В состав интерфейсного модуля (рис.3) входят следующие блоки:

адресный дешифратор (ДШ);

регистр цифро-аналогового преобразователя (RG ЦАП);

регистр аналого-цифрового преобразователя (RG АЦП);

регистр вектора прерывания (RG ВП);

триггер "Сбой" (Тг СБ);

триггер "Готовность" (Тг ГОТ);

буфер-формирователь (BF);

блоки оптронной развязки (БОР);

Адресный дешифратор производит выбор порта (регистра или триггера) с которым производится обмен информацией, путем дешифрации его адреса поступившего с ША. По сигналу поступающему с ДШ производится либо синхронизация вводимой информации в порт, либо вывод выходов порта из высокоимпедасного состояния при чтении содержимого портов.

Регистр ЦАП служит для хранения цифрового эквивалента управляющего напряжения для его последующего преобразования в аналоговую величину в цифро-аналоговом преобразователе.

Регистр АЦП служит для приема и хранения цифрового эквивалента напряжения тахогенератора Uтг, после его преобразования в АЦП.

Регистр вектора прерывания хранит код команды RST. По сигналу ЧтКП выходы регистра должны выводится из высокоимпедансного состояния, что обеспечивает выдачу хранимого кода на ШД.

Информационный вход триггера СБ подключается к одному из разрядов ЩД. Синхронизация записи в триггер осуществляется сигналом с ДШ. При подключении светодиода к выходу триггера следует учитывать, что излучение светодиода происходит только при наличии разности потенциалов (1 и 0) на его выводах при прямом включении диода.

Запись информации в триггер ГОТ осуществляется внешними сигналами (информационным и синхронизирующим), поступающими с электропривода. Для того, чтобы не блокировать один из разрядов ШД состоянием триггера (0 или 1) выход триггера подключается к одному из разрядов ШД через буфер-формирователь (ВF) имеющий третье состояние. Вывод буфера из этого состояния (подключение триггера с ШД) осуществляется сигналом с ДШ.

Разработка адресного дешифратора.

Допустим, что начальный адрес постов интерфейсного модуля - E5₁₆.

Тогда адреса остальных портов определяются соответственно - E6₁₆, E7₁₆ и E8₁₆.

Представим адреса портов в двоичном коде:

А7... A0 - разряды ША;

1110 0101 - адрес RG ЦАП (порт 1);

1110 0110 адрес RG АЦП (порт 2);

1110 0111 - адрес Тг СБ (порт 3);

1110 1000 - адрес Тг ГОТ (порт 4).

Адреса портов отличаются только в младших четырех разрядах ША, а старшая тетрада адреса неизменна (разряды А4-А7). Поэтому структура ДШ будет иметь вид, представленный на рис.4. Дешифрация разрядов А0 - А3, т.е. обращение к портам, будет иметь место только в том случае, если состояние старшей тетрады 1000 и хотя бы один из сигналов ЧтВВ или ЗпВВ примет нулевой уровень (обращение к портам ввода/вывода).

Разработка регистра вектора прерывания.

Структура команды RST, код которой хранит RG ВП, имеет следующий вид:

Д7.... Д0 - разряды ШД;

1 1 x x x 1 1 1 - код команды.

где xxx - двоичный код вектора прерывания.

При нулевом векторе прерывания его код 000, код команды RST - 11000111. При первом векторе - 11001111, при втором - 11010111 и т.д. Учитывая, что логической 1 соответствует уровень напряжения > 2,4В, а логическому 0 - уровень < 0.4 В входы регистра (в соответствии с полученным кодом RST) подключают к питанию +5В или к нулевому проводу. На рис.5 дан пример организации RG ВП для нулевого вектора прерывания.

Рис. 4 Адресный дешифратор портов

Рис. 5 Регистр вектора прерывания

Разработка программного обеспечения

Источник питания рассчитывается только по каналу + 5 В, т.к. именно поэтому питанию МП контролер потребляет основную мощность.

Первоначально определяется суммарная потребляемая мощность всеми применяемыми в контроллере микросхемами. Исходя из потребляемой мощности, определяется ток нагрузки Iн при заданном напряжении нагрузки Uн = 5 В.

Расчет стабилизатора.

Расчет позволит выбрать все элементы стабилизатора, исходя из заданного выходного напряжения Uн и максимального тока нагрузки Iн.

Расчет стабилизатора ведут в следующем порядке.

1. Определяют необходимое для работы стабилизатора входное напряжение (Uвып) при заданном выходном (Uн):

Здесь цифра 3, характеризующая минимальное напряжение между коллектором и эмиттером транзистора, взята в расчете на использование как кремниевых, так и германиевых транзисторов. Если стабилизатор будет подключаться к готовому или уже рассчитанному выпрямителю, в дальнейших расчетах необходимо использовать реальное значение выпрямленного напряжения.

2. Рассчитывают максимально рассеиваемую транзистором мощность:

3. Выбирают регулирующий транзистор. Его предельно допустимая рассеиваемая мощность должна быть больше значения Pmax, предельно допустимое напряжение между эмиттером и коллектором - больше Uвып, а максимально допустимый ток коллектора - больше Iн.

Транзистор - КТ 809 А.

4. Определяют максимальный ток базы регулирующего транзистора:

где h _{21э мин} - минимальный коэффициент передачи тока выбранного (по справочнику) транзистора.

5. Подбирают подходящий стабилитрон. Его напряжение стабилизации должно быть равно выходному напряжению стабилизатора, а значение максимального тока стабилизации превышать максимальный ток базы I б макс.

Стабилитрон - Д815А.

6. Подсчитывают сопротивление резистора R1:

Здесь R1 - сопротивление резистора, Ом;

Iст - напряжение стабилизации стабилитрона, В;

Iб макс - вычисленное значение максимального тока базы транзистора, мА;

Icт мин - минимальный ток стабилизации для данного стабилитрона, указанный в справочнике (обычно 3.5 мА).

7. Определяют мощность рассеяния резистора R1:

Рис. Схема стабилизатора с дополнительным регулирующим транзистором.

Может случиться, что маломощный стабилитрон не подойдет по максимальному току стабилизации и придется выбирать стабилитрон значительно большей мощности - такое случается при больших токах потребления и использовании транзистора с малым коэффициентом h _21э. В таком случае целесообразно ввести в стабилизатор дополнительный транзистор V3 малой мощности, который позволит снизить максимальный ток нагрузки для стабилитрона (а значит, и ток стабилизации) примерно в h _21э раз и применить, соответственно, маломощный стабилитрон.

Расчет выпрямителя.

Рассчитать выпрямитель - значит правильно выбрать выпрямительные диода и конденсатор фильтра, а также определить необходимое переменное напряжение, снимаемое для выпрямления со вторичной обмотки сетевого трансформатора.

Исходными данными для расчета выпрямителя служат: требуемое выпрямленное напряжение (Uвып) и потребляемый максимальный ток (Iн).

Рис. 9 Схема двухполупериодного выпрямителя с фильтрующим конденсатором.

Расчет ведут в таком порядке.

1. Определяют переменное напряжение, которое должно быть на вторичной обмотке сетевого трансформатора.

где Uвып - постоянное выпрямленное напряжение, В;

В - коэффициент, равный 1,8.

2. По току нагрузки определяют максимальный ток, текущий через каждый диод выпрямительного моста:

где Iд - ток через диод, А;

Iн - максимальный ток нагрузки, А;

С - коэффициент, равный 1,8.

3. Подсчитывают обратное напряжение, которое будет приложено к каждому диоду выпрямителя:

где Uобр - обратное напряжение, В;

Uвып - напряжение на нагрузке, В;

4. Выбирают диоды, у которых значения выпрямленного тока и допустимого обратного напряжения равны или превышают расчетные.

5. Определяют емкость конденсатора фильтра:

Здесь Cф - емкость конденсатора фильтра, мкФ;

Iн _- максимальный ток нагрузки, А;

Uвып - напряжение на нагрузке, В;

Кп _- коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения (отношение амплитудного значения переменной составляющей частотой 100 Гц на выходе выпрямителя к среднему значению выпрямленного напряжения), Kп = 10 - ^1.

Если выходное напряжение выпрямителя будет дополнительно стабилизироваться транзисторным стабилизатором напряжения, то расчетная емкость конденсатора фильтра может быть уменьшена в 5.10 раз.

Расчет трансформатора питания.

Зная необходимое напряжение на вторичной обмотке (U₂) и максимальный ток нагрузки (I_н), трансформатор рассчитывают в такой последовательности.

1. Определяют значение тока, текущего через вторичную обмотку трансформатора:

где I_{2 -} ток через обмотку 2 трансформатора, А;

Iн - максимальный ток нагрузки, А.

2. Определяют мощность, потребляемую выпрямителем от вторичной обмотки трансформатора:

где P₂ - максимальная мощность, потребляемая от вторичной обмотки, Вт; U₂ - напряжение на вторичной обмотке, В;

I₂ - максимальный ток через вторичную обмотку трансформатора, А.

3. Подсчитывают мощность трансформатора:

где Ртр _- мощность трансформатора, Вт;

P_{2 -} максимальная мощность, потребляемая от вторичной обмотки трансформатора, Вт.

Если трансформатор должен иметь несколько вторичных обмоток, то сначала подсчитывают их суммарную мощность, a затем мощность самого трансформатора.

4. Определяют значение тока, текущего в первичной обмотке:

где I₁ - ток через обмотку 1, А;

Ртр - подсчитанная мощность трансформатора, Вт;

U₁ - напряжение на первичной обмотке трансформатора (сетевое напряжение).

5. Рассчитывают необходимую площадь сечения сердечника магнитопровода:

где S - сечение сердечника магннтопровода, см²;

Pтр _- мощность трансформатора, Вт.

6.0пределяют число витков первичной (сетевой) обмотки:

где W₁ - число витков обмотки;

U₁ - напряжение на первичной обмотке, В;

S - сечение сердечника магнитопровода, см².

7. Подсчитывают число витков вторичной обмотки:

где W₂ - число витков вторичной обмотки;

U₂ - напряжение на вторичной обмотке, В;

S - сечение сердечника магнитопровода, см².

8. Определяют диаметры проводов обмоток трансформатора:

где d - диаметр провода, мм;

I - ток через обмотку, мА.

В данном курсовой работе была разработана микропроцессорная система управления электродвигателем постоянного тока. Система обеспечивает контроль за скоростью вращения выходного вала управляемого электродвигателя. Данный комплекс можно использовать в станкостроении и машиностроении для управления приводами различных механизмов.

При выполнение данного курсовой работы был выполнен ряд задач, позволивших получить практические навыки в следующих областях:

разработка схем микропроцессорной техники;

проработка рядов вопросов, связанных с прикладным программным обеспечением микропроцессорных систем;

составление и расчет принципиальных электрических схем цифровой и аналоговой техники.

Список использованной литературы