proiect mes terminat 2013 final

8/13/2019 Proiect Mes Terminat 2013 FINAL

1/37

UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTI

FACULTATEA : TRANSPORTURI

CATEDRA : TELECOMENZI SI ELECTRONICA IN TRANSPORTURI


2/37-2-

PROIECT MES

Aparat de masura numericVolt-ampermetru

Studente : Indrumator :

Calin Cosmina Gabriela S.l.drd.ing. Nemtoi Mihaela

Gologan Adriana

G rupa:8313


3/37-3-

CUPRINS

1. Introducere

2. Tema proiectului

3. Schema bloc

4. Memoriu tehnic

5. Schema electrica a aparatului

6.

Realizarea cablajului7. Breviar de calcul

8. Calculul economic

9. Bibliografie


4/37-4-

1. I ntroducere Importana aparatelor de msur numerice. Avantaje i

dezavantaje fa de aparatele analogice .

Circuitele de intrare ale unui aparat numeric de masuralucreaz cu semnaleanalogice, dar toate celelalte blocuri lucreaz cu semnale numerice .

Semnalele analogice pot fi msurate direct cu aparate relativ simple, nssunt sensibile la imperfeciunile cilor de transmisie i de prelucrare (pierd din precizie dup fiecare operaie deoarece informaia este grefat pe amplitudine).

Semnalele numerice sunt sub form de impulsuri i au informaia grefat pedurat i pe poziia im pulsurilor n timp(semnalele numericeofer o mai mareflexibilitate n utilizare(operaiile de calcul, numrarea, multiplexarea, transmisiase fac mult mai comod dect n analogic, iar n cursul acestor prelucrri precizimrimii primare se conserv).

Circuitele numericelucreaz pe principiulfolosirii unor structuri foartesimple n circuitele de baz.Cu circuitele numericede baz (pori, codificatoare/decodificatoare,

multiplexoare, bistabile, numrtoare, registre, operatori logico-aritmetici,automate programabile, circuite de conversie a datelor) se pot construi o marvarietate de aparate de masura.

Circuitele numerice permit implementarea de funcii din ce n ce maicomplexe pe acelai cip (micorarea gabaritului aparatului de masura i costului).Viteza de lucru a unui procesor modern este de aproximativ 1000MHz(frecvende ceas).Caracteristicile metrolo gice ale aparatelor de msurat: Ele se refera la comportarea aparatelor de msurat n raport cu obiectul supumsurrii, cu mediul ambiant si cu operatorul uman si, cele mai importante, sunt:- intervalul de msurare (domeniul de msurare) care se exprima prin limitele,minima si maxima, ale valorilor ce pot fi msurate cu un aparat dat. Domeniul demsurare se mparte n mai multe subdomenii, numite game (scri) de msurare - rezoluia reprezint cea mai mica variaie a rezultatului msurrii care poate fiobservat de operator pe dispozitivul de afiare de la ieirea aparatului de msurasi se exprima ca diferena dintre dou numere consecutive ce pot fi percepute l

afiaj. - sensibilitatea (S ) este raportul dintre variaiaY a mrimii de ieire si variaiacorespunztoare X a mrimii de intrare.-sensibilitatea relativa (Sr ) se definete numai pentru aparatele cu mrimi deieire electrica sau la convertoarele (traductoarele) utilizate la msurri:

x x

y y

S r


5/37-5-

-constanta aparatului ( K ) se definete numai pentru aparatele de msurat la caresensibilitatea nu depinde de mrimea de intrare X

Y X

S K

1

-prag de sensibilitate (S ) prin care se nelege cea mai mica variaie amsurandului ce poate fi pusa n evidenta cu ajutorul aparatului de msurat, ncondiii reale de funcionare a lui. Acest parametru determina: precizia maxima pcare o poate avea un aparat de msurat si valoarea minima msurabil amsurandului. El depinde, n principal, de: rezoluia aparatului de msurat, de perturbaiile (proprii si exterioare aparatului) si de sensibilitatea indicatorului dnul (la aparatele care folosesc la msurare metodele de zero); -precizia instrumentala este calitatea aparatului de a da rezultate ct maiapropiate de valoarea adevrat a msurandului si ea se exprima printr -un numrnumit clasa de precizie a aparatului (sau, pe scurt,clasa aparatului ) care sedetermina n funcie deeroare maxim tolerat. - suprancarcabilitatea reprezint capacitatea aparatului de a suporta o valoare deintrare mai mare dect valoarea maxima de regim permanent, pe o anumita durat(scurta sau lunga ce se precizeaz), fr ca parametrii de funcionare ainstrumentului sa se modifice;- fiabilitatea metrologica este data de catre durata de timp (pe termen lung) ncare aparatul funcioneaz stabil (adic ncadrat n limitele parametrilor de performanta, n special clasa de precizie).

Concluzii: Avantaje:

- aparatele numerice de masura pot atinge viteze mult mai mari dect cele analogicdeoarece au rspunsul independent de amplitudinea semnalului ce poart mrimede msurat(x).

- aparatele numerice de masura sunt mai robuste(rezistente laocuri i vibraii). - aparatele numerice de masura pot funciona n orice poziie.- aparatele numerice de masurasunt uor integrabile n sistemele de msurare-

reglare conduse de calculator.Dezavantaje:- aparatele numerice de masura nu permit sesizarea rapid a tendinei de evoluie

a mrimii de msurat(x) i nici realizarea de scri neliniare.


6/37-6-

2.Tema proiectului :

Sa se proiecteze un aparat de masura numeric capabil sa indeplineascaurmatoarele functii:

1. Ampermetru de curent alternativ cu scarile 2A , 5A, 10ACu rezistente universale la intrare, tensiune specifica 0.5V

Masurarea deformatiilor in material unde rezistenta marcii tensiometrice de 300 ,variatia rezistentei marcii tensiometrice 1% si tensiunea de alimentare 12V.

2. Voltmetru de curent alternativ cu scarile 0.3, 1, 10 VRezistente universale la intrare, rezistenta specifica de 200 kiloohmi/V

3. Pentru realizare se va folosi un Convertor Analogic Numeric dubla panta.


7/37-7-

AAr r g g u u m m e e n n t t

Voltmetrul Voltmetrul electronic este un aparat pentru masurarea tensiunii in domeniul

frecventelor audio si radio. Voltmetrele de acest tip sunt alcatuite, in esenta, dintr-un dispozitiv electronic, care indeplineste functia de detectare si care este urmat,in general, de un amplificator avind in circuitul sau de iesire un aparat cu unmagnet permanent si cu bobina mobila care masoara curentul mediu anodic sau ucircuit electronic specializat pentru a transforma o marime de intrare analogica inmarime digitala, pentru a o prelucra si a o afisa numite convertoare numericanalogice si analog numerice. Deoarece valoarea curent de intare depinde deamplitudinea tensiunii alternative aplicate la intrare, aparatul poate fi etalonatdirect in tensiuni. Exceptie, ca schema fac doar milivoltmetrele electronice, la care

amplificarea precede detectia.Voltmetrele electronice pot fi clasificate, in primul rind, dupa modul in carese afiseaza rezultatul, distingindu-se voltmetre analogice si voltmetre digitale. Deasemenea voltmetrele electronice pot fi clasificate dupa cum utilizeza tuburi saudispozitive semiconductoare sau dupa tipul de detectie utilizat. Se disting, astfel,voltmetre cu dioda, voltmetre cu detectie anodica si volmetre cu detectie pe grila.

In afara de a aceste tipuri curente de voltmetre electronice exista si tipurispeciale, ca: voltmetre cu retragere, voltmetre in punte, voltmetre cu scaralogaritmica si voltmetre cu trioda inversata.

In ultimul timp, in tehnica masurarilor electronice se utilizeaza pe o scara camai larga instrumentele digitale sau numerice, la care rezultatul masurarii aparedirect sub forma numerica. Prin voltmetrul digital se intelege un aparat digitaldestinat masurarii tensiunilor.Ampermetru

Se realizeaza utilizand functia de ampermetru cu care sunt prevazute deregula multimetrele digitale. Acestea au ca principala baza constructiva unvoltmetru digital, de obicei de tipul cu CAN tensiune timp in varianta cuintegrare cu dubla panta. Functia de ampermetru ( miliampermetru ) se realizeaza prin trecerea curentului continuu sau alternativ de masurat printr-o rezistenta

calibrata, de regula cu mai multe trepte (sunt multiplu), corespunzatoare curentilornominali si masurarea caderii de tensiune produsa de curent cu ajutorulvoltmetrului digital. Avantajul utilizarii voltmetrelor digitale pentru masurareacurentilor prin intermediul caderii de tensiune produsa pe rezistente calibrate ilconstituie simplitatea realizarii si utilizarea de voltmetre digitale simple.

Dispozitivul este o completare perfect pentru orice sursa de alimentare,incarcatoare de baterii etc, unde tensiunea i curentul trebuiesc monitorizate.


8/37-8-

3.Schema bloc

Divizorul de frecvente

Unele aplica ii au nevoie de un semnal de ceas cu o frecven mai mic dect cea aceasului principal al unui circuit (n cazul de fa este vorba de oscilatorul de50MHz de pe placa de dezvoltare cu FPGA). Frecven a i perioada unui semnalsunt invers propor ionale (f = 1/T), astfel njumt irea frecven ei implic dublarea perioadei. Un semnal cu frecven a de 50MHz are perioada de 20ms.

Interfa a divizorului de frecven con ine urmtoarele semnale:

semnalul de ceas i semnalul de reset ca intrri (fiind circuit secven ial); valoarea limit, dat ca intrare (numrul de bi i pentru aceast intrare se

specific innd cont de valoarea maxim a limitei care se poate da n aplica iacurent);

semnalul de ceas divizat, dat ca ie ire a circuitului.


9/37-9-

BT

Blocul de numrare/afiare

Numrtor(N)

Registru dememorare

Decodor(D)

Afiajnumeric

(AN)

CANP

BC GE


10/37-10-

4.M emoriu tehnicVolt-ampermetru

Bl ocul de alimentareSchema electrica de alimentare din fig.1 utilizeaza doua circuite stabilizatoare detensiune CI7805 pentru alimentarea simetrica a circuitului integrat ICL 7107 si aafisajului electronic de 4 digiti necesar afisari valori masurate. Valoarea maximaVmax aplicata la bornele acestuia poate fi pana la 18 Vcc.

Fig. 1

In cazul in care se doreste alimentarea aparatului de masura in curentalternativ se va utiliza circuitul electronic realizat conform fig.2:-un transformatot adaptor de retea, pentru a cobora tensiunea de 220/230V ca la otensiune de lucru de 6/9 Vca cu 600mA.-2 condensatori electrolitici cu valori de 220 uF in vederea liniarizari valoritensiuni la frecvente mari (de filtraj si rol de cuplaj);-2 condensatori ceramic cu valori de 100nF in vederea liniarizari tensiuni lafrecvente mici(cu rol de filtraj)-2 circuite integrate 7805 montate in punte pentru adaptarea tensiuni la valoarenominal de 5v.

Fig.2


11/37-11-

Filtrarea capacitiv const n conectarea unor condensatori n paralel, peieirea redresorului, cu respectarea polaritii n cazul condensatoarelor polarizate.O particularitate important a filtrrii capacitive const n faptul c, n absenaconsumatorului(cu ieirea n gol), tensiunea de ieire este egal cu valoarea devrf a pulsurilor, depind astfel de2 ori valoarea eficace a tensiunii alternativecare se redreseaz. De exemplu, dac transformatorul furnizeaz n secundar otensiune de 6V (valoare eficace), valoarea de vrf a pulsurilor este de V 5,86*2 .Prin filtrare capacitiv, tensiunea n gol la ieirea redresorului va fi de cca. 8V.

Circuitul de intrare

Divizorul de tensiune pentru voltmetruRegula divizorului de tensiune:

Divizoarele de tensiune , utilizate la masurarea tensiunilor continue,alternative si de impuls, sunt dispozitive de raport cu doua perechi de borne (tipdiport), care stabilesc o relatie de dependenta liniara, pe un anumit interval, ntrmarimea de masurat electrica si marimea electrica ce actioneaza asupracircuitului.

Divizorul de tensiune rezistiv: este realizat din rezistoare bobinate, sau dinrezistente cu pelicula metalica, situatie n care exactitatea este mai scazuta dasuficient de buna pentru instrumentatia analogica si digitala. Se utilizeaza pentrumasurarea tensiunilor n curent alternativ sau n joasa frecventa si pentru

extinderea limitei superiore de masurare a voltmetrelor, compensatoarelor detensiune alternativa, etc.In afara de divizoarele de valoare fixa se construiesc divizoare reglabile,

utilizate pentru prescrierea gamelor la voltmetrele de c.c. Treptele de divizare sealeg n secventa 1-3-10 (sau o alta) pentru voltmetrele analogice si n secventa 1-10-100 pentru cele digitale.Exista divizoare de tensiune cu mai multe trepte dedivizare, cu particularitatea ca una din componente este de nalta exactitate.Aceasta serveste ca etalon la verificarea prin comparatie a exactitatii celorlalterezistente ale divizorului. Multe din acestea sunt astfel realizate nct rezistentelecomponente sau grupuri ale acestora sa aiba valori nominale egale, ceea ce permitcompararea directa a lor, pentru determinarea erorii fiecarei trepte de divizare. Inacest fel ntregul divizor poate fi autocalibrat.

Erorile divizoarelor de tensiune sunt determinate, n primul rnd, deabaterile rezistenelor componente de la valorile nominale precum i dembtrnirea rezistenelor, de variaia valorii acestora cu temperatura i umiditatea,de autonclzire i de influena rezistenelor de izolaie. Evitarea erorilor provocatede rezistenele de izolaie, mai ales la divizoare cu rezistoare de valori nominalefoarte mari, o constituie introducerea ecranelor de gard pentru interceptarea


12/37-12-

curenilor de izolaie. Ecranul mbrac toate prile conductoare ale divizorului,inclusiv bornele, care sunt meninute la poteniale egale cu ale conductoarelogardate cu ajutorul unui divizor secundar. Curenii prin izolaie sunt concentraastfel ctre divizor ul secundar ocolind rezistoarele divizorului principal.

Regula divizorului de tensiune se poate aplica pentru a determina tensiuneade la iesirea unui circuit ca cel prezentat mai jos, fr sarcin la iesire.Tensiunea diesire, Uo ce trebuie masuratat si utilizata ca valoare de intrare la bornele A si B sedetermin aplicnd legea lui Ohm pentru portiunea de circuit format din R2 :

Fig.6

deci Uo = IR2

Cu ajutorul unui comutator sau utilizand borne exterioare, conexiunea intredivizorul de tensiune si instrumental de masura se poate face in exteriorulaparatului sau integrat in carcasa acestuia.

Pentru valori ale tensiuni cuprinse intre 0.3, 1 si 10 V se vor utiliza divizoarelecorespunzatoare tensiunilor cuprinse in intervalul maxim de masura al aparatului:

0-2 V .R3 = 200 0-20 V R3 = 5 0-200 V ..R3 = 50
http://www.psc-audio.ro/index/diverse/circuite/ohm.htmlhttp://www.psc-audio.ro/index/diverse/circuite/ohm.html


13/37-13-

Divizorul de curent

Regula divizorului de curent:

Daca la iesirea unui circuit nu este conectat o rezistent de sarcina se poate aplica regula divizorului de curent pentru a determina curentul prin R2de exemplu. La fel de bine se poate aplica regula divizorului de curent si pentru a afla curentul prin R1.

Fig.9Presupunnd rezistentele parcurse de curentii I1 si I2, cu legea curentilor luiKirchhoffse gseste: Rs

I = I +Rs+Ri

Cderea de tensiune la bornele rezistentelor se determin cu legea lui Ohm:

U = I1R1 = R1 U=I2R2=R2 U=I3R3=R3Combinnd relatiile de mai sus se obtine:
http://www.psc-audio.ro/index/diverse/circuite/Kirchhoff1.htmlhttp://www.psc-audio.ro/index/diverse/circuite/Kirchhoff1.htmlhttp://www.psc-audio.ro/index/diverse/circuite/ohm.htmlhttp://www.psc-audio.ro/index/diverse/circuite/ohm.htmlhttp://www.psc-audio.ro/index/diverse/circuite/Kirchhoff1.htmlhttp://www.psc-audio.ro/index/diverse/circuite/Kirchhoff1.html


14/37-14-

Amplificatorul instrumental

Amplificatoarele instrumentale reprezint o categorie aparte deamplificatoare operaionale utilizate n special n msurri, motiv pentru care aces

tip de amplificatoareoperaionale au mai fost denumite i amplificatoare demsur. Amplificatorul instrumental este un amplificator operaional diferenial camplificare finit i foarte bine reglat, reglajul amplificrii fcndu-se fie princonectarea n exteriorul integratului a unei rezistene sau grup de rezistene, fie princomanda digital cu ajutorul unui calculator sau microcontroler. Amplificatoruinstrumental are performane superioare amplificatoarelor operaionale n ceea c privete tensiunea de decalaj, deriva termic, liniaritatea, stabilitatea i preciziaamplificrii.

Amplificatoarele instrumentale pot fi realizate cu componente discrete iamplificatoare operaionale, n tehnologie monolitic sau hibrid. Cele integrate aelementele de reacie incluse n structura circuitului integrat. La aparatura demsur i control amplificarea n tensiune se face, adesea, cu amplificatoaredifereniale la care una din intrri este folosit pentru intrarea de semnal, iarcealalt pentru conectarea reelei de reacie. Dac s-ar folosi un singur amplificatoroperaional reeaua de reacie ar reduce impedana de intrare la valori care sun prea mici fa de cele necesare n aceste aplicaii. Din acest motiv au fost realizatstructuri speciale de amplificatoare difereniale cu dou sau mai multeamplificatoare operaionale.Amplificatoarele instrumentale sunt amplificatoaredifereniale cu intrri flotante fa de mas, cu impedan mare att n modu

diferenial ct i n modul comun i avnd o rezisten de ieire redus. Amplificatoarele instrumentale trebuie s ndeplineasc mai multe cerine: amplificarea mrimilor preluate de la senzori pn la valori care pot fi prelucratfr probleme de etajele urmtoare din lanul de prelucrare a semnalului; asigurarea unei impedane de intrare mari, pentru a nu perturba mrimea aplicatla intrare; realizarea unei anumite caracteristici de transfer, liniar sau neliniar, n funcide natura procesului de msurare; asigurarea unei caracteristici de frecven adecvate procesului de msurare; asigurarea unei rejecii a semnalului de mod comun foarte mare.

Principalii parametri ai unui amplificatorului instrumental sunt:a) ctigul (G) . Valoarea acestui parametru reprezint panta caracteristicii detransfer a amplificatorului instrumental. n datele de catalog sunt specificateeroarea ctigului , neliniaritatea ctigului i stabilitatea ctigului n raport cutemperature.


15/37-15-

b) tensiuni le de decalaj la intrare i la ieire . Tensiunea de decalaj la intrare,Uosi[V] i tensiunea de decalaj la ieire,Uoso [V] sunt independente una fa decealalt i, prin urmare, trebuie considerate separat. Pentru un ctig dat, tensiunetotal de decalajUos este definit pe baza a dou erori:

- eroarea total raportat la intrare (Total Referred to the Input Error TotalRTI Error) prin:Uos (RTI) =Uosi + Uoso /G;

- eroarea total raportat la ieire ( Total RTO Error) prin:Uos (RTO) =GUosi+ Uoso.c) curentul de decalaj la intrare (n [nA]), valoarea acestuia n funcie detemperatur (n [nA]), precum icoeficientul mediu de temperatur al curentuluide decalaj la intrare (n [pA/0C]).d) curentul de polarizare la intrare (n [nA]),val oarea acestuia n funcie detemperatur (n [nA]), precum icoeficientul mediu de temperatur al curentuluide polarizare la intrare (n [pA/0C]).d) impedanele de intrare diferenial i de mod comun . Sunt alctuite dintr -o

rezisten n paralel cu o capacitate. Se exprim n G||pF. e) impedana de ieire . Este foarte mic, de ordinul 10-2 . f) tensiunea i curentul de zgomot ale amplificatorului . Aceti parametri pot firaportai fa de borna de intrare a amplificatorului, fiind specificai ca ivalorivrf la vrf sau efective ntr-un anumit interval de frecvene (se exprim n [nV],respectiv n [pA]).g) raportul de rejecie a modului comun , CMMR. Este specificat pentru o anumitnesimetrie a sursei de semnal de intrare, de obicei 1 k, pentrudiferite valori alectigului i ale tensiunii de mod comunUCM . CMRR crete odat cu cretereactigului i scade odat cu creterea frecvenei. h) parametri referitori la regimul dinamic:- banda de frecvene la -3 dB la semnal mic . Este specificat pentru diferite valoriale ctigului. Cu ct ctigul este mai mare cu att banda de frecvene este mamic. - viteza de urmrire (Slew Rate, SR [V/s]). - timpul de stabilizare . Este specificat n funcie de valoarea ctigului pentru ovariaie dat atensiunii de intrare.


16/37-16-

n aplicaiile care au n vedere prelucrarea de informaie, pentru msurareatensiunilor alternative, sau n nenumrate alte aplicaii de semnal mic, esteinacceptabil distorsionarea semnalului.Pentru nlturarea inconvenientelor prezentate mai sus se folosesc scheme compuse din A.O. i diodesemiconductoare, numite redresoare de precizie.


17/37-17-

Convertor Analog Numeric (CAN)

CAN sau Convertor Analogic Numeric reprezint un bloc sau un circuit care poate accepta o mrime analogic (curent, tensiune) la intrare, furniznd la iesireun numr care constituie o aproximare (mai mult sau mai putin exact) a valoriianalogice a semnalului de la intrare.

Dupa cum rezulta din aceasta definitie legatura dintre intrare si iesire este ofunctie definita pe o multime discreta - multimea numerelor aplicate la intrare - cuvalori ntr-un anumit interval de tensiuni sau curenti de iesire. Pentru un CNA idease poate scrie: v0=n.V sau i0=n.I corespunzator unei iesiri n tensiune si respectiv ncurent. Variabila n reprezinta numarul aplicat la intrare iar V si I treptele detensiune respectiv de curent corespunzatoare unei unitati aplicate la intrare (pentrun=1 v0=V).

Pentru definirea parametrilor CNA si CAN este necesar sa definimurmatoarele notiuni:- Cuantizare = mpartirea intervalului de variatie a unei marimi analogice ntr-unnumar determinat de trepte (cuante).- MSB = (Most SignificantBit), bitul cel mai semnificativ, este bitul avnd ponderea cea mai mare la scrierea binara a numerelor.- LSB = (LeastSignificantBit), bitul cel mai putin semnificativ, cu ponderea ceamai mica la scrierea binara a numerelor.

Pentru exemplificare consideram reprezentarea binara a numarului N: N b b b b bnnk110 unde bk {0,1} si k{0,1,...,n}. n aceasta scriere bn=MSB, b0=LSB, bk =BIT.

Parametrii CAN:Gama de variatie a semnalului de iesire: reprezinta domeniul maxim de

variatie pe care l poate avea marimea analogica de la iesirea convertorului D/A.Rezolutie : reprezinta treapta minima ce poate fi sesizata la iesirea unui

convertor numeric - analogic; trebuie precizat ca specificarea rezolutiei se poateface prin valoarea absoluta a treptei minime de la iesirea convertorului, fie prinnumarul maxim de trepte distincte de la iesire.

Eroare de gama: este o eroare de factor de transfer reprezentnd abaterea pantei caracteristicii de transfer reale fata de panta caracteristicii de transfer idealese masoara n %.

Eroare de offset: reprezinta deplasarea caracteristicii de transfer fata deorigine; se masoara n LSB.

Eroare de neliniaritate: exprima abaterea caracteristicii reale de lacaracteristica ideala-linia dreapta a convertorului D/A; se masoara n LSB.


18/37-18-

Timpul de conversie: reprezinta intervalul de timp necesar pentru a seexecuta o conversie; conversia se considera ncheiata cnd marimea de iesire sestabileste la valoarea finala 1,2 LSB

Bit de semnificaie maxim (BSMax, MSB)n sistemul de numeratie binar, bitul de semnificatie maxim este cifra pozitionat(deobicei) la scriere n partea de extrem stng si care are ponderea maxim nnumr.

Bit de semnificaie minim(BSMin, LSB)n sistemul de numeratie binar, cifra cea mai puin semnificativ este bitul desemnificaie minim, amplasat de regul n extrema dreapt a numrului. Acest bi poart ntr-un sistem numeric cea mai mic informatie care are sens, reprezentnddeci rezoluia sistemului respectiv.Din aceast cauz toate erorile analogice trebui

s reprezinte fractiuni din valoarea (curent sau tensiune) asociat acestui bit.Codificatorn conversia de date un circuit de codificare (ENCODER) reprezint unconvertor analog/numeric. El mai este denumit digitizor sau cuantificator.

CuantificareDivizarea intervalului de variatie (tensiune, curent) al unei mrimi analogice ntr-un numr determinat de trepte (cuante") de amplitudine egal, n scopulexprimrii valorii analogice sub form de numr, constituie procesul decuantificare al unui semnal analogic.Mrimea treptelor rezultate n urmacuantificrii este egal cu raportul dintre valoarea intervalului maxim de variatie sinumrul lor, fiecare astfel de cuant" fiind delimitat de dou nivele decuantificare succesive.

Caracteristica de transferDependenta dintre mrimea de iesire a unui convertor si mrimea sa de intrarereprezint caracteristica de transfer a convertorului. Deoarece una dintre cele doumrimi are ntotdeauna o variatie analogic iar cealalt o variatie numeric,caracteristica de transfer att a unui CAN ctsi a unul CNA are o variatie n trepte.


19/37-19-

Convertorul analog-digital folosit este circuitul integratC520D. Circuitul C520D este un circuit monolitic CAD 3 digiti construit pe bazatehnologiei I2L. Functiile sunt realizate pe un cip ce contine peste 1200 elementefunctionale n sistem LSI cu cca.75% partea digitala i 25% partea analogica.

Are o singur tensiune de functionare cu un consum de energie redus. El prezinta toate avantajele si dezavantajele procedeului DUAL-SLOP cum sunt: Suprimarea tensiunii perturbatoare in dependenta cu timpul de integrare; Insensibilitate reletiva la oscilaiile frecventei de tact; Numai la cote (rate) de transformare conversia este lenta.

Eroarea maxim este 0,1% la valoarea masurata 1 digit.

Caracteristicile circuituluiICL7107 sunt:1. masoar tensiuni si cureni pe un domeniu larg; 2. afiseaz valoarea masurata in mai multe moduri de functionare; 3.prezinta avantajul de a mentine valoarea masurata atat cat e nevoie;4. se poate folosi si la microcalculatoare electronice pentru inmagazinarea

datelor;5. alimentare intermediara;Dispune de o sursa de referinta pentru curent si teniune, polaritate

automata si un generator de tact (oscilator intern) care toate contribuie lafunctionarea convertorului (conversiei) n trei moduri:

1) funcionare lenta; 2) hold (functionare n asteptare);3) functionare rapida (n viteza).


20/37-20-

El culege la intrare o tensiune situata n domeniul Ui = 99mV 9999mV.Aceasta este preluata in interior, iar la iesire semnalele sunt demultiplexate cuajutorul unui circuit BCD.Valoarea masurata este afisat de acesta direct pe treiafisoare. C520D are posibilitatea afisarii depairii negative sau pozitive.

Tensiunea de alimentare (de lucru) Us = 5V 10% si circuitul estecompatibil cu sistemul TTL care se alimenteaza la +5V 5%.

Configuratia pinilor:

1) BCD iesire date QB 2) BCD iesire date QA 3) Iesire digitala NSD (101)4) Iesire digitala MSD (102)5) Iesire digitala LSD (100)6) Mod de functionare ales (viteza de comutare)

7) Alimentare negativa masa8) Potentiometru de zero (NP)9) Potentiometru de zero (NP)

10) Intrare L11) Intrare H12) Condensator de integrare Ci 13) Potentiometru valoare final 14) Tensiune de lucru Us = 5V15) BCD iesire date QC 16) BCD iesire date QD

Valorile limita caracteristice sunt:- tensiunea de functionare Us = 0 7V;- tensiunea de intrare la pini 10, 11 fata de masa U0L = 15 15V;- tensiunea la pinul 6 U6 = 0 7V;- tensiunea in cod BCD si la iesirile digitale U0H = 0 7V.

Conditiile de functionare sunt:

U1

C520D

H

1 1

L

1 0

Us14

Cs12

Ps18

Ps29

Hold6

.13

LSD 5

NSD 3

MSD 4

QB 1

QC 15

QD 16

GND7

QA 2


21/37-21-

- tensiunea de lucru Us = 4,5 5,5V 10%;- temperatura mediului ambiant Ta = 0 70 C;-tensiunea de intrare intre pini 10 si 11 U10-11 = 99 999 mV;- tensiunea pentru viteza de comutare la pinul de comanda 6:- functionare normala U6 = 0 0,4V;- hold U6 = 0,8 1,6V;- functionare rapida U6 = 3,2 5,5V.- reglarea punctului zero Ui = 0V;- reglarea valorii finale Ui = 999mV

Schema bloc a convertoruluiC520D este:

In schema standard pentru afisarea cu anod comun rezistentele R3 R6garanteaza pragul de intrare conform TTL pentru decodorul D147C.

Rezistentele R7 R9 sunt pentru limitarea curentului la iesirile digitale sitrebuie s fie de 2 k. Tranzistoarele sunt cu siliciu de tip PNP. Limitarea

curentului prin rezistentele R10 R16 sunt corespunzatoare folosirii la alegere elementelorde afisare. Pentru a citi mai bine valoarea masurat e nevoie de o ratade conversie lenta. In acest sens se pune la masa pinul 6. Valoarea masurata siafisata ramane atat timp cat pinul 6 e la masa.

Daca se revine la pozitia anterioara indicatia este alta ntrucat circuitullucreaza in interior.

Se foloseste un sistem de afisaj cu LED cu catodul comun. Se folosesctranzistoare PNP pentru comanda segmentelor. Limitarea curentului in baza


22/37-22-

tranzistoarelor se face cu rezistene de 5k. Stralucirea (aprinderea) afisajului seface intr-un scurt timp de 2 3 ms.

Tabelul urmtor arat modul de funcionare compatibil cu TTL:

E U 6 viteza

a)

H 0,4V lent

L 1,2V ateptare

deschis 1,2V ateptare

b)

H 1,2V ateptare

L US UCEsat rapid

deschis 1,2V ateptare

Generatorul etalon (Ge)

Generatorul de tact etalon (GE) este constituit dintr-un simplu oscilator RC,frecvena acestui putnd fi reglat la 40 kHz (timpul de integrare este T1=100 ms)sau 50 kHz (T1=40 ms); pentru realizarea intervalului T1, frecvena generatoruluieste divizat intern la valori corespunztoare.

Tensiunea de referin (U0) este preluat de la dioda Zener intern de 2,8 V(coeficient termic 0,01%/C) prin intermediul unui poteniometru cu ajutorul crui poate fi reglat la 100 mV (pentru gama de 200 mV) sau la 1 V (pentru gama de V). Dac se renun la referin, voltmetrul poate fi utilizat ca logometru(raiometru), cea de-a doua tensiune fiind introdus n locul lui U0 (adic pecursorul poteniometrului).


23/37


24/37-24-

Decodoare

Decodorul este un circuit logic cu mai multe intrri i mai multe ieiri careconvertete semnalele de intrare codate n semnale de ieire codate, codurile dintrare i de ieirefiind diferite. n general, codul de intrare este construit pe mai puini bii dect codul de ieire, iar ntre cuvintele de cod de intrare i cuvintele dcod de ieire exist o coresponden biunivoc.

Structura general a unui circuit de decodare este cea din figur. Intrrile deactivare, dac exist, trebuie s fie confirmate pentru ca decodorul s realizezecorespondena intrare-ieire n mod normal. n caz contrar, decodorul asociaztuturor cuvintelor de intrare un singur cuvnt de cod de ieire- disabled(neactivat).

Pentru semnalul de intrare, cel mai frecvent se utilizeaz un cod binar de n bii, n care un cuvnt de n bii reprezint una dintre cele 2n valori codate diferite,n mod normal numerele ntregi de la 0 la 2n-1. Uneori, codurile binare de n biise trunchiaz, reprezentndu-se astfel mai puin de 2n valori. De exemplu, n codulBCD, combinaiile de 4 bii de la 0000 la 1001 reprezint cifrele zecimale 1...9, iacombinaiile de la 1010 la 1111 nu sunt utilizate.

Pentru semnalulde ieire, cel mai frecvent se utilizeaz un cod 1 din m, careconine m bii, n orice moment fiind confirmat unul dintre bii. Astfel, pentru uncod 1 din 4 cu valorile de ieire active n HIGH, cuvintele de cod sunt: 0001, 00100100 i 1000. Dac valorile de ieire sunt active n LOW, cuvintele de cod sunt1110, 1101, 1011 i 0111.

Decodorul binar


25/37-25-

Decodorul binar este destinat operaiilor de generare a semnalelor de seleciesau de implementare a funciilor logice mai complicate. Acest tip de decodor are nintrri de cod, un numr de intrri de validare i 2n ieiri; intrrile de validare permit activarea/dezactivarea funcionrii decodorului prin trecerea ieirilor nstarea inactiv.

Un exemplu de decodor binar este SN74138 (decodor binar 1 din 8, ntehnologie TTL); n seria CMOS standard nu exist un decodor binar.

Decodorul BCD-zecimal

Acest decodor are 4 intrri i 10 ieiri, corespunztoare numerelor zecimale0...9; codurile 10...15 sunt invalide i nu produc activarea niciunui semnal deieire. Decodorul BCD-zecimal este folosit mult la comanda afiajelor cu tuburiindicatoare (unde fiecare cifr are comand separat) sau la comanda unor afiajde tip bargraf. Exemple de decodoare BCD-zecimal: SN7442 (decodor 1 din 10, d

uz general, n tehnologie TTL), SN74141 (decodor 1 din 10 pentru atacul tuburiloindicatoare, n tehnologie TTL), 4028 (decodor 1 din 10, de uz general, ntehnologie CMOS).

Decodoare de comand a afiajului Pentru extragerea datelor binar-zecimal din numrtoarele binare i afiarea

lor n form zecimal, se utilizeaz un decodor de comand. n funcie de formcaracterelor afiate, rezult trei tipuri principale de decodoare, i anume:

decodoare pentru comanda iluminrii directe a caracterelor zecimale, princodul 1 din 10:

decodoare pentru comanda iluminrii unor segmente, din combinarea crorarezult caractere zecimale;

decodoare pentru comanda iluminrii unor puncte, n czul reprezentrii prinmatrice alfanumerice.Tipul decodoarelor este determinat i de valorile tensiunilor i curenilor

pentru comanda diferitelor sisteme de afiaj. Astfel: pentru comanda sistemelor de afiaj cu LED-uri condiia principal impus

decodorului este asigurarea curentului de ieire pentru polarizareasegmentelor, valorile uzuale fiind de 2-20 mA. n cazul circuitelor TTL,

aceasta nu constituie o problem. Deoarece valorile tensiunii directe pe unsegment electrolumniscent este de 1,6-3,4 V, se impune conectarea uneirezistene serie la decodoarele cu circuit de ieire colector deschis, pentrucompatibilitatea cu tensiunea de alimentare de 5V a circuitelor TTL.Decodoarele CMOS pot comanda sisteme de afiare cu LED-uri: direct, ncazul celor cu un curent de lucru de 5 mA sau prin intermediul unoramplificatoare de curent, n cazul unui curent mai ridicat. n prezent, se


26/37


27/37-27-

Principiul de funcionare. n stare normal, neexcitat, moleculele cristaluluinematic sunt paralele ntre ele, iar cristalul este transparent. Aceast stare ordonat poate fi modificat cu ajutorul unui cmp sau curent electric, situaie n carecristalul devine opac. Apare astfel posibilitatea de a comanda electric trecerea saoprirea luminii, posibilitate ce st la baza afisajelor cu cristale lichide.

Dup felul semnalului de comand utilizat (curent, tensiune), exist doutipuri de afiaje cu cristale lichide, cu structur similar:

afiaje ce funcioneaz pe principiul difuziei dinamice; afiaje cu efect de cmp.

Afiaje cu cristale lichide cu difuzie dinamic. Utilizeaz un cristal nematicde puritate redus, iar modificarea transparenei se produce prin turbulenamoleculelor provocat de curentul ce strbate perpendicular cristalul, curent ce estevehiculat prin ionii (impuriti) prezeni n structura cristalului respectiv. Acest tipde afiaj are vitez de rspuns acceptabil (2050 ms), ns necesit tensiune dlucru (c.c. sau c.c de 50 Hz) relativ mare (1015 V) i de aceea nu se maiutilizeaz n domeniul aparatelor numerice portabile.

Afiaje utiliznd cristale lichide cu efect de cmp. Acesta folosete un cristalde nalt puritate (fr ioni), cu rezistivitate mare, iar efectul de modificare atransparenei se obine prin rotirea, ordonat, a moleculelor sub influena unuicmp aplicat, de unde i denumirea de cristale lichide cu efect de cmp. Acest tipde afiaj prezint avantajul c poate funciona la tensiuni mai sczute: 25 V (c.c.sau impulsuri), ns are i vitez de lucru mai sczut (0,10,2 s). Cu toateacestea, n prezent, este singurul tip de afiaj cu cristale lichide adoptat de ctreconstructorii de aparate de msur cu afiare numeric.

Dup sursa de lumin folosit, ambele tipuri de afiaje pot ficu surs proprie de lumin (utilizeaz o lamp tip baghet miniatural, plasat n spatele plachetei) saucu lumin ambiant (folosesc numai lumina ambiant, iar cifreleapar ntunecate, pe fondul alb-cenuiu, fiind mult mai economice).

Activarea LCD se face cu tensiune dreptunghiular (cca. 50 Hz) furnizatdin interiorul circuitului 7107 prin pinul 21 (firma INTERSIL atrage atenia caaplicarea unei tensiuni continue peste 50 mV, pe o durat de cteva minute , poatedistruge cristalul lichid al afiajului, drept care se recurge la alimentarea nimpulsuri).


28/37-28-


29/37-29-

5.Schema electrica pentru volt-ampermetru

Schema electrica de alimentare din fig.1 utilizeaza doua circuitestabilizatoare de tensiune CI7805 pentru alimentarea simetrica a circuitului.

Fig. 1

In cazul in care se doreste alimentarea aparatului de masura in curent alternativ se vautiliza circuitul electronic realizat conform fig.2:-un transformatot adaptor de retea, pentrau a cobora tensiunea de 220/230V ca la o tensiune delucru de 6/9 Vca cu 600mA.-o punte redresoare in vederea redresari curentului alternativ in curent continuu alcatuita din 4dione cu Ge de tipul 1N4007;-2 condensatori electrolitici cu valori de 220 uF in vederea liniarizari valori tensiuni la frecventemari (de filtraj si rol de cuplaj);-2 condensatori ceramic cu valori de 100nF in vederea liniarizari tensiuni la frecvente mici(cu rde filtraj)

-2 circuite integrate 7805 montate in punte pentru adaptarea tensiuni la valoare nominal de 5v

Fig.2Filtrarea capacitiv const n conectarea unor condensatori n paralel, pe

ieirea redresorului, cu respectarea polaritii n cazul condensatoarelor polarizate.O particularitate important a filtrrii capacitive const n faptul c, n absenaconsumatorului (cu ieirea n gol), tensiunea de ieire este egal cu valoarea de


30/37-30-

vrf a pulsurilor, depind astfel de2 ori valoarea eficace a tensiunii alternativecare se redreseaz. De exemplu, dac transformatorul furnizeaz n secundar otensiune de 6V (valoare eficace), valoarea de vrf a pulsurilor este de V 5,86*2 ,neglijndu-se cderile pe diode. Prin filtrare capacitiv, tensiunea n gol la ieirearedresorului va fi de cca. 8V.


31/37-31-

6.Reali zarea cablaju lui

Metode de realizare a circuitelor imprimate sunt multiple.Dintre acestea,cele mai utilizate sunt: metoda cu radiaii UV (utilizat ncazul cablajelorfotorezistive) i metoda foliei de transfer de tip PnP.

Realizarea cablajelor imprimate de serie mic sau unicat poate fi realizat prin diferite metode, una dintre acestea fiind i utilizarea foliei de transfer de tiPNP (PRESS and PEEL=apas i dezlipete).

Aceast tehnologie de realizare a cablajelor se bazeaz pe o folie de tipspecial.

Etape de realizare ale cablajului imprimat sunt: se realizeaz desenul cablajului imprimat, fie manual, fie prin intermediul

unor programe specializare (ORCAD, PROTEL, CIRCUITMAKER,Ped2Ped);

acest desen, considerat pozitiv se copiaz cu ajutorul unui copiator pe foliade tip PnP.Tonerul copiatorului va adera la folia PnP, realiznd pe aceastadesenul negativ (n oglind) al desenul de cablaj;

se pregatete plcua de cablaj imprimat, tindu-se la dimensiunea necesarlefuindu-se cu un glasspapier foarte fin;

se degreseaz placa de cablaj imprimat, n vederea curairii de oxizi igrsimi prin scufundarea acesteia ntr -o soluie slab deacid:HNO3+Cu=Cu(NO3)2+H2;

dup 30 de secunde se scoate, se spal sub un jet de ap iar apoi seusuc.Fr s se ating cu mna cablajul se suprapune peste acesta folia detransfer de tip PnP;

cu ajutorul unui fier de clcat, reglat la temperatura de 200 pana la 225 degr ade Celsius, se nclzete suprafaa foliei avndu-se grij s existe uncontact permanent ntre fierul de clcat i folie;

se are n vedere faptul c toat suprafaa foliei s fie uniform nclzit,aceasta realizndu-se prin micri circulare ale fierului de clcat.De regul,timpul necesar transferrii tonerului de pe folie pe placa de cablaj imprimaeste ntre 60 i 120 de secunde.n mod normal acest timp este dependent demrimea suprafeei de transferat.

Operaiunea se consider ncheiat cnd prin folia transparent se observ perfect traseul desenat: se las s se rceasc cablajul i folia dup care, cu mare atenie se

dezlipete ncepnd de la coluri.Se vizualizeaz desenul transferat pecablaj, se compar cu originalul i dac este nevoie se corecteaz cuajutorul unui marker traseele ntrerupte;

se introduce placa de cablaj imprimat ntr-o soluie de clorur fericde o concetraie adecvat.n urma reaciei chimice care are loc:


32/37-32-

2FeCl3+3Cu=3CuCl2+2Fe traseele neacoperite sunt corodate,obinndu-se n final copia fidel n cupru a traseului desenat.Timpulde corodare depinde de concentraia soluiei de clorur feric, detemperatur i de gradul de agitaie a acestuia;

dup terminarea corodrii se scoate placa de cablaj imprimat dinsoluie, se spal sub jet de ap, se usuc, se ndeprteaz cu ajutorulunui praf abraziv tonerul depus, se acoper suprafaa de cupru cu osoluie de colofoniu dizolvat n alcool;

dup aceast operaie placa de cablaj imprimat poate fi utilizat nvederea guririi ei i a montrii pieselor electronice;

Aceast tehnologie este ideal pentru cablaje unicat sau de serie mic decomplexitate medie.Traseele de cablaj realizate nu pot avea dimensiuni mai micde 0,8 mm.Traseele mai fine se pot realiza doar prin alte metode.

Cablajul imprimat


33/37-33-

Componentele utilizate:

R1 = 180k R2 = 22k R3 = 12k R4 = 1M R5 = 470k R6 = 560 R7=200 R8=5 R9=50 R10=1.6 R11=0.06 R12=0.1 C1 = 100pF C2 = 100nF C3 = 47nF C4 = 10nF C5 = 220nF P1 = 20k (semireglabil)


34/37-34-

U1 = ICL 7107 LD1,2,3,4 = Display 7 segmente cu anod comun. IC1=CA3161E IC2=CA3162E Intersil-Harris IC3=CA3161E Intersil-Harris IC4=CA3162E Intersil-Harris Q1,2,3=BC557 ceramica Q4,5,6=BC557 ceramica LD1,2,3 = MAN 6960 LD4,5,6= MAN 6960 1N4001 (4 diode) 1C5=LM7805


35/37-35-

7.Breviar de calcul

Divizorul de tensiune

Avem scara de 0.3, 1, 10 VR sp=200k/V U0=0,3VI=

RspU

I=0.0015mAR1=U0/I=0,3/0.015 =200 U0=1V

I=0.005mAR 2=U0/I=1/ 0.005=5 U0=10VI=0.5mAR 3=U0/I=10/0.5 =50

Divizorul de curentAvem scara de0.3, 3, 5AUsp= 0.5VR=U/II1=0.3AR 1=1.6 I2=3AR 2=0.16 I3=5AR 3=0.1


36/37-36-

8.Calculul economic

Componenta Pret (RON)

Circuit integrat ICL7107 12RON

4 digiti 7 segmente 12RON

Condensatori100pF100nF47nF10nF220nF

0,1RON0,1RON0,1RON0,1RON0,1RON

Rezistente180k22k12k470k1M560k

0.5RON0.5RON0.5RON0.5RON0.5RON0.5RON

Semireglabil20k 2RON

Total 41.75RON


37/37

proiect mes terminat 2013 final

Documents