник, Київ, УМК ВО, 1988.

10. Цифрова техніка /Навчальний посібник // Б. Рицар. - Київ: ИМК ВО. - 1991.

11. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. - М. Радио и связь, 1987.