Разработка системы самоконтроля аналого цифрового преобразователя
program
ADC_model_fixed_1;
uses
crt;
type
o=array[1
.. 100,1 .. 100] of integer;
q=array[1
.. 100] of boolean;
w=array[1
.. 9] of boolean; { 9 - enabled input }
var
data : q;
error:o;
in_data :w;
Таблица 1.
Таблица истинности приоритетного шифратора 74F148.
Принцип
работы приоритетного шифратора :
Шифратор получает данные с восьми входных линий
, которые активны в состоянии логического нуля и преобразует их в три выходных
линии , также считающиеся активными в состоянии логического нуля. Значение
приоритета связывается с каждым входом и когда две или более входных линий
одновременно активны , значение приоритета старшего входа передаётся на выход ,
вход 7 имеет наивысший приоритет. Логическая единица на EI(Enable Input) установит на всех выходах
неактивное состояние. Выход GS(Group Signal) активен, когда хотя бы один из входов активен. EO(Enabled Output) активен , когда все входы
неактивны.EO и EI используются при
каскадировании приоритетных шифраторов.
Рис
3. Расширение разрядов АЦП.
Комментарии к схеме рис. 3.
0-7 (на обоих шифраторах) – информационные
входные линии.
А0-А4 – информационные выходные линии.
Enable – логический ноль разрешает работу шифратора.
FLAG – если ноль, то хотя бы один их входов активен.
Разработка
системы самоконтроля.
В
литературе нами было обнаружено два
типа систем самоконтроля :
1.
Дублирование
преобразователя и последующее сравнение
выходов.
2.
Обратное
преобразование цифрового сигнала в аналоговый и сравнение его с исходным.
Эти
методы имеют существенный недостаток –
громоздкая схема контроля и как следствие - понижение надёжности , повышение
цены изделия , возникает проблема
«сторожа за сторожем».
Имеет
смысл разработка системы контроля , которая будет обнаруживать
меньшее
количество неисправностей (по сравнению с методами , указаными выше) аналого-цифрового преобразователя , но будет
возможно более простой и надёжной.
Рис. 4. Функциональная схема АЦП с системой
самоконтроля.
Описание системы тестов.
Из рис.4 видно что местами подключения схемы
самоконтоля являются входы и выходы
аналогового участка схемы и приоритетного шифратора , реализованные в виде
интегральныз микросхем. Принцип построения тестов следующий : при определённом значении на
входе АЦП происходит просмотр выходных значений и если обнаружено
нессответствие , то выдаётся сообщение о ошибке ; контроль происходит с учётом
особенностей работы схемы приоритетного шифратора (подробнее см. ниже).
Test1.
При
подаче нулевого потенциала на вход АЦП
компаратор test1_comp разрешает тестирование - происходит анализ выходных
значений , в случае , если хотя бы один
из информационных выходов имеет нулевой уровень , либо GS=1;E0=0 не
соответствует действительности , выдаётся сообщение об ошибке.
Test2.
В отличие от предыдущего теста , test2 контролтрует
схему в течение всего времени её работы ,
происходит сравнеиие значений GS и EO ,
и если они
равны , то выводится сообщение об ошибке.
Test3.
При
подаче на вход АЦП такого потенциала , при увеличении которого не происходит
изменения
значений информационных выходов А0-А2 ( в нашем случае 10V).
На
входах I0-I7 – уровни логического нуля (Uin=10 V) ,
компаратор test3_comp разрешает тестирование – происходит анализ выходных
значений , в случае , если хотя бы один из информационных выводов имеет уровень
логической единицы , то выводится сообщение об ошибке.
Test4.
Особенностью
работы приоритетного шифратора является то , что значения на вызодах EO и GS различны.
Когда на входах I0-I7 – уровни логической единицы (Uin=0) ,
GS=1 , EO=0 ;
В
остальных случаях GS=0 , EO=1. Test4 проверяет выход АЦП на
неединичные значения и GS=0;EO=1;
Схема аналого-цифрового преобразователя с
системой самоконтроля представлена на рис. 5.
Комментарии к схеме рис.5
Элементы :
1-46 приоритетный шифратор
47-60 система самоконтроля
Test1_Error, Test2_Error, Test3_Error,
Test4_Error – индикаторы
ошибок
A0,A1,A2 – выходные линии
Uin – вход АЦП
I0-I7 – линии связи
аналогово и цифрового участков схемы.
Моделирование
исправной схемы.
Моделирование
исправной схемы призводится при помощи
программного комплекса Electronics Workbench. 5.12. , представляющего собой
программный продукт, позволяющий производить моделирование, тестирование,
разработку и отладку электрических цепей.
Выбор
EWB для моделирования исправной схемы обусловлен тем , что представляет
значительное удобство графический интерфейс процесса , а также то , что
программа позволяет работать с аналоговым участком схемы.
Таблица
2
Результаты
моделирования. Uin EI* E0 GS I2 I1 I0 Error1 Error2 Error3 Error4 10 F T F F F F F F F F 9 F T F F F T F F F F 8 F T F F T F F F F F 7 F T F F T T F F F F 5 F T F T F F F F F F 4 F T F T F T F F F F 2 F T F T T F F F F F 0 F F T T T T F F F F
·
EI=const
F – логический ноль
Т –
логическая единица
Error1, Error2, Error3, Error4 – логическая единица указывает на наличие ошибки , обнаруженной
системой самоконтроля.
Как
видно из результатов моделирования , ни при
одном допустимом входном наборе сообщение об ошибке не появляется.
Моделирование
неисправной схемы.
Целью моделирования неисправностей является
определение доли ошибок АЦП , обнаруживающихся системой контроля. Для решения
данной задачи использовались самостоятельно разработанные программы , исходные
тексты которых приведёны в приложении.
Описание работы программы моделирования
неисправностей.
Моделируются
неисправности следующего вида: одиночные, фиксация 0 и 1.
Логическое
описание схемы находится в исходном тексте программы, для изменения
моделируемой схемы необходима значительная переделка программы и её компиляция
, поэтому данная программа предназначена исключительно для моделирования
неисправностей данной схемы. Моделирование производится следующим образом : на
линиях схемы поочерёдно устанавливаются
обрыв и замыкание на общий провод и производится моделирование схемы с
учётом данной неисправности.
В
таблицах 3 и 4 приведены результаты моделирования неисправностей. Записям в
таблицах соответствуют неисправности на выходе соответствующего элемента.
Таблица 3.
Результаты моделирования неисправностей.
Вид
неисправности: одиночная, фиксация 0. 0 V 5 6 13 38 40 42 47 49 2 V 5 42 47 49 4 V 5 42 47 49 5 V 5 42 47 49 7 V 5 42 47 49 8 V 5 42 47 49 9 V 5 42 47 49 10 V 5 43 44 45 49 51
На рис. 6 и 7
представлены информативности водных наборов с точки зрения обнаружения ошибок.
Заключение.
1. Несмотря на то , что схема контроля
составляет пятую часть от элементной базы схемы , eю обнаружено 71% и 20%
неисправностей фиксации 1 и 0 соответственно.
2.
При увеличении разрядов АЦП разница между основной схемой и контроля
увеличивается
и схема контроля вносит всё меньший относительный вклад в надёжность изделия.
3.
В схеме контроля используются тесты двух типов :
a)тесты постоянной проверки (test1 и test3)
б)тесты проверки лишь при
достижении критических значений (test1 и test3)
Наибольший вклад в
количество обнаруженных неисправностей вносят тесты типа б , но необходимость
введения тестов постоянной проверки обусловлена тем , что возможно такое
использование АЦП , при котором на вход не будут
подаваться предельные значения (тогда тесты
типа б не имеют смысла).
Содержание.
Задание на курсовую
работу.
2
Сущность метода АЦП.
2
Разработка системы
самоконтроля.
6
Моделирование исправной
схемы.
9
Моделирование неисправной
схемы. 9
Заключение.
11
Приложение. 12
Список
использованных источников 25
Министерство общего и
профессионального образования РФ
Дальневосточный Государственный
Технический Университет
Кафедра
ЭКТ
Пояснительная записка к
курсовому проекту
Тема :
Разработка системы самоконтроля аналого-цифрового преобразователя.