Цифровые измерительные устройства

Учебно-методическое пособие

 

Допущено научно-методическим советом БТИ АлтГТУ для внутривузовского использования в качестве учебно-методического пособия по выполнению курсового проекта по дисциплине

«Цифровые измерительные устройства»для студентов специальности 200106 «Информационно-измерительная техника и технологии»

 

 

Бийск

Издательство Алтайского государственного технического
университета им. И.И. Ползунова

УДК 681.325.5 (076.5)

 

Рецензенты:

доцент кафедры ИУСБТИ АлтГТУ Г.С. Ломакин; к.т.н., доцент, директор по производству ООО ЦУТ С.Н. Цыганок.

 

 

Работа подготовлена на кафедре методов и средств
измерений и автоматизации

 

 

Сыпин, Е.В.

Цифровые измерительные устройства: учебно-методическое пособие / Е.В. Сыпин, Н.Ю. Тупикина; Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. – Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2011. – __ с.

 

 

В учебно-методическом пособии приведена полная информация, необходимая студенту специальности 200106 «Информационно-измерительная техника и технологии» для выполнения курсового проекта по дисциплине «Цифровые измерительные устройства». Пособие содержит большой объем материала необходимого для успешного выполнения курсового проекта. Рассмотрены типовые блоки цифровых устройств, методы построения цифровых измерительных устройств (ЦИУ), типичные ситуации при построении блоков и узлов ЦИУ и основные требования по выполнению курсового проекта.

 

 

УДК 681.325.5 (076.5)

 

 

Рассмотрено и одобрено на заседании научно-методического совета Бийского технологического института

Протокол № 4 от 28.01.2010 г.

 

 

	© Сыпин Е.В., Тупикина Н.Ю., Повернов Е.С. 2010
	© БТИ АлтГТУ, 2010

СОДЕРЖАНИЕ

1 ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ.. 6

2 ТИПОВЫЕ БЛОКИ ЦИФРОВЫХ ПРИБОРОВ.. 7

2.1 Микропроцессорный блок на базе микропроцессора КР580ВМ80. 8

2.2 Микропроцессорный блок на базе микроконтроллера AT89C51. 18

2.3 Блок памяти. 23

2.3.1 Основные параметры запоминающих устройств. 23

2.3.2 Классификация запоминающих устройств. 25

2.4 Блок индикации. 28

2.4.1 Индикация на светодиодах. 29

2.4.2 Индикация на семисегментных индикаторах. 30

2.4.3 Индикация на матричных светодиодных индикаторах. 33

2.4.4 Индикация на жидкокристаллических дисплеях. 34

2.5 Блок ввода информации. 35

2.6 Блок связи прибора с ПК.. 37

2.6.1 Связь по параллельному интерфейсу. 37

2.6.2 Связь по последовательному интерфейсу. 40

2.7 Блок преобразования сигналов. 45

2.7.1 Преобразование амплитуды сигнала. 45

2.7.2 Аналогово-цифровое и цифро-аналоговое преобразование. 49

2.8 Блок автоматического выбора предела измерений. 52

2.9 Аналоговая часть измерительного прибора. 55

2.9.1 Аналоговые компараторы.. 55

2.9.2 Дифференцирующие цепи. 57

2.9.3 Интегрирующие цепи. 60

3 НЕКОТОРЫЕ ТИПОВЫЕ СИТУАЦИИ ПРИ ПОСТРОЕНИИ УЗЛОВ И БЛОКОВ ЦИУ 62

3.1 Подключение памяти и внешних устройств к микропроцессору (микроконтроллеру). Распределение адресного пространства микроконтроллера. 62

3.2 Типы выходных каскадов логических элементов. 66

3.3 Режимы неиспользуемых входов. 68

3.4 Выбор серии микросхем.. 69

4 МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ ЦИФРОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ 71

4.1 Метод дискретного счета (время-импульсный метод) 71

4.1.1 Измерение временных интервалов. 71

4.1.2 Измерение сдвига фаз. 75

4.1.3 Измерение напряжения. 78

4.1.4 Измерение параметров электрических цепей. 80

4.2 Частотно-импульсный метод. 82

4.2.1 Измерение напряжения. 82

4.2.2 Измерение параметров электрических цепей. 84

4.3 Кодово-импульсный метод. 84

4.4 Метод двойного интегрирования. 85

4.5 Метод электронно-счетного частотомера. 89

4.6 Сигнатурный анализ. 91

5 ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА 91

5.1 Требования к текстовой части курсового проекта. 92

5.1.1 Структура и содержание пояснительной записки. 92

5.1.2 Правила оформления пояснительной записки. 93

5.2 Требования к оформлению графической части курсового проекта. 94

5.2.1 Позиционное обозначение элементов в схемах. 94

5.2.2 Обозначение цепей в электрических схемах. 103

5.2.3 Примеры условно-графических обозначений в схемах. 104

5.2.3.1 Условно-графические обозначения элементов цифровой техники 105

5.2.3.2 Условно-графические обозначения элементов аналоговой техники 112

5.2.3.3 Условно-графические обозначения интегральных оптоэлектронных элементов индикации 113

5.2.3.4 Условно-графические обозначения резисторов. 116

5.2.3.5 Условно-графические обозначения конденсаторов. 119

5.2.3.6 Условно-графические обозначения катушек индуктивности, дросселей и трансформаторов 121

5.2.3.7 Условно-графические обозначения полупроводниковых приборов 124

5.2.3.8 Условно-графические обозначения коммутационных устройств и контактных соединений 129

5.2.3.9 Условно-графические обозначения электрических связей, проводов, кабелей 134

5.2.3.10 Условно-графическое обозначение заземления. 136

6. ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ.. 137

7. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 152

 

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

 

Курсовое проектирование является важным этапом в процессе обучения студентами в вузе и имеет своей целью:

- систематизацию, закрепление и расширение теоретических и практических знаний по дисциплине и применение этих знаний при решении конкретных технических, научных, экономических и производственных задач;

- развитие навыков выполнения самостоятельной работы, овладение методами исследования и экспериментирования при решении вопросов научно-исследовательского характера.

Курсовой проект является подготовительной ступенью к решению студентами более сложной квалификационной задачи – выполнению дипломного проекта.

Целью курсового проектирования по курсу «Цифровые измерительные устройства» является закрепление знаний, полученных студентами при изучении курсов по микропроцессорной технике и измерительным приборам. Оно помогает на практике применить полученные теоретические знания при проектировании цифровых измерительных микропроцессорных приборов и систем.

Курсовой проект по дисциплине «Цифровые измерительные устройства» предусматривает проектирование цифрового прибора на основе микропроцессора КР580ВМ80 или микроконтроллера AT89C51 (согласно полученному варианту задания).

При выполнении курсового проекта рекомендуется придерживаться следующей последовательности:

- анализ задания,

- разработка структурной схемы прибора,

- разработка электрической принципиальная схема прибора на основе структурной схемы прибора,

- написание пояснительной записки,

- защита курсового проекта.

Курсовой проект состоит из текстового (пояснительная записка) и графических документов. Графическая часть должна содержать разработанную студентом схему электрическую принципиальную цифрового прибора и спецификацию к ней.

Сроки выдачи задания на курсовое проектирование и сроки защиты курсового проекта устанавливаются преподавателем-руководителем курсового проекта согласно учебному плану.

В учебно-методическом пособии приведена необходимая информация для выполнения курсового проекта. При выполнении курсового проекта также следует помнить, что в литературе описаны типовые схемотехнические решения, которые можно использовать при разработке отдельных узлов устройства. Между тем, существует множество конкретных инженерных решений, которые могут быть предложены самим студентом.