Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

Цифровое реле сопротивления с круговой характеристикой срабатывания

1. Текст задания

Вариант 31

Цифровое реле сопротивления с круговой характеристикой срабатывания.

Процессор - К1816ВЕ31 (X8031).

Внешнее ОЗУ:

объем - 16К, организация БИС 4Кх8, начальный адрес 4000Н.

Внешнее ПЗУ:

объем - 24К, организация БИС 4Кх8, начальный адрес 8000Н.

Последовательный интерфейс - ТП - 20 mA.

Управление, индикация и сигнализация:

Светодиоды сигнализации - 4 шт.;

Сегментные индикаторы - 3 шт.;

Выходные реле - 2 шт.;

Кнопки управления - 3 шт.;

Клавиатура 4х4.

Аналоговые входы:

АЦП - AD7892;

Мультиплексор - КР590КН6;

Количество аналоговых входов - 2;

Активные полосовые фильтры - 2.

Дискретные входы - 2 (=64В, I_уст=3,25мА)

Подробное описание внешнее ПЗУ.

2. Карта памяти устройства

реле светодиодный сопротивление трансформатор

МП К1816ВЕ31 использует гарвардскую архитектуру, в которой имеет место быть независимость пространств памяти программ и данных. Объем каждого поля может быть до 64Кб. К1816ВЕ31 включает в себя внутреннюю память данных 128б. Мы же будем использовать только внешнюю память.

ПЗУ выполняет функции внешней памяти программ СSEG. Для нашего варианта предусмотрено применение БИС ПЗУ с организацией 4Кx8 и объемом СSEG 24Кб: следовательно, вся память разместиться в восьми корпусах. Наш выбор будет осуществляться схемой дешифрации.

ОЗУ выполняет функции внешней памяти данных XSEG. По заданию предусмотрено применение БИС ОЗУ с организацией 4Кx8 и объемом XSEG 16Кб. Следовательно, вся память разместиться в четырех корпусах, а выбор так же будет осуществляться схемой дешифрации.

Карта памяти будет иметь следующий вид:

XSEG

БИС	Адреса (НЕХ)	Адреса (BIN)
	0000H…3FFFFH	0000 000000000000 … 0011 111111111111
RAM 1	4000H … 4FFFH	0100 000000000000 … 0100 111111111111
RAM 2	5000H … 5FFFH	0101 000000000000 … 0101 111111111111
RAM 3	6000H … 6FFFH	0110 000000000000 … 0110 111111111111
RAM 4	7000H … 7FFFH	0111 000000000000 … 0111 111111111111
	8000H … FFFFH	1000 000000000000 … 1111 111111111111
ВВ55	0000H	0000 000000000000
ИР22	1000H	0001 000000000000
AD7892	2000H	0010 000000000000

CSEG

БИС	Адреса (НЕХ)	Адреса (BIN)
	0000H … 7FFFH	0000 000000000000 … 0111 111111111111
EEPROM 1	8000H … 8FFFH	1000 000000000000 … 1000 111111111111
EEPROM 2	9000H … 9FFFH	1001 000000000000 … 1001 111111111111
EEPROM 3	A000H … AFFFH	1010 000000000000 … 1010 111111111111
EEPROM 4	B000H … BFFFH	1011 000000000000 … 1011 111111111111
EEPROM 5	C000H … CFFFH	1100 000000000000 … 1100 111111111111
EEPROM 6	D000H … DFFFH	1101 000000000000 … 1101 111111111111
EEPROM 7	E000H … EFFFH	1110 000000000000 … 1110 111111111111
EEPROM 8	F000H … FFFFH	1111 000000000000 … 1111 111111111111
АП5 (1)	E000H	1110 111111111111
АП5 (2)	FFFFH	1111 111111111111

3. Функциональная схема МП системы

Описание МП системы

Центральным процессором в данной МП системе (МПС) служит однокристальный микроконтроллер (ОМК) К1816ВЕ31.

К входам ОМК XTAL1 и XTAL2 подключается кварцевый резонатор Z.

Для обеспечения заданной длительности сигнала RST служит блок «Схема сброса», состоящей из RC-цепочки и инвертора.

Для обмена информацией между МПС по последовательному каналу к входам RxD и TxD подключена схема «ТП-20мА».

Порт P2 используется для передачи старшего байта адреса при обращении к внешней памяти. Младший байт адреса передается по порту P0. В связи с тем, что в K1816BE31 используется совмещенная шина адреса / данных, адрес защелкивается в регистре по стробу ALE. В качестве защелки используется восьмиразрядный регистр с параллельным входом и третьим состоянием выходов КР1554ИР23. По стробу сигнала ALE подаваемого на вход С, он защелкивает адрес, т.к. OE постоянно замкнут на землю.

Для разделения пространства XSEG ОЗУ и выбора соответствующей БИС ОЗУ и разделения пространства CSEG ПЗУ и выбора соответствующей БИС ПЗУ, а также для выбора БИС КР580ВВ55, АЦП, регистра КР1554ИР23, используется три дешифратора КР1554ИД7.

Программируемый контролер КР580ВВ55 используется для сопряжения МП с клавиатурой и дисплеем на основе семисегментных светодиодных индикаторов.

Входные трансформаторы на аналоговых входах служат для гальванической развязки и понижения входного напряжения до уровня, приемлемой МПС.

Полосовые фильтры предназначены для селекции сигнала частотой 50Гц и гашения высших гармонических составляющих. Фильтр представляет собой операционный усилитель с многоконтурной обратной связью.

БИС КР1554ИР22 - регистр, предназначен для управления выходными реле и светодиодами сигнализации.

Блоки дискретных входов предназначены для приема дискретных входных сигналов и передачи их на порт С БИС КР580ВВ55.

Клавиатура 4?4 предназначена для ввода информации в МП.

Мультиплексор (MUX) предназначен для пропускания на вход АЦП того сигнала, адрес которого выставлен на адресных входах. Далее АЦП этот сигнал преобразует в двоичный код, который с выходов АЦП поступает на шину данных.

Работа МП К1816ВЕ31 с памятью

Так как шина адреса и шина данных совмещены, для отделения шины адреса служит регистр DD2, который по стробу сигнала ALE фиксирует адрес. Дешифрирует адрес дешифраторы DD5 и DD6. На адресных входах дешифратора будет двоичный код БИС, а на выходе - на соответствующем выводе сигнал примет низкий уровень и соответствующая БИС будет выбрана (сигналы CS0…CS7). Одновременно с этим, на адресных входах БИС памяти будет двоичный адрес ЯП, к которой производиться обращение.

При чтении данных из ОЗУ сигнал , который подается на вход OE (разрешение выходов), будет иметь низкий уровень, а - высокий. При записи данных в ОЗУ сигнал , напротив, будет иметь низкий уровень.

При чтении данных из ПЗУ сигнал (строб чтения команды из внешней памяти программ), который подается на вход OE будет иметь низкий уровень.

Работа МП с клавиатурой и индикацией.

Клавиатура 4х4, а также 3 семисегментных индикатора подключаются к контроллеру КР580ВВ55. Контроллер освобождает МП от задачи постоянного сканирования клавиатуры.

Строки и столбцы матрицы клавиатуры подключены к порту PС ВВ55-го. Порты PС_7-4 работают в режиме вывода, РС_3-0 в режиме ввода. На линиях PС₄…РС₆ последовательно появляются нули, которыми последовательно заземляются строки матрицы.

Если ни одна из клавиш не нажата, то на порт РС_3-0 выводится соответствующий код. Если нажата клавиша, то вычисляется код представляющий код ASCII данной клавиши.

Записывается и считывается информация с шины через канал данных по управляющим сигналам и . Выбор БИС КР580ВВ55 производиться по низкому уровню сигала

Реле и светодиоды индикации подключаются через регистр КР1554ИР23. Светодиоды подключается непосредственно к выходам регистра через токоограничивающие резисторы.

Реле, в свою очередь, работают от напряжения +12В, поэтому, для их связи с регистром применены транзисторные ключи. Информация в регистр должна записываться по низкому уровню сигналов и , а регистр ИР22 сохраняет информацию при высоком уровне на входе С.

Работа с дискретными входами и кнопками управления.

Дискретные входы и кнопки управления подключены к порту P1 МП. Происходит считывание двоичного кода, который соответствует входным сигналам от дискретных входов и кнопок управления на шину данных МПС.

Работа со светодиодными индикаторами и выходными реле.

Выходные реле и светодиоды сигнализации подключаются к шине данных МПС через регистр DD23 КР1554ИР22. Светодиоды подключается к выходам регистра через токоограничивающие резисторы, а реле - через транзисторные ключи. При выборе регистра DD23, который осуществляется по сигналам и , в нем защелкивается двоичный шести разрядный код, поступающий по шине данных от МП. Каждый разряд этого кода соответствует реле либо светодиодному единичному индикатору, поэтому их состояние зависит от значения кода.

4. Условно графическое обозначение

К1816ВЕ31

УГО ОМК 31 представлено на рис. 4.1. Назначения выводов приведены в таблице 4.1.1, основные характеристики в таблице 4.1.2.

Рис. 4.1-УГО К1816ВЕ31

Таблица 4.1.1 Назначение выводов

Номер вывода	Наименование	Обозначение
1-8	Порт 1	P1 (0-7)
9	Сброс	Резервное питание ОЗУ	RST
10	Последовательные данные ПРМ	Порт 3.0	RxD/P3.0
11	Последовательные данные ПРД	Порт 3.1	TxD/P3.1
12	Прерывание 0	Порт 3.2	INT0/P3.2
13	Прерывание 1	Порт 3.3	INT1/P3.3
14	Таймер/счетчик 0	Порт 3.4	T0/P3.4
15	Таймер/счетчик 1	Порт 3.5	T1/P3.5
16	Запись	Порт 3.6	WR/P3.6
17	Чтение	Порт 3.7	RD/P3.7
18-19	Подключение кварцевого резонатора	XTAL1, XTAL2
20	Общий вывод	GND
21-28	Адрес (8-15)	P2 (0-7)
29	Разрешение программной памяти	PSEN
30	Разрешение фиксации адреса	ALE
31	Разрешение работы с внешней памятью	EA
32-39	Адрес/данные (0-7)	P0 (0-7)
40	Питание	Ucc

Таблица 4.1.2 Основные параметры

БИС	, мА	, мА	, В	, В	, пФ
К1816ВЕ31	0,8	3	2,4	0,45	500

АЦП AD7892

Высокоскоростной маломощный 12 битный АЦП с однополярным питанием + 5 В. Прибор содержит устройство выборки-хранения, быстродействующий 1,47 мкс. АЦП, 2.5В источник опорного напряжения (ИОН) и высокоскоростной интерфейс с возможностью изменения формата - параллельным или последовательным. Прибор, в зависимости от модификации, имеет входной динамический диапазон ± 5 В или ±10 В (AD7892-1), от 0 В до 2,5 В, от 0 В до 5 В (AD7892-2) или ± 2,5 В (AD7892-3). Наличие защиты аналоговых входов от перенапряжения дает возможность выдерживать без повреждения входных цепей приборам AD7892-1 и AD7892-3 входные сигналы с динамическим диапазоном ± 17 В и ± 7 В соответственно.



Рис. 4.2 УГО AD7892-1

Имеется возможность выбора формата интерфейса связи - параллельный 12 разрядный или последовательный. Стандартные входные сигналы управления и малое время доступа к данным позволяет организовать простой и надежный интерфейс с современными микроконтроллерами.

AD7892 изготовлен по новой комбинированной технологии LC²MOS компании Analog Devices, которая позволяет объединить в одном изделии высокую точность биполярной технологии с малым потреблением КМОП технологии. Прибор выпускается в 24 выводных широких пластиковых или герметичных DIP или 24 выводных SOIC корпусах.

Таблица 4.2.1 Назначение Выводов

Номер вывода	Наименование	Обозначение
1	Питание	Ucc
2	Режим засыпания	STENDBY
3,4	Входы	VIN(2,1)
5	Внутренний источник опорного питания	REF OUT/REF IN
6	Аналоговая земля	AGND
7	Формат интерфейса связи	MODE
8-13	Выходы (11-6)	DB (11-6)
14	Цифровая земля	DGND
15-20	Выходы (5-0)	DB (5-0)
21	Чтение	RD
22	Выбор БИС	CS
23	Конец преобразования (end of convention)	EOC
24	Начало преобразования (convention start)	CONVST

Регистр КР1554ИР23

УГО представлено на рис. 4.3, назначения выводов, таблица истинности, основные параметры приведены в таблицах 4.3.1, 4.3.2, 4.3.3 соответственно.

Рис. 4.3 УГО ИР23

Таблица 4.3.1 Назначение выводов БИС

Обозначение	Выводы	Описание
D0-D7	3,4,7,8,13,14,17,18	Вход данных.
Q0-Q7	2,5,6,9,12,15,16,19	Выход данных.
EZ	1	Вход разрешения выхода.
L	11	Вход сигнала «защелки»
Vcc	20	Питание +5В
GND	10	Общий.

Таблица 4.3.2 Таблица режимов работы

Вход С	Вход OE	Вид операции	Q0-Q7
H	L	Запись	D0-D7
L	L	Хранение	Q0-Q7
X	H	Выход запрещен	Z-состояние

Таблица 4.3.3 Основные параметры

БИС	, мА	, мА	, В	, В	, пФ	, пФ	, мкА	, мкА
КР1554ИР22	-24	24	4,4	0,32	50	4,5	0,1	-0,1

Дешифратор КР1554ИД7

Представляет собой дешифратор демультиплексор из 3 в 8. УГО приведено на рис. 4.4. Назначение выводов и режимы работы определены в соответствующих таблицах 4.4.1, 4.4.2.

Рис. 4.4 УГО КР1554ИД7

Таблица 4.4.1 Назначение выводов микросхемы

Обозначение	Выводы	Описание
1,2,4	1,2,3	Адресные входы.
0-7	7,9,10-15
E1	4	Вход выбора микросхемы 1.
E2	5	Вход выбора микросхемы 2.
E3	6	Вход выбора микросхемы 3.
Vcc	20	Питание +5В
GND	10	Общий.

Таблица 4.4.2 Таблица режимов работы

Входы

Выходы

E1

E2

E3

1

2

4

0

1

2

3

4

5

6

7

H

X

X

X

X

X

H

H

H

H

H

H

H

H

X

H

X

X

X

X

H

H

H

H

H

H

H

H

X

X

L

X

X

X

H

H

H

H

H

H

H

H

L

L

H

L

L

L

L

H

H

H

H

H

H

H

L

L

H

H

L

L

H

L

H

H

H

H

H

H

L

L

H

L

H

L

H

H

L

H

H

H

H

H

L

L

H

H

H

L

H

H

H

L

H

H

H

H

L

L

H

L

L

H

H

H

H

H

L

H

H

H

L

L

H

H

L

H

H

H

H

H

H

L

H

H

L

L

H

L

H

H

H

H

H

H

H

H

L

H

L

L

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

L

Мультиплексор КР590КН6

Мультиплексор - это устройство, которое передает на выход тот сигнал с одного из 8 входов, адрес которого выставлен на адресных входах. Напряжение питания , . Емкость управляющего входа 7пФ, аналогового входа 10 пФ, аналогового выхода 20пФ. Максимальное управляющее напряжение низкого уровня 0,8В. Максимальное управляющее напряжение высокого уровня 16,5В. Максимальный коммутируемый ток 20мА. УГО приведено на рис. 4.5, а назначения выводов и режимы работы в соответствующих таблицах.

Рис. 4.5 УГО КР590КН6

Таблица 4.5.1 Назначение выводов

Номера выводов	Назначение	Обозначение
1	Вход логический 20	A
2	Вход разрешения выхода	Еn
3	Минус напряжения питания	E-
4-7	Аналоговые входы	I0…I3
8	Выход аналоговый	OUT
9-12	Аналоговые входы	I7…I4
13	Плюс напряжения питания	E+
14	Общий вывод	GND
15,16	Вход логический 22, 21	С, В

Таблица 4.5.2 Таблица истинности

Логические входы	Открытые каналы
C	B	A	En
L	L	L	H	I0
L	L	H	H	I1
L	H	L	H	I2
L	H	H	H	I3
H	L	L	H	I4
H	L	H	H	I5
H	H	L	H	I6
H	H	H	H	I7
X	X	X	L	-

5. Синтез схем дешифрации адресов

Дешифрация БИС ОЗУ

Объем ОЗУ 16К значит, имеем 4 корпуса микросхем 4Кх8. Битовая раскладка 16-и разрядного адреса выглядит следующим образом:

Разряд

A 15

A 14

A 13

A 12

A 11

A 10

A 9

A 8

A 7

A 6

A 5

A 4

A 3

A 2

A 1

A 0

Бит

0

К

К

К

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

на адресные входы дешифратора

На адресные входы ОЗУ

Где значения битов К - номер корпуса БИС (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8). X - любое (определяет адрес ячейки памяти).

Дешифрация БИС ПЗУ

Объем ПЗУ 24К значит, имеем 8 корпусов микросхем 4Кх8. Битовая раскладка 16-и разрядного адреса выглядит следующим образом:

Разряд

A 15

A 14

A 13

A 12

A 11

A 10

A 9

A 8

A 7

A 6

A 5

A 4

A 3

A 2

A 1

A 0

Бит

1

К

К

K

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

на адресные входы дешифратора

На адресные входы ПЗУ

Где значения битов К - номер корпуса БИС (1, 2,3 или 4).X - любое (определяет адрес ячейки памяти).

Дешифрация БИС 580ВВ55

Для выбора БИС 580ВВ55 воспользуемся вторым ИД7, на адресные входы которого подадим сигналы A12, A13, А14. Будем использовать 0-й выход 2-го ИД7, тогда битовая раскладка выглядит следующим образом:

Разряд	15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
Бит	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0

Базовый адрес ВВ55 будет равен 0000Н.

Дешифрация БИС 1554ИР23

Для выбора БИС ИР23 сделаем так же, как и в случае с ВВ55. Только воспользуемся 1-м выходом. Тогда битовая раскладка будет выглядеть следующим образом:

Разряд	15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
Бит	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0

Базовый адрес ИР23, будет равен 1000Н.

Дешифрация БИС AD7892

Для выбора БИС AD7892 сделаем так же, как и в случае с ВВ55. Только воспользуемся 2-м выходом. Тогда битовая раскладка будет выглядеть следующим образом:

Разряд	15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
Бит	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0

Базовый адрес AD7892 будет равен 2000Н.

Шинный формирователь КР1554АП6

Шинный формирователь КР1554АП6 является восьмиканальным двунаправленным формирователем с тремя состояниями на выходе. Напряжение питания +5В. , . УГО приведено на рис. 4.8, а назначения выводов, режимы работы и основные параметры в соответствующих таблицах 4.8.1, 4.8.2 и 4.8.3.

Рис. 4.8 УГО КР1554АП6

Таблица 4.8.1 Назначение выводов

Номера выводов	Назначение	Обозначение
1	Вход управления информации	С
2-9	Вход/выход A (0-7)	DA (0-7)
10	Общий вывод	GND
11-18	Вход/выход B (7-0)	DB (7-0)
19	Разрешение выходов	OE
20	Питание	Ucc

Таблица 4.8.2 Таблица истинности

Логические входы	Операция
С	OE
L	L	B>A
H	L	A>B
L	H	Z
H	H	Z

Таблица 4.8.3 Основные параметры

БИС	, мА	, мА	, В	, В	, пФ	, пФ	, мкА	, мкА
КР1554АП6	-24	24	4,4	0,32	50	4,5	0,1	-0,1

Шинный формирователь КР1533АП5

Микросхемы представляют собой два четырёхканальных формирователя с тремя состояниями на выходах с инверсным управлением. УГО приведено на рис. 4.8, а назначения выводов, режимы работы и основные параметры в соответствующих таблицах 4.8.1, 4.8.2 и 4.8.3.

Рис. 4.8 УГО КР1554АП6

Таблица 4.8.1 Назначение выводов

Номера выводов	Назначение	Обозначение
1,19	входы разр-ия снятия состояния высокого импеданса	OE1, OT2
2-9	Вход/выход A (0-7)	DA (0-7)
10	Общий вывод	GND
11-18	Вход/выход B (7-0)	Q (7-0)
20	Питание	Ucc

Таблица 4.8.2 Таблица истинности

Логические входы	Операция
OE1	OE2
L	L	D>Q
L	H	Z
L	H	Z
H	H	Z

Таблица 4.8.3 Основные параметры

БИС	, мА	, мА	, В	, В	, пФ	, пФ	, мкА	, мкА
КР1533АП5	-24	24	4,4	0,32	50	4,5	0,1	-0,1

Программируемый адаптер КР580ВВ55

Микросхема представляет собой программируемый параллельный интерфейс. Применяется в качестве элемента ввода вывода общего назначения, сопрягающего различные типы периферийных устройств с магистралью данных систем обработки информации. Обмен информацией осуществляется через 8-разрядный двунаправленной трех стабильный канал данных (D). Для связи с периферийными устройствами используется 24 линии ввода (вывода), сгруппированные в 3 8 - разрядных канала (ВА, ВВ, ВС), направление передачи информации и режим работы которых определяется программным способом. Содержат 1600 интегральных элементов.

Программируемый адаптер КР580ВВ55 осуществляет параллельный обмен данными с помощью управляющих сигналов или без них как в режиме программного управления, так и по прерываниям. Определение и переопределение режима работы выполняется программно с помощью специальных команд инициализации, записываемых в регистр управляющего слова.

УГО представлено на рисунке 4.9. Назначения выводов, основные параметры приведены в таблицах 4.9.1 и 4.9.2.

Рис. 4.9 УГО КР580ВВ55

Таблица 4.9.1 Назначение выводов

Номер вывода	Назначение	Обозначение
1-8	Входы/выходы	D (0-7)
9-16	Порт A	PA (0-7)
17	Чтение данных из портов	RD
18	Запись данных в порты	WR
19	Выбор БИС	CS
20	Общий вывод	GND
21-28	Порт C	PC (0-7)
29-36	Порт B	PB (0-7)
37	Выбор внутреннего регистра (МР)	A0
38	Выбор внутреннего регистра (СР)	A1
39	Сброс	RST
40	Питание	Ucc

Таблица 4.9.2 Основные параметры

БИС	, мА	, мА	, В	, В	, пФ	, пФ
КР580ВВ55	-0,2	1,7	2,4	0,45	190	10

ПЗУ К573РФ41

БИС К573РФ41 - ПЗУ(Flash) с организацией 4Кх8. Требует источник оперативного питания в диапазоне от 2,7В до 3,6В и имеет время доступа 200 нс. Имеет температурный диапазон работы от -40 до +85°С. Емкость адресного входа 4пФ. УГО приведено на рис. 4.10, а назначения выводов таблице 4.10.1.

Рис. 4.10 УГО К573РФ41

Таблица 4.7.1 Назначения выводов

Обозначение выводов	Назначение выводов
A0…A11	Адресные входы
D0…D7	Входы данных
CS (chip select)	Вход выбора БИС
OE (output enable)	Разрешение выходов
Ucc	Питание
GND	Общий вывод

ОЗУ К537РУ17

БИС К537РУ17 - ОЗУ с организацией 4Кх8. Требует источник оперативного питания 5В и имеет время доступа от 15 до 100 нс. Выпускается в корпусах CERDIP28, PDIP28, SOJ28. Напряжение питания +5В. Емкость адресного входа 8пФ. УГО приведено на рис. 4.11, а назначения выводов таблице 4.11.1.

Рис. 4.11 УГО К537РУ17

Таблица 4.11.1 Назначения выводов

Обозначение выводов	Назначение выводов
A0…A12	Адресные входы
D0…D7	Входы данных
CS (chip select)	Вход выбора БИС
OE (output enable)	Разрешение выходов
R/W	Чтение/запись

6. Принципиальная схема устройства

К входам ОМК XTAL1 и XTAL2 подключается кварцевый резонатор Z обеспечивающий стабильную частоту работы.

Для обеспечения заданной длительности сигнала RST служит блок «Схема сброса», состоящей из RC-цепочки и инвертора. При нажатии кнопки SB13 на инвертор поступает низкий уровень напряжения, он на выходе формирует лог «1», которая поступает на вход.

Для обмена информацией между МПС по последовательному каналу к входам RxD и TxD подключена схема «токовая петля» через развязывающие оптроны.

Порт P2 используется для передачи старшего байта адреса при обращении к внешней памяти. Младший байт адреса передается по порту P0. В связи с тем, что в K1816BE31 используется совмещенная шина адреса / данных, адрес защелкивается в регистре по стробу ALE. В качестве защелки используется восьмиразрядный регистр с параллельным входом и третьим состоянием выходов КР1554ИР23. По стробу сигнала ALE подаваемого на вход С, он защелкивает адрес, т.к. OE постоянно замкнут на землю.

Для разделения пространства XSEG ОЗУ и выбора соответствующей БИС ОЗУ, а также для выбора БИС КР580ВВ55, АЦП и регистра КР1554ИР22, используется два дешифратора КР1554ИД7.

Программируемый контролер КР580ВВ55 используется для сопряжения МП с клавиатурой и дисплеем на основе сегментных индикаторов.

Шинный драйвер КР1554АП6 служит для формирования шины данных.

Три семисегментных индикатора работают в динамическом режиме, зажигаясь поочередно с большой частотой. Глаз не успевает следить за быстрыми переключениями и расценивает это как постоянное свечение. Для переключения индикаторов применены транзисторные ключи в коллекторной цепи анодов индикатора. Поочередно подавая сигнал «0» на базу транзисторов VT3-VT5 (КТ501) можно поочередно включать индикаторы.

Входные трансформаторы на аналоговых входах служат для гальванической развязки и понижения входного напряжения до уровня, приемлемой МПС. Полосовые фильтры предназначены для селекции сигнала частотой 50Гц и гашения высших гармонических составляющих. Фильтр представляет собой операционный усилитель с многоконтурной обратной связью. Выходы ПФ подключены ко входам мультиплексора. Мультиплексор (MUX) предназначен для пропускания на выход того сигнала, адрес которого выставлен на адресных входах A, B, C, для этого входа он «прозрачный».

Сигнал с мультиплексора поступает на АЦП. АЦП этот сигнал преобразует в двоичный код, который с выходов АЦП поступает через два шинных формирователя КР1533 АП5 на шину данных. Преобразование начинается по подаче «0» на вход CONVST - начало преобразования. По окончании АЦП выдает «0» на выходе EOC - конец преобразования, который поступает на вход INT0 МП - запрос на прерывание.

Таким образом с мы будем поочередно считывать сигналы фазных напряжений и токов. С помощью программы МП будет определять сопротивление, и сравнивать его с уставкой. При наличии короткого замыкания на линии подаются соответствующие сигналы индикации и отключения на светодиоды и выходные реле.

Реле и светодиоды индикации подключаются через регистр КР1554ИР22. Светодиоды подключается непосредственно к выходам регистра через токоограничивающие резисторы. При подаче «0» на выход, через диод начинает протекать ток, который его зажигает.

Реле, в свою очередь, работают от напряжения +12В, поэтому, для их связи с регистром применены транзисторные ключи. При подаче «1» на базу транзистора, через катушку реле в коллекторной цепи течет ток и реле замыкает свои контакты. Диоды VD1 и VD2 защищают БК-й переход транзисторов VT1 и VT2 от перенапряжений при коммутации реле.

Информация в регистр должна записываться по низкому уровню сигналов и , а регистр ИР22 сохраняет информацию при высоком уровне на входе С. Поэтому, применена схема 2ИЛИ, если на входе два лог 0.

Клавиатура 4?4 предназначена для ввода информации в МП. Клавиатура 4х4 подключается к контроллеру КР580ВВ55. Контроллер освобождает МП от задачи постоянного сканирования клавиатуры и поддержания изображения на дисплее.

Строки и столбцы матрицы клавиатуры подключены к порту PС ВВ55-го. Процесс ввода с клавиатуры совмещен с процессом вывода изображения на индикаторы. На линиях PС0…РС3 последовательно появляются нули, которыми последовательно заземляются строки матрицы.

Если ни одна из клавиш не нажата, то на порт РС выводится соответствующий код и продолжается вывод на дисплей. Если нажата к.л. клавиша, то вычисляется код представляющий код ASCII данной клавиши.

Записывается и считывается информация с шины через канал данных по управляющим сигналам и . Выбор БИС КР580ВВ55 производиться по низкому уровню сигнала .

Блоки дискретных входов предназначены для приема дискретных входных сигналов и передачи их на порт С БИС КР580ВВ55. Для этого применяется схема (рис. 10.2) с оптронной развязкой. Сигнал уровня 220В поступает через резистор в цепь светодиода оптрона. Светодиод открывает транзистор оптрона и на выходе устанавливается «0».

Так как шина адреса и шина данных совмещены, для отделения шины адреса служит регистр DD4, который по стробу сигнала ALE фиксирует адрес. Дешифрирует адрес дешифраторы DD7 и DD8. На адресных входах дешифратора будет двоичный код БИС, а на выходе - на соответствующем выводе сигнал примет низкий уровень и соответствующая БИС будет выбрана (сигналы CS0…CS6). Одновременно с этим, на адресных входах БИС памяти будет двоичный адрес ЯП к которой производиться обращение.

При чтении данных из ОЗУ сигнал , который подается на вход (разрешение выходов), будет иметь низкий уровень, а - высокий. При записи данных в ОЗУ сигнал , напротив, будет иметь низкий уровень.

При чтении данных из ПЗУ сигнал , который подается на вход будет иметь низкий уровень.

7. Описание внешней памяти программ

Вся память ПЗУ состоит из 8-и БИС. Объем 24К, ПО 4К каждая микросхема. Так как шина адреса и шина данных совмещены, для отделения шины адреса служит регистр DD4, который по стробу сигнала ALE фиксирует адрес. Дешифрирует адрес дешифраторы DD7 и DD8. На адресных входах дешифратора будет двоичный код БИС, а на выходе - на соответствующем выводе сигнал примет низкий уровень и соответствующая БИС будет выбрана (сигналы CS0…CS7). Одновременно с этим, на адресных входах БИС памяти будет двоичный адрес ЯП к которой производиться обращение. При чтении данных из ПЗУ сигнал , который подается на вход будет иметь низкий уровень.

К573РФ41 низковольтная малопотребляемая EEPROM (electrically erasable and programmable read only memory). Производится по КМОП технологии. Потребляет не более 30 мВт. Потребляемый ток по цепям питания в режиме хранения 50мкА. Выпускается в различных типоисполнениях корпусов.

К573РФ41 имеет дополнительные свойства которые гарантируют высокое качество и производительность устройства. Прибор использует внутреннюю коррекцию ошибки для увеличения длительности и повышения надежности хранения данных.

Когда сигналы и имеют уровень лог нуля и сигнал на имеет уровень лог единицы, то данные ячейки памяти, адрес которой выставлен на адресных входах, передаются на выходы. Когда сигналы и имеют уровень лог единицы то выходы находятся в состоянии высокого импеданса. Это предусмотрено для более гибкого управления подключенными шинами.

Запись данных в ПЗУ очень похожа на запись в статические ОЗУ. Низкий уровень сигнала на входах или вместе с высоким на инициируют байт записи. Адрес ячейки защелкивается по фронту 1/0 сигнала (или ); новые данные фиксируются по 0/1-фронту. Перед записью микросхема выполняет само-отчистку.

1-й вывод это открытый выход, который может использоваться для определения конца цикла записи. 1/0 фронтом определяет конец цикла записи.

Защита от записи: Защита от записи производится следующими путями:

· значением питающего напряжения - если питание ниже 1,8В, то функция записи подавляется;

· задержкой питания - после достижения 2В на входе Ucc микросхема автоматически отключается на 10 мс перед следующим байтом записи;

· подавление записи высоким уровнем сигналов и .

Назначения выводов

Обозначение выводов	Назначение выводов
A0…A12	Адресные входы
D0…D7	Входы данных
CS (chip select)	Вход выбора БИС
OE (output enable)	Разрешение выходов
Ucc	Питание
GND	Общий вывод
RDY/BUSY	Готовность БИС
WE	Разрешение записи

8. Описание дискретных входов

Дискретные входы подключены к порту P1. Резисторы ограничивают входной ток для светодиодов транзисторных оптронов. Транзисторные оптроны используются в качестве гальванической развязки внутренних цепей МПС от внешних. При подаче дискретного сигнала транзистор оптрона открывается и на входы порта P1 подается сигнал логического «0». Используется транзисторный оптрон серии AOT128А.

Напряжение на входах
Напряжение питания
Прямой ток на светодиоде оптрона
Прямое падение напряжение на светодиоде оптрона
Напряжение насыщения коллектор-эмиттер при

Рис. 7.1 Дискретный вход

9. Временные диаграммы

Временные диаграммы чтения ПЗУ, чтения ОЗУ и записи в ОЗУ приведены на рисунках 8.1 (а, б, в) соответственно.



Рис. 8.1 Временные диаграммы обращения к внешней памяти:

а - чтение из ПЗУ; б - чтение из ОЗУ; в-запись в ОЗУ.

Устройство управления ОМК31 на основе сигналов ГТИ формирует машинный цикл фиксированной длительности, который равен 12 периодам тактовой частоты OSC ГТИ. Машинный цикл делится на шесть состояний S1-S6, причем каждое состоит из двух тактов P1 и P2.

Выполнение любой команды начинается с чтения кода операции из ПЗУ. С этой целью ОМК31 вырабатывает в состояниях S1P2-S2P1 и S4P2-S5P1 сигнал ALE. Если команда содержится во внешней памяти программ CSEG, то вырабатывается также сигнал PSEN. При обращении к внешней памяти всегда используется 16-разрядный адрес. Старший байт адреса выводится через порт P2, а младший - через порт P0, причем через этот порт выводится также код команды. Разделение адреса и кода команды производится во времени с помощью стробирующего сигнала ALE, по заднему фронту (1/0) которого младший байт адреса записывается во внешний регистр DD4. Старший байт адреса запоминается в фиксаторе порта P2 и сохраняется неизменным в течение цикла обращения к внешней CSEG. Выборка команды происходит из БИС ПЗУ DD9-DD12, выбираемые дешифратором DD7, причем выборка стробируется сигналом PSEN, подаваемым на вход OE разрешения выходов БИС ПЗУ. Чтение команды выполняется по заднему фронту (0/1) строба PSEN - фаза S1P1-S4P1.

При обращении к внешней ОЗУ адрес выводится через порт P0 (младший байт) и порт P2 (старший байт) ОМК31. Чтение или запись данных производится через порт P0, т.е. порт P0 используется как шина адреса / данных. Чтение данных из XSEG стробируется сигналом RD, запись - WR.

Рис. 8.1 Временные диаграммы работы микросхем К573РФ41 и К537РУ17:

а - чтение из ПЗУ; б - чтение из ОЗУ; в-запись в ОЗУ.

R_off - выходное сопротивление при третьем состоянии (высокоомный уровень),

А - значение текущего адреса (уровень логической 1 или логического 0).

t_A - время доступа адреса;

t_CS - время действия сигнала выбора БИС;

t_DIS - время восстановления исходного сигнала;

t_CY - время цикла чтения (записи);

t_H - время захвата данных;

t_SU - время установки адреса;

t_v -

10. Расчет нагрузочных способностей БИС

Расчет нагрузочных способностей БИС ведется по двум параметрам: по току и по емкости. Для того чтобы БИС не были перегружены необходимо, чтобы ток на выходе БИС был больше суммы входных токов микросхем, к которым подключен наш вывод. Так же и с емкостью: емкость на выходе БИС больше суммы емкостей по входам микросхем, к которым подключен наш вывод.

Рассчитаем нагрузочную способность портов ЦП и регистров КР1554ИР22 на основании данных помещённых в таблицу.

Микросхема	мкА	мкА	мА	мА	пФ	пФ	пФ	мкА	мкА
КР1554АП6	0,1	0,1	24	24	50	4,5
КР1554ИР22	0,1	0,1	24	24	50	4,5
КР1554ИД7	0,1	0,1	24	24	50	4,5
КР1554АН2	0,1	0,1	24	24	50	4,5
КР580ВВ55			0,4	22	100	10	10	10	10
К537РУ17						8	10	1	1
К573РФ41						8	10	1	1
К1816BE31			0,8	3	100	10

Рассчитаем нагрузочную способность порта P0 ЦП:

По ёмкости:

Необходимо чтобы выполнялось условие:500пФ

По току:

Необходимо чтобы выполнялось условие: 80мкА



Рассчитаем нагрузочную способность порта P2 ЦП:

По ёмкости:

Необходимо чтобы выполнялось условие:100пФ

По току:

Необходимо чтобы выполнялось условие: 80мкА

Рассчитаем на нагрузочную способность шинного формирователя КР1554АП6.

По емкости:

Необходимо чтобы выполнялось условие

По току:

Необходимо чтобы выполнялось условие

Рассчитаем на нагрузочную способность буферного регистра КР1554ИР22, так как его выходы нагружены не одинаково расчет будем вести по наиболее нагруженной линии. В данном случае это линия A0.

По емкости:

Необходимо чтобы выполнялось условие

По току:

Необходимо чтобы выполнялось условие

Все порты микроконтроллера и регистры нагрузку выдерживают.

11. Расчет элементов схемы

Светодиоды сигнализации

Светодиоды сигнализации подключаются к выходам регистра ИР22 через токоограничивающие резисторы. Светодиоды применили типа АЛ307А с красным светом свечения, резистор С2-33Н:

Рис. 10.1 Схема включения светодиодов

Основные характеристики АЛ307А:

Прямой ток - 10мА;

Прямое падение напряжения не более 2В;

Максимальное обратное напряжение - 2В;

Предельный максимальный ток - 20мА.

Определим сопротивление резистора:

по ряду Е24.

Выходные контактные реле

В нашем выходном каскаде мы применим реле RM84, транзистор КТ315А, резистор С2-33Н, диод 1N4148. Реле включается в коллекторную цепь транзистора включенного по схеме с общим эмиттером. База подключается к выходу регистра ИР22.

Характеристики реле RM84

- номинальный ток реле;

- номинальное напряжение реле;

- сопротивление обмотки реле;

- номинальное потребление мощности;

Транзистор КТ315А

- статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером;

- напряжение насыщения БЭ перехода транзистора;

Определим ток коллектора, он определяется исходя из номинального тока реле:

 напряжение логической единицы на выходе ИР23;

Принимаем: из ряда Е24.

Определим мощность, выделяющуюся в коллекторной нагрузке:

, что не ниже номинальной мощности.

Семисегментные индикаторы

Рис. 10.2 Схема семисегментного индикатора

Выберем в качестве семисегментного индикатора индикатор цифровой серии АЛС324Б

Исходные данные:

Прямой ток на сегменте индикатора, прямое падение напряжения на сегменте индикатора, выходное напряжение низкого уровня выходов микросхемы КР1554ЛН2 , выходной ток низкого уровня выходов микросхемы КР1554ЛН2 .

Найдём общий ток необходимый для загорания одновременно всех восьми сегментов цифрового индикатора:

Т.к. семисегментный индикатор является коллекторной нагрузкой транзистора VT, а током базы является выходной ток микросхемы КР1554ЛН2, найдём необходимый коэффициент передачи транзистора:

Данным условиям полностью удовлетворяет транзистор серии КТ501В

Максимальный ток коллектора, максимальное напряжение эмиттер-коллектор , статический коэффициент передачи тока , напряжение насыщения база-эмиттер , напряжение насыщения коллектор-эмиттер .

Найдём номинал резистора R9, исходя из условия насыщения транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером:

Учитывая, что и , где - напряжение источника питания +5В, получим:

Выберем наиболее близкое значение сопротивления из стандартного ряда E24

R9=1.6кОм

Определим номиналы токоограничивающих сопротивлений R1…R8

Выберем наиболее близкое значение сопротивления из стандартного ряда E24

R1=68 Ом.

Схема сброса

Сброс осуществляется путем подачи на вход RST сигнала «1». Для гарантированного сброса этот сигнал должен удерживаться на входе, по меньшей мере, 2 машинных цикла (МЦ). Если сброс выполняется автоматически при включении питания, сигнал должен удерживаться в состоянии «1» достаточного для запуска ГТИ плюс еще минимум 2 МЦ. Время запуска ГТИ зависит от частоты, и для частоты 11,059МГц составляет в среднем 1 мс.

;

где

R - резистор в схеме сброса;

С - конденсатор в схеме сброса;

- постоянная времени RC - цепочки, которая равна времени гарантированного сброса ОМК;

Принимаем С=0,01мкФ, тогда:



Этим мы обеспечиваем гарантированный сброс процессора.

Дискретные входы

Рис. 10.3 Дискретный вход

Схема приема дискретных сигналов амплитудой 64В включает в себя транзисторную оптопару АОТ128А и токоограничивающие резисторы С2-33Н. БЭ переход оптрона шунтирует резистор 100кОм (по рекомендации завода изготовителя), тем самым, закрывая транзистор.

Резистор коллекторной нагрузки выбирается исходя из максимального тока коллектора, который равен 5мА, следовательно, номинал составляет1кОм.

Характеристики АОТ128А:

Прямое падение напряжение на диоде - 1,6В;

Прямой ток - 3,25мА;

Максимальный входной прямой ток - 40мА;

Найдем значение номинала резистора на входе:

Принимаем по ряду Е24.

Аналоговые входы

Аналоговые входы нашего ЦВ представляют собой трансформаторы тока и напряжения к вторичной обмотке которых подключены активные полосовые фильтры 2-го порядка (СФ), предназначенные для выделения 50-герцовых составляющих и подавление сигналов высших гармоник. Выходы СФ через мультиплексор подключены к АЦП, предназначенному для преобразования сигналов напряжения и тока в двоичный код. С АЦП данные подаются в МП, который их обрабатывает.

Рис. 10.4 Схема аналогового входа

Расчет входных трансформаторов тока

Исходные данные:

- коэффициент трансформации;

Тл - индукция в сердечнике;

- напряженность поля;

- максимальный ток;

- допустимый длительный ток;

- плотность тока;

- магнитная проницаемость материала сердечника;

() - угловая погрешность;

Определим сечение провода первичной обмотки:

;

;

Диаметр провода первичной обмотки определяется по формуле:

;

;

Округляем получившиеся значения до ближайших стандартных из ряда

;

- диаметр провода с изоляцией;

- коэффициент заполнения катушки проводом.

Уточняем сечение жилы провода первичной обмотки:

;

Значение технологического диаметра провода принимаем , которому соответствует , который предварительно и принимаем при расчетах, имея ввиду, что при диаметре большем данного мы создаем некоторый запас в габаритах из-за большого коэффициента заполнения при большем диаметре. Принимаем:

Находим коэффициенты a₁, a₂, a₃ из выражений:



Задаемся различными типоисполнениями сердечников и выбираем то типоисполнение, для которого . Для нашего случая это - ШЛ 8?8.

- толщина поперечного сечения сердечника;

- ширина поперечного сечения сердечника;

- площадь поперечного сечения сердечника;

- длина магнитной силовой линии;

- средняя длина витка обмотки;

- ширина обмоточного окна;

- высота обмоточного окна.

Определим число витков первичной обмотки по формуле:

.

Определим сечение провода вторичной обмотки по формуле

.

Отсюда:

Уточняем сечение:

.

Определим площадь обмоточного окна занимаемого1-й обмоткой:

.

Определим число витков 2-й обмотки по формуле:

.

Сопротивление нагрузки:

.

Далее уточняем полученные значения с учетом того, что рассчитанному диаметру провода соответствует коэффициент заполнения: .

.

Определим сечение провода вторичной обмотки по формуле

Отсюда:

Уточняем сечение:

Определим площадь обмоточного окна занимаемого1-й обмоткой:

Определим число витков 2-й обмотки по формуле:

Сопротивление нагрузки:

Так как полученный диаметр провода больше , то возможность его применения определяем из допустимой плотности тока, по выражению:

, что значительно меньше

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет входных трансформаторов напряжения

Сперва определимся с исходными данными:

- коэффициент трансформации;

ВА - выходная мощность;

Тл - индукция в сердечнике;

- напряженность поля;

- максимальное напряжение;

- допустимое длительное напряжение;

- плотность тока;

- магнитная проницаемость материала сердечника;

- коэффициент, характеризующий соотношение между входной и выходной мощностями;

Выберем ПТН по условию обеспечения точности .

Обмоточный провод будем использовать марки ПЭВ-2.

Определим сечение провода первичной и вторичной обмоток:

;

;

;

;

Диаметр провода первичной и вторичной обмоток определяется по формуле:

;

;

.

Округляем получившиеся значения до ближайших стандартных из ряда

;

- диаметр провода с изоляцией;

- коэффициент заполнения катушки проводом.

Те же параметры для вторичной обмотки:

;

;

.

Находим значение параметра по следующему выражению:

⁽⁾

По получившемуся параметру выбираем типоисполнение сердечника ШЛ10?16 [Л4, П1.2].

- толщина поперечного сечения сердечника

- ширина поперечного сечения сердечника

- площадь поперечного сечения сердечника

- длина магнитной силовой линии

- средняя длина витка обмотки

Находим число витков первичной обмотки:



Выбираем ; .

Определим параметры:

а так же

где с - удельное электрическое сопротивление меди;

т.к. то расчет на минимальные габариты не обеспечивает заданную точность и необходим выбор ПТН по следующему критерию:

- критерий обеспечения заданной точности.

Подбираем из таблицы приложения 1 такое типоисполнение с минимальными габаритами, при котором данный критерий выполняется. В данном случае критерий выполняется для сердечника ШЛ10?20.

, а

;

- толщина поперечного сечения сердечника;

- ширина поперечного сечения сердечника;

- площадь поперечного сечения сердечника;

- длина магнитной силовой линии;

- средняя длина витка обмотки;

- ширина обмоточного окна;

- высота обмоточного окна.

Переопределяем число витков первичной обмотки:

Выбираем ; .

Определим площадь обмоточного окна занимаемого вторичной обмоткой. Она определяется по формуле:

;

Определим площадь поперечного сечения провода обмотки:

;

.

Определим полную площадь обмоточного окна:

;

- площадь обмоточного окна занимаемого первичной обмоткой

- площадь поперечного сечения провода;

Принимаем , - диаметр и коэффициент заполнения катушки проводом соответственно.

Так как мы поменяли провод, то необходимо уточнить параметры:

Следовательно, принимаем окончательно , .

Оценим погрешность ПТН по модулю используя соотношение:

;

- расчетный коэффициент трансформации;

- реальный коэффициент трансформации;

- активное сопротивление приведенной первичной обмотки;

- индуктивное сопротивление намагничивания;

Значения средних длин витков 1-й и 2-й обмоток могут быть найдены по следующим формулам: ,

- ширина обмоточного окна 1-й и 2-й катушки соответственно;

Амплитудная погрешность:

Следовательно, требования выполняются.

Расчет активных полосовых фильтров

Возьмем в качестве активного ПФ 2-го порядка селективный фильтр(СФ). Нам необходимо чтобы наш СФ был прозрачным для сигнала частоты 50Гц, следовательно . Амплитуда выходного сигнала равна . Коэффициент затухания для фильтра Баттерворта 2-го порядка .



Передаточная функция для нашего СФ имеет вид:

;

Параметры , , определяются из системы:

;

;

;

Зададимся значениями емкостей конденсаторов

Решая систему уравнений, найдем все сопротивления:

, , ;

Выберем соответствующие номиналы резисторов из ряда Е24:

, , .

Из-за отличия расчетных значений сопротивлений от номиналов резисторов, параметры фильтра изменяются и они равны:

;

;

;

Построим АЧХ и ФЧХ:

АЧХ и ФЧХ фильтра приведены на рисунке ниже:

Рис. 10.5 Графики АЧХ и ФЧХ СФ

Список литературы

1. Буткевич Г. Задачник по электрическим аппаратам. - М.: Высшая школа, 1977

2. Шнеерсон Э. Проектирование трансформаторных преобразователей тока и напряжения устройств автоматики. - Чебоксары: ЧГУ, 1989

3. Шнеерсон Э. Полупроводниковые реле сопротивления. - М.: Энергия, 1975

4. Шнеерсон Э. Линейные преобразователи аналоговых сигналов в электрических аппаратах автоматики. - Чебоксары: ЧГУ, 1990

5. Шнеерсон Э. Нелинейные преобразователи аналоговых сигналов в электрических аппаратах автоматики. - Чебоксары: ЧГУ, 1989

6. Костерин В. Микропроцессорные средства и системы. - Чебоксары: ЧГУ, 1992

7. Никитин А.А. Микропроцессорные реле: Конспект лекций. Чебоксары: Учебный центр «Лидер», 2002

Размещено на Allbest.ru