Материал: Микропроцессорное устройство управления

Табл.4

Функциональная схема индикатора представлена на рис.2.6.1.

Рис.2.6.1. Функциональная схема.

Нумерация выводов произведена непосредственно на печатной плате индикатора, их назначение определяется согласно табл. 5.

Табл.5

Подключение к МК:

·                  RS,R/W,E - входы управления режимами индикатора, которые подключаются к выводам RG0-RG2 микроконтроллера соответственно.

·        DB0-DB7 - входы данных, подключаемые к выводам RF0-RF6,RE7 соответственно.

·        V0,Vdd,BL+ - выводы питания и управления подсветкой, подключаются к +5V.

·        Vss,BL- - общие выводы, подключаемые к аналоговой земле.

Основным элементом ФИД является прозрачный диск с нанесенными на него рисками, количество которых достигается нескольких тысяч. При повороте диска, луч света, излучаемый источником ИС, модулируется рисками и воспринимается фотоприемниками ФП. Электрические сигналы от ФП преобразуются электронным преобразователем ЭП в систему электрических сигналов, которые подаются на микроконтроллер.

В качестве электронного преобразователя рассматривается следующая схема сопряжения ФИД с цифровой системой(рис.2.7.1).

Риc.2.7.1. Структурная схема сопряжения ФИ датчика.

В качестве гальванической развязки используются двухканальная оптопара диод-транзистор.

Мажоритарный элемент имеет нечетное число входов и один выход. Сигнал на выходе элемента получает то значение, которое имеется на большинстве его входов. Принцип формирования выходного сигнала заключается в сдвиге информационного сигнала на N тактов.

Поскольку мажоритарный элемент используется для выявления и устранения кратковременных импульсных помех, то сначала необходимо выполнить сдвиг информационного сигнала на некоторое количество тактов.

Для данной схемы возможны всего 4 комбинации (табл.6):

Табл.6.

Схема мажоритарного фильтра будет иметь вид (рис.2.7.2):

Рис. 2.7.2. Схема мажоритарного элемента

Работа представленного мажоритарного фильтра представлена на временных диаграммах (рис. 2.7.3)

Рис. 2.7.3. Временные диаграммы работы мажоритарного фильтра

Для реализации схемы мажоритарного фильтра будем использовать одну микросхему К555ТМ9, которая включает в себя 6 D-триггеров, 1 микросхему К555ЛП13 в качестве мажоритарного элемента.

Для выделения импульсов будем использовать распространенную схему, собранную на мультиплексоре (К555КП2) и D-триггере (К555ТМ8).

Основной принцип работы схемы заключается в сдвиге сигналов с канала на один такт и подача прямого и инверсного сдвинутого сигнала на входы мультиплексора. Для формирования конечных импульсов данные сигналы поочередно передаются на выход мультиплексора с каждого информационного входа. Диаграмма выделения импульсов представлена на рис.2.7.4.

Рис. 2.7.4. Диаграммы работы схемы выделения импульсов

Для того, чтобы учесть все фронты и спады сигналов A и B, необходимо, чтобы частота импульсов CLK была минимум в 10 раз выше, чем частота вращения двигателя. Скоростью вращения двигателя max = 3000 об/мин = 50 об/с. Исходя из этих условий рассчитаем минимальную частоту синхроимпульсов:

.

Возьмём частоту с генератора (вывод RA6) микроконтроллера.

Рассчитаем требуемую разрядность реверсивных счётчиков:

где

f_max = 50 Гц - максимальная скорость вращения двигателя

 = 0.001 - периодичность опроса датчика

N = 2048 - число импульсов на оборот поступающее с датчика

K =2 - коэффициент умножения

Следовательно, для ФИх2 n=8

Для подсчета импульсов будем использовать реверсивные счетчики, информация с которых будет поступать на регистр данных, а затем по командам микроконтроллера считываться и обрабатываться. Данная информация представляет собой приращение угла за период считывания сигналов с датчиков.

Исходя из расчета, для реализации 8-разрядного счетчика будем использовать две микросхемы 4-разрядных реверсивных двоичных счетчиков К555ИЕ7, соединенных по схеме увеличения разрядности до 8.

Для передачи данных в микроконтроллер используется микросхема буферного регистра К555ИР35. Для передачи данных,записанных в регистр,он подключается к выводам порта RE

.                  
Расчет блока питания

Блок питания является одной из самых важных частей любой схемы, т.к. именно от него зависит надежность функционирования всей схемы.

В нашей схеме будет использоваться: однофазная мостовая схема выпрямления, сглаживающие конденсаторы, интегральные стабилизаторы. В качестве стабилизаторов напряжения возьмем: LM7805(+5B) - 3шт., LM7815(+15B),LM337(-15B).

В табл.7 приведен подсчет потребляемых схемой токов.

Табл.7

Расчет параметров трансформатора

Минимальное значение вторичного переменного напряжения:

,

где  - коэффициент схемы выпрямления, ;

=0,95 - коэффициент, учитывающий возможное понижение напряжения сети;

- выпрямленное напряжение

В,

В

В

Ток вторичной обмотки трансформатора:

,

где    - коэффициент фазного тока, ;

=1,05-коэффициент, учитывающий отклонение формы тока от прямоугольной

А,

А

А

А

Расчетная типовая мощность

,

где     - коэффициент типовой мощности трансформатора, ;

 - коэффициент схемы выпрямления, .

ВА.

Т.о. выберем трансформатор BJ146K, у которого три вторичных обмотки на 12В и одна обмотка с нулевым выводом 24В-0-24В.

Выбор диодов

Среднее значение выпрямленного тока через диод:

,

где  - коэффициент среднего тока вентиля, ;

=1,1 - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения тока по фазе

А

А

А

Диод выбираем из условия  (- номинальный ток диода);

Амплитуда импульсного рабочего напряжения:

,

где  - коэффициент обратных напряжений, .

В

В

На основании вышеприведенных расчетов из справочника выбирается диодный мост КЦ410Б (блоки из кремневых диффузионных диодов) (100 В, 3 А), который удовлетворяет требованиям всех обмоток.

Выбор сглаживающих конденсаторов

Для обмоток 2,3 и 5:

Вычисляется время заряда конденсатора (в течение которого ток потребляется от сети). Так как напряжение изменяется по синусоидальному закону, используем для расчета формулу тригонометрии:

t(зар) = (arccos(Umin/Umax))/(2*pi*f)

Для синусоиды Umax = Uвх*1.41=(12-1,6)*1.41= 14,7 В, т.е.

t(зар) = (arccos(9/11,4))/(2*3.141*50) = 0.0021 c

Вычисляется время разряда конденсатора:

(раз) = T-t(зар)

В мостовом выпрямителе T = (1/f)/2 = 1/50/2=0.01с

t(раз) = 0.01-0.0021 = 0.0079 с

Находится емкость конденсатора, на которой за время t(раз) при токе нагрузки Iнагр напряжение с Umax уменьшится до Umin:

C = Iнагр*dt/dU,

в нашем случае dt это t(раз), а dU является разница (Umax-Umin)

С1=C2 = 0,0125*0.0079/(14,7-12,7) = 0.0000494Ф = 49,4 мкФ

5 = 0,615*0.0079/2 = 2429 мкФ

Для обмотки 4а:

(зар) = (arccos(Umin/Umax))/(2*pi*f)(зар) = (arccos(19/22,4))/(2*3.141*50) = 0.00178 c(раз) = T-t(зар)

C3 = 0,006*0.0082/(31,6-26,9) = 10,4 мкФ

Для обмотки 4б:

(зар) = (arccos(Umin/Umax))/(2*pi*f)(зар) = (arccos(15/22,4))/(2*3.141*50) = 0.0027 c(раз) = T-t(зар)(раз) = 0.01-0.0027 = 0.0073 с

C4 = 0,022*0.0073/(31,6-21,2) =15,4 мкФ

Т.о. согласно расчету выберем следующие конденсаторы:

С1,С2- 100 мкФ x 16 В

С3,С4- 22 мкФ x 63 В

С5- 4700 мкФ x 25 В

Для получения напряжения -15В на выходе стабилизатора LM337 необходимо рассчитать номиналы сопротивлений R9 и R10.

Согласно формуле возьмем сопротивления: R9=11кОм, R10=1 кОм

Номиналы конденсаторов для стабилизаторов берутся согласно рекомендациям производителя из прилагаемой к ним документации.

Для выбора самовосстанавливающегося предохранителя необходимо определить потребляемые схемой токи.

Т.о. выбираем самовосстанавливающийся предохранитель на 700 мА.

. Программа вывода на ЦАП

Блок-схема программы

В блоке 1 производится первоначальная настройка: подключение необходимых директив, составление конфигурационного слова, программирование используемых портов микроконтроллера на вывод информации.

В блоке 2 осуществляется непосредственный вывод цифрового кода на входы ЦАП.

В задании не оговорено какая именно информация будет выводиться на ЦАП, поэтому соответствующего звена, изменяющего значение преобразуемого кода, на блок-схеме нет.