НОУ ИНТУИТ | Интеллектуальные сенсоры. Лекция 25: Элементная база интеллектуальных сенсоров. Часть 1

Учитесь и получайте официальные документы БЕСПЛАТНО. Вы можете поддержать наш проект.

Регистрация Вход

Твой путь к знаниям!

Опубликован: 26.05.2010 | Доступ: свободный | Студентов: 1604 / 257 | Оценка: 4.42 / 4.25 | Длительность: 56:51:00

ISBN: 978-5-9963-0124-9

Темы: Искусственный интеллект и робототехника, Аппаратное обеспечение

Специальности: Разработчик аппаратуры

|

Вам нравится? Нравится 35 студентам

| Поделиться |

Поддержать курс

| Скачать электронную книгу

Упражнение 25.3.

Вариант 1. Подставляя данные задачи в формулу (25.1), находим: 512 = 1 + R_2/2,5 . Отсюда $R_2 = 511\times 2,5 = 1277,5 \text{ кОм} = 1,277 \text{ МОм}$ .

Вариант 2. Подставляя данные задачи в формулу (25.1), находим: 256 = 1 + 250/R_1 . Отсюда $R_1 = 250/255 = 0,9804 \text{ кОм} = 980,4 \text{ Ом}$ .

Вариант 3. Подставляя данные задачи в формулу (25.1), находим: K = 1 + 510/2 = 256 .

Вариант 4. Подставляя данные задачи в формулу (25.2), находим: $2,56 = 3\times 10^{–6}\times R_2$ . Отсюда R_2 = 853,3 кОм. Номинал резистора R_1 точно не определяется, но должен быть много меньше, чем R_2 , например, 10 кОм.

Вариант 5. Подставляя данные задачи в формулу (25.2), находим: $0,04 = 5\times 10^{–8}\times R_2$ . Отсюда R_2 = 800 кОм.

Вариант 6. Подставляя данные задачи в формулу (25.3), находим: $U_{ВЫХ} = 512\times (72 – 64)\times 10^{–3} = 4,096 \text{ В}$ .

Вариант 7. Подставляя данные задачи в формулу (25.3), находим: $2,4 = K\times (128 – 32)\times 10^{–3}$ . Отсюда = 25.

Вариант 8. Подставляя данные задачи в формулу (25.3), находим: $1,15 = 250\times (U_{ВХ,1} – 12,5\times 10^{–3})$ . Отсюда $(U_{ВХ,1} – 12,5\times 10^{–3}) = 4,6\times 10^{–3}$ и $U_{ВХ,1}$ = 17,1 мВ.

Упражнение 25.4.

Вариант 1. Подставляя данные задачи в формулу (25.4), находим: $U_{диф} = 2,4\times (1,5/12 – 4,2/34,7) = 0,00951 \text{ В} = 9,51 \text{ мВ}$ .

Вариант 2. Подставляя данные задачи в условие балансировки моста (25.5), имеем: 2,4/9,6 = Z_3/30 . Отсюда Z_3 = 7,5 кОм.

Вариант 3. Подставляя данные задачи в формулу (25.4), находим: $42\times 10^{–3} = U_{оп}\times (12,2/60,2 – 30/150)$ . Отсюда $U_{оп}$ = 15,8 В.

Вариант 4. Подставляя данные задачи в формулу (25.4), находим: 1/24 = Z_1/(Z_1 + 48) – 30/150 . Решая это уравнение относительно Z_1 , получаем Z_1 = 15,3 кОм.

Вариант 5. Подставляя данные задачи в формулу (25.4), находим: $U_{диф} = 4,5\times (12/60 – 30/90) = – 0,6 \text{ В} = – 600 \text{ мВ}$ . Дифференцируя выражение $U_{диф} = 4,5\times (Z_1/(Z_1 + 60) – 30/90)$ по Z_1 , получаем: $\Delta U_{диф} = 4,5\times 60\times \Delta Z_1/(Z_1 + 60)^2$ . Отсюда $\Delta Z_1 = \Delta U_{диф}(Z_1 + 60)^2/(4,5\times 60) = 10^{–3}*8100/270 = 30\times 10^{–3} \text{ кОм} = 30 \text{ Ом}$ .

Вариант 6. Подставляя данные задачи в формулу (25.4), находим: $U_{диф} = 3,2\times (7,52/22,52 – 30/90) = 0,00189 \text{ В} = 1,89 \text{ мВ}$ .

Вариант 7. Подставляя данные задачи в условие балансировки моста (25.5), имеем: 7,2/29 = Z_3/60 . Отсюда Z_3 = 14,9 кОм.

Вариант 8. Подставляя данные задачи в формулу (25.4), находим: $U_{диф} = 3,6*(18/90 – 45/225) = 0$ . Дифференцируя выражение $U_{диф} = 3,6\times (Z_1/(Z_1 + 72) – 45/225)$ по Z_1 , получаем: $\Delta U_{диф} = 3,6\times 72\times \Delta Z_1/(Z_1 + 72)^2$ . При изменении на 1% имеем $\Delta Z_1 = 0,18 \text{ кОм}$ . Тогда $\Delta U_{диф} =3,6\times 72\times 0,18/902 = 5,76\times 10^{–3}\text{ В} = 5,76 \text{ мВ}$ .

Упражнение 25.5.

Вариант 1. По формуле (25.6) находим: $U_{\textit{ТШ}}^2 = 4\times 1,38 \times 10^{–23}\times 298\times 4,2\times 10^5\times 10^5 = 6,909\times 10^{–10} \text{ В}^2;\; U_{\textit{ТШ}} = 2,63\times 10^{–5} \text{ В} = 26,3 \text{ мкВ}$ .

Вариант 2. Из формулы (25.6) находим: $R=U_{\textit{ТШ}}^2/(4kT\Delta f)$ . Подставляя сюда данные задачи, получаем: $R = 64\times 10^{–10}/(4\times 1,38\times 10^{–23}\times 298\times 4\times 10^4) = 9,73\times 10^6\text{ Ом} = 9,73 \text{ МОм}$ .

Вариант 3. Подставляя в формулу, выведенную в варианте 2, данные задачи, находим: $R = 10^{–8}/(4\times 1,38\times 10^{–23}\times 313\times 10^6) = 5,79\times 10^5\text{ Ом} = 579\text{ кОм}$ .

Вариант 4. Из формулы (25.6) находим: $\Delta f=U_{\textit{ТШ}}^2/(4kTR)$ . Подставляя сюда данные задачи, получаем: $\Delta f = 10^{–8}/(4\times 1,38\times 10^{–23}\times 308\times 11\times 10^4) = 5,35\times 10^6\text{ Гц} = 5,35\text{ МГц}$ .

Вариант 5. Из формулы (25.6) находим: $T=U_{\textit{ТШ}}^2/(4k\Delta fR)$ . Подставляя сюда данные задачи, получаем: $T = 1,764\times 10^{–9}/(4\times 1,38\times 10^{–23}\times 12\times 10^4\times 7,2\times 10^5) = 370 K = 97 \deg C$ .

Вариант 6. По формуле (25.6) находим: $U_{\textit{ТШ}}^2 = 4\times 1,38\times 10^{–23} \times 298\times 6,7\times 10^5\times 16\times 10^3 = 1,763\times 10^{–10}\text{ В}^2; U_{\textit{ТШ}} = 1,33\times 10^{–5}\text{ В} = 13,3\text{ мкВ}$ .

Вариант 7. Подставляя данные задачи в формулу (25.7), находим: $i_{\textit{ТШ}}^2 = 3,25\times 10^{–7}\times 3\times 10^9\times 15\times 10^4 = 146\times 10^6\text{ пА}^2; i_{\textit{ТШ}} = 12,1\times 10^3\text{ пА} = 12,1\text{ нА}$ .

Вариант 8. Из формулы (25.7) находим: $\Delta f=i_{\textit{ДШ}}^2(3,25\times 10^7 I)$ . Подставляя сюда данные задачи, имеем: $\Delta f = 56,25\times 10^6/(3,25\times 10^{–7}\times 2,5\times 10^9) = 6,92\times 10^4\text{ Гц} = 69,2\text{ кГц}$ .

Упражнение 25.6.

Вариант 1. Термином "микроконвертор" обозначают сейчас выполненную в виде микросхемы комплектную систему сбора и обработки данных, состоящую из встроенного микроконтроллера, аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей, эталонных источников напряжения, датчика температуры, таймеров, монитора источника питания, и имеющую значительный объем памяти данных, памяти программ и т.п.

Вариант 2. Термином "микроконтроллер" обозначают выполненное на одном кристалле или в виде одной микросхемы устройство для переработки информации и автоматического управления на основе этой информации разными устройствами. В его состав обязательно входят память программ и данных, узлы приема и выдачи данных, таймеры, часто АЦП, ЦАП и т.п.

Вариант 3. "Микропроцессор" – это сформированное на одном кристалле или в виде одной микросхемы устройство для обработки информации, не обязательно универсальное. Он может быть специализирован на эффективное быстрое выполнение лишь какого-то одного класса функций, например, лишь на распознавание слов-паролей или правильности формата сообщения, на перекодировку сигналов, на их специализированное форматирование. Микропроцессор не обязательно должен иметь внутреннюю память программ или узлы приема и выдачи данных, – он должен лишь обрабатывать, преобразовывать данные, выполнять над ними определенные операции.

Вариант 4. 4-разрядные микроконтроллеры семейства MARC4 фирмы Atmel являются малопотребляющими. В них на одном кристалле с микропроцессором сформированы память программ на 8К, 256 бит статической памяти данных, энергонезависимая память данных EEPROM, параллельные порты приема/выдачи данных, 8-разрядные таймеры/счетчики, тактовый генератор, супервизор напряжения, синхронный последовательный интерфейс. Встроенный контроллер прерываний имеет несколько уровней приоритета и позволяет быстро обслуживать до 14 запросов на прерывание. Микроконтроллеры этого семейства выпускают в двух версиях. Микросхемы T48Cx9x (MTP/Flash версия) используют в экспериментальных и исследовательских образцах сенсоров, поскольку эти микроконтроллеры позволяют относительно легко изменять программу своей работы без снятия с платы сенсора. А для серийного выпуска используют аналогичные микросхемы M44Cx9x – H/M44Cx9x-V (ROM версия), заметно более дешевые, в которые программа работы записывается в ПЗУ.

Вариант 5. Например, микроконтроллер MSP430F449 фирмы Texas Instruments имеет малые габариты и хорошо приспособлен для использования в портативных приборах. Напряжение питания можно выбрать в широких пределах – от 1,8 до 3,6 В, а ток питания составляет 0,25 мА в активном режиме (в "экономном" режиме лишь 1 мкА). MSP430F449 имеет в своем составе 12-разрядный АЦП и может выполнять до 4 млн. операций за секунду, что обеспечивает высокие точность и темп измерений. Имеется внутренняя энергонезависимая память объемом 60 килобайт, которой достаточно для хранения результатов тысяч измерений.

Вариант 6. Микроконвертор ADuС 812 состоит из 8-разрядного вычислительного ядра, памяти программ и данных, трех 16-разрядных таймеров/счетчиков, "дежурного" таймера, монитора источника питания и периферийных микроконтроллеров, которые реализуют три типа внешних интерфейсов: UART, SPI, I2C. ADuС 812 имеет 32 программированных входа/выхода, которые скомпонованы в четыре 8-разрядных порта. Один из них 3 (Р3) имеет повышенную нагрузочную способность. Память состоит из встроенных флэш-памяти (8 Кбайт – память программ, 640 байт – память данных) и RAM-памяти (256 байт – память данных) и из внешней памяти (16 Мбайт данных и 64 Кбайт программ). Микроконтроллер оснащен внутренним температурным датчиком. Каждый из таймеров состоит из двух 8-разрядных регистров и может быть использован как таймер и как счетчик. Предусмотрены три входа (Т0, Т1, Т2) для внешних тактовых импульсов. "Дежурный" таймер предназначен для формирования внутреннего сигнала сброса в случае, если "зависает" программа или возникает программная или аппаратная ошибка. Тактовая частота "дежурного" таймера составляет 64 кГц. Продолжительность контролируемого интервала – от 16 до 204 мс. Обмен данными с внешними устройствами осуществляется через четыре 8-разрядных порта общего назначения.

Вариант 7. 16-разрядный АЦП обеспечивает очень высокую точность преобразования $2^{–17} \approx 0,0008%$ от максимально возможного значения.

Вариант 8. Точность отсчета напряжения в 10-разрядном АЦП составляет $2^{–11} \approx 0,0005 = 0,05%$ .

Дальше >>

Авторизоваться

Интеллектуальные сенсоры

Лекция 25: Элементная база интеллектуальных сенсоров. Часть 1

Вопросы и ответы