Устройство контроля измеряемого параметра

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Целью проекта является разработка устройства контроля измеряемого параметра, обеспечивающего приём измеряемых параметров в цифровом виде и выдачу в аналоговом. Предусматривается регулировка значений величины и регулировка времени ожидания следующего ввода измеряемого параметра.

Проектируемое устройство содержит в своем составе блок ввода, операционный блок, блок управления и блок индикации, блок вывода. Наглядно работа данного устройства осуществляется посредством индикации: «НОРМА», «БОЛЬШЕ», «СТОП», «РАБОТА», «ПИТАНИЕ», «ОЖИДАНИЕ».

Устройства контроля измеряемого параметра применяются в информационно-измерительной технике и средствах неразрушающего контроля.

В курсовом проекте представлен внешний вид устройства, алгоритм его работы, функциональная и принципиальная схемы, а также временная диаграмма работы устройства, позволяющее в полной мере понять последовательность и принцип работы устройства контроля измеряемого параметра.



1. Внешний вид устройства и описание последовательности его работы

контроль схемотехнический модуль

Внешний вид разрабатываемого устройства приведен на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1. Внешний вид устройства контроля измеряемого параметра

На лицевой панели устройства расположены:

1. Кнопка «ПУСК». С помощью данной кнопки осуществляется запуск устройства.

2. Кнопка «СТОП». С помощью данной кнопки устройство выводится в режим «СТОП».

3. Панель индикации состояний устройства и режимов его работы. На данной панели находятся следующие индикаторы:

- «ПИТАНИЕ» - индикатор включен, если питание подано;

- «РАБОТА» - индикатор включен, если устройство находится в рабочем состоянии (индикатор «СТОП» выключен);

- «СТОП» - индикатор включен, если работа устройства остановлена (индикатор «РАБОТА» выключен);

- «БОЛЬШЕ ?» - индикатор включен, если значение введенного параметра превышает предыдущее значение на ?;

- «НОРМА» - индикатор включен, если значение введенного параметра не превышает предыдущее значение на ?;

- «ОЖИДАНИЕ» - индикатор включен, если устройство находится в режиме ожидания следующего момента ввода параметра;

- «ОШИБКА» - индикатор включен, если при вводе параметра Р произошла ошибка.

4. «РЕГУЛИРОВКА ?» - задание значения ? с помощью регулятора «РЕГУЛИРОВКА ?».

5. «РЕГУЛИРОВКА Т_ож» - задание значения Т_ож с помощью регулятора «РЕГУЛИРОВКА Т_ож».

На левой боковой панели устройства расположен разъем для подключения последовательной шины ввода (данные вводятся со старшего разряда) 8-ми разрядного параметра Р и значения паритета П.

На правой боковой панели устройства расположен аналоговый выход для вывода аналогового значения Р_А.

Кроме этого, устройство имеет разъем для подключения источника питания (расположен на верхней панели устройства).

Алгоритм работы устройства приведен в ПРИЛОЖЕНИИ А.

Перед запуском устройства необходимо с помощью регулировки, расположенной на лицевой панели устройства, вручную задать время ожидания и значение величины ?. Запуск устройства осуществляется нажатием кнопки «ПУСК».

Управляющие команды, обеспечивающие работу устройства:

- «ЗАДАТЬ » - ручной ввод значения переключателем, расположенным на лицевой панели устройства;

- «ЗАДАТЬ Т_ож» - ручной ввод Т_ож переключателем, расположенным на лицевой панели устройства;

- «ПУСК» - начало работы, в результате нажатия кнопки «ПУСК», расположенной на лицевой панели устройства;

- «ГАШЕНИЕ «СТОП», «НОРМА», «ОШИБКА», «БОЛЬШЕ ?»» - гашение индикатора «СТОП», «НОРМА», «ОШИБКА», «БОЛЬШЕ ?»;

- «ИНДИКАЦИЯ «РАБОТА»» - включение индикатора «РАБОТА»;

- «СОХРАНИТЬ » - сохранение введенного значения параметра во внутренней панели устройства;

- «СОХРАНИТЬ Т_ож» - сохранение введенного значения параметра Тож во внутренней памяти устройства;

- «ПОДКЛЮЧИТЬ К ШВВ» - подключение к шине ввода на момент ввода параметра Р и паритета П;

- «ВВОД Р₇», «ВВОД Р₆», …, «ВВОД Р₀», «ВВОД П_пред» - ввод разрядов 07 8-ми разрядного параметра Р_пред и паритета П_пред с последовательной шины ввода (данные вводятся со старшего разряда);

- «СОХРАНИТЬ Р_пред» - сохранение введенного значения параметра Р как предыдущего значения;

- «СОХРАНИТЬ П_пред» - сохранение введенного значения паритета П как предыдущего значения во внутренней памяти устройства;

- «ОТКЛЮЧИТЬСЯ ОТ ШВВ» - отключение устройства последовательной шины ввода;

- «РАССЧИТАТЬ » - определение расчетного значения паритета от предыдущего значения параметра ();

- «СОХРАНИТЬ » - сохранение ;

- «СРАВНИТЬ и П_пред» - сравнениес П_пред;

Если ? П_пред, то выполняются команды:

- «ИНДИКАЦИЯ «ОШИБКА»» - включение индикатора «ОШИБКА»;

Если = П_пред, то выполняются команды:

- «ПОДКЛЮЧИТЬ К ШВВ» - подключение к шине ввода на момент ввода параметра Р и паритета П;

- «ВВОД Р₇», «ВВОД Р₆», …, «ВВОД Р₀», «ВВОД П_тек» - ввод разрядов 07 8-ми разрядного параметра Р_тек и паритета П_тек с последовательной шины ввода (данные вводятся со старшего разряда);

- «СОХРАНИТЬ Р_тек» - сохранение введенного значения параметра Р как текущего значения;

- «СОХРАНИТЬ П_тек» - сохранение введенного текущего значения паритета П во внутренней памяти устройства;

- «ОТКЛЮЧИТЬСЯ ОТ ШВВ» - отключение устройства последовательной шины ввода;

- «РАССЧИТАТЬ » - определение расчетного значения паритета от текущего значения параметра ()

- «СОХРАНИТЬ » - сохранение ;

- «СРАВНИТЬ и П_тек» - сравнение с П_тек;

Если = П_тек, то выполняются команды:

- «РАССЧИТАТЬ ?_расч» - расчет ?_расч;

- «СОХРАНИТЬ ?_расч» - сохранение ?_расч во внутренней памяти устройства;

- «СРАВНИТЬ ?_расч и ?» - сравнение расчетного ? с заданным;

Если ?_расч ? ?, то выполняются команды:

- «ИНДИКАЦИЯ «НОРМА»» - включение индикатора «НОРМА»;

- «ИНДИКАЦИЯ «ОЖИДАНИЕ»» - включение индикатора «ОЖИДАНИЕ»;

- «Т_ож = Т_ож - 1» - включение таймера;

- «ГЕШЕНИЕ «ОЖИДАНИЕ»» - гашение индикатора «ОЖИДАНИЕ»;

Если ?_расч > ?, то выполняются команды:

- «ИНДИКАЦИЯ «БОЛЬШЕ »» - включение индикатора «БОЛЬШЕ »;

- «ПРЕОБРАЗОВАТЬ Р_тек В Р_А» - преобразование текущего цифрового значения параметра Р_тек в аналоговый P_А;

- «ВЫДАТЬ Р_А» - выдача аналогового значения параметра Р_А;

- «ГАШЕНИЕ «РАБОТА»» - гашение индикатора «РАБОТА»;

- «ИНДИКАЦИЯ «СТОП»» - включение индикатора «СТОП» перед завершением работы в результате завершения работы;

- «ОСТАНОВ» - завершение работы.

2. Функциональная схема устройства

Функциональная схема приведена в ПРИЛОЖЕНИИ Б (БНТУ КП.1131211314 Э2) и состоит из блока питания (БП), блока индикации (БИ), блока управления (БУ), блока ввода (БВВД), операционного блок (ОБ) и блока вывода (БВЫВ).

Блок ввода предназначен для подключения (отключения) к внешней последовательной шине ввода параметра и бита паритета, приема параметра и паритета в моменты времени предыдущего и текущего значений параметра и паритета, хранение предыдущего и текущего значения параметра и паритета. Передачи предыдущего и текущего значений параметра и паритета в операционный блок, передачи текущего значения параметра в блок вывода. Поэтому блок ввода в своем составе имеет следующие модули: модуль подключения ZЦВХ, модуль хранения предыдущего значения параметра Р_пред (МХРР_пред), модуль хранения текущего значения параметра Р_тек (МХРР_тек), модуль хранения предыдущего значения паритета П_пред (МХРП_пред), модуль хранения текущего значения паритета П_тек (МХРП_тек).

Операционный блок предназначен для приема предыдущего и текущего значений параметра с блока ввода, определения расчетного значения ?_расч, хранения заданного значения ?, хранения расчетного значения ?_расч, сравнение заданного значения ? с расчетным, выработку признаков «?_расч > ?» и «?_расч ? ?», передачу данных признаков в блок управления, определения расчетного паритета от предыдущего значения параметра, хранение расчетного значения паритета , сравнение , выработку признаков «» и «», передачу данных признаков в блок управления, определение расчетного паритета от текущего значения параметра (), хранение , сравнение , выработку признаков «» и «», передачу данных признаков в блок управления, поэтому операционный блок содержит модуль определения (МОПР), модуль определения (МОПР, модуля хранения (МХР, модуля хранения _расч (МХР_расч), модуль хранения П_расч (МХП_расч), модуль хранения П_расч (МХРП_расч), модуль сравнения _расч и (МСР_расчи), модуль сравнения и П_пред (МСРиП_пред) и модуль сравнения и П_тек (МСРиП_тек).

Блок вывода предназначен для приема текущего значения параметра (Р_тек), преобразование его в аналоговый вид и выдачу аналогового значения параметра Р_А во внешнее устройство. Блок вывода содержит модуль ZАВЫХ.

Блок управления предназначен для хранения времени ожидания следующего ввода измеряемого параметра, запуска и остановки работы устройства по нажатию кнопки «ПУСК» и «СТОП», а так же остановка работы устройства в результате выработки в БУ команды «ОСТАНОВ». Выработки команд в соответствии с алгоритмом работы, в том числе с учетом признаков «?_расч > ?» и «?_расч ? ?», «» и «», «» и «», подачи команд на все блоки устройства.

Работа блока управления обеспечивается подачей последовательности таковых импульсов, передаваемых генератором тактовых импульсов (ГТИ), который содержится в блоке управления, кроме этого в блоке управления находится таймер (МХРТ) на входы которого подаётся значение времени Т_ож.

Поступление тактовых импульсов от ГТИ разрешается только после того как нажата кнопка «ПУСК» (функция И). Остановка устройства возможна так же в том случае, если значение введенного паритета П_пред не совпадает с П_расч или значение параметра меньше _расч (функция ИЛИ).

Сигналы управления 21-36 формируются только в случае формирования в операционном блоке признака «= П_пред» (функция И).

Сигнал управления 43 (Т_ож=Т_ож-1) формируется только в случае формирования в операционном блоке признака «_расч » и признака Т0 формируемого в блоке управления (функция И).

В случае формирования в блоке управления признака Т=0 устройство должно обеспечить формирование управляющих сигналов начиная с сигнала 4.

Сигнал управления 37 формируется только в случаях формирования в операционном блоке признака «П_пред» и признака «П_тек» (функция И).

Сигналы управления 38-40 формируются только в случае формирования в операционном признака «= П_тек» (функция И).

Сигналы управления 41-43 формируется только в случае формирования в операционном блоке признака «_расч » (функция И).

Сигнал управления 44 формируется только в случае формирования в блоке управления признака Т=0.

Сигналы управления 45-47 формируются только в случае формирования в операционном блоке признака «_расч » (функция И).

Сигналы управления 48-50 формируется в случае формирования в операционном блоке признаков «П_пред», «П_тек» и «_расч ».

3. Выбор элементной базы для реализации блока вывода

Выбор элементной базы для реализации устройства выполняется с учетом исходных данных. Критериями выбора элементной базы являются:

1. Внешняя среда эксплуатации (закрытые отапливаемые помещения);

2. Критерий выбора семейства интегральных схем. В соответствии с заданием критерием является быстродействие.

В зависимости от внешней среды эксплуатации выпускаются семейства интегральных схем для применения в военной промышленности, автомобильной промышленности, общего назначения. В нашем случае выбираем семейства общего назначения.

В соответствии со вторым критерием выбираем стандартную технологию ТТЛ, учитывая доступность элементной базы и достаточное быстродействие. Напряжение питания у них Uип = 5В ± 10%. Отличаются полной электрической и конструктивной совместимостью однотипных ИС.

Блок вывода предназначен для приема текущего значения параметра, преобразование его в аналоговый вид и выдачу аналогового значения параметра внешнего устройства. Блок вывода содержит модуль подключения аналогового выхода (ZАВЫХ). Блок вывода содержит модуль ZAВЫХ.

Для реализации модуля ZАВЫХ используется микросхема ЦАП К572ПА2. [2].

Все виды ЦАП можно условно подразделить на две группы: первая - ЦАП с прецизионными резистивными матрицами, вторая безматричная.

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) предназначен для преобразования числа, определенного, как правило, в виде двоичного кода, в напряжение или ток, пропорциональные значению цифрового кода.

Схемы применения цифро-аналоговых преобразователей относятся не только к области преобразования код - аналог. Пользуясь их свойствами можно определять произведения двух или более сигналов, строить делители функций, аналоговые звенья, управляемые от микроконтроллеров, такие как аттенюаторы, интеграторы. Важной областью применения ЦАП являются также генераторы сигналов, в том числе сигналов произвольной формы.

Полупроводниковая КМОП ИС 12-разрядного ПЦАП К572ПА2 имеет дифференциальную нелинейность не более 1% от полной шкалы. Функциональная схема ИС К572ПА2 приведена на рисунке 3.1. Эта микросхема имеет возможность записи хранения цифровых данных за счет регистров, выполненных на КМОП транзисторах и включенных между токовыми ключами и резистивной матрицей. Переключение режимов записи и вывода данных осуществляется сменой потенциалов на выводах 6 и 21. Подключив внешний ОУ, можно строить как двухквадратные, так и четырехквадрантные перемножители.

Применение микросхемы предусматривает использование четырёх источников питающих напряжений: U_пп1= - 15 В; U_пп2= +5 В (+ 9 В) (+ 5 В при работе с ТТЛ схемами + 9 В при работает с КМОМ схемами); U_пп3= + 12 В; U_пп4= + 15 В. Ток потребления микросхемы I_пот 44 мА, при этом I_пот 24,7 мА, I_пот2 3,9 мА; I_пот3 2,1 мА и I_пот4 13,2 мА.

На вход С1 подаем команду «ПРЕОБРАЗОВАТЬ P_тек В Р_А» (высокий), на вход С2 подаем команду «ВЫДАТЬ Р_А» (высокий). Через время на выходе будет получен аналоговый сигнал.

Аналоговый сигнал получается при помощи операционного усилителя. Используем стандартный усилитель 741 с параметрами напряжениями до ±15 В (максимально допустимое напряжение питания ±18 В).

Микросхема К572ПА2 предназначена для преобразования 12-разрядного прямого двоичного кода на цифровых входах в ток на аналоговым выходе. Поскольку принимается 8-разрядный параметр, то будут использоваться входы 8…15. Входы 16…19 - не используется.



Рисунок 3.1. Микросхема К572ПА2:

а - функциональная схема [1 - резисторная матрица; 2 - регистр 2; 3 - регистр 1; 4 - схема управления токовыми ключами; 5 - схема управления регистрами]. Выводы: 2; 48 - выходы дополняющий (1^-) и прямой (1⁺) 4 - аналоговая земля; 6 - вход управления регистра 1; 8 (СЗР)… 19 (МЗР) - цифровые входы; 20 - U_ип1; 21 - вход управления регистра 2; 24 - U_ип2; 30 - вывод (конечного резистора матрицы; 47 - вывод резистора обратной связи; 38 - опорное напряжение; б - схема построения двухквадрантного умножения е ОУ

Режимы работы микросхемы в зависимости от сигнала на входах управления приведены на рисунке 3.2

контроль схемотехнический модуль

Рисунок 3.2. Режим работы микросхемы К572ПА



4. Принципиальная схема блока вывода, описание ее работы

Принципиальная схема устройства контроля измеряемого параметра БНТУ КП. 11312113.007.Э3 приведена в ПРИЛОЖЕНИИ В к курсовому проекту.

Схемотехническое решение модулей блока ввода

Модуль ZАВЫХ реализован на ИМС DD1 и ОУ DD2. Для приёма P_тек из блока ввода используем разъём XS1. Для приёма управляющего сигнала от блока управления используем разъём XS2. На входы 8-15 подаем значение параметра P_0тек, Р_1тек…Р_7тек соответственно. На вход 33 подаётся U_оп, на вход 20 подаётся U_пп1, на вход 24 подаётся U_пп2. Входы 16-19 не используются, реализуем на них на уровень 0 (коммутируем их на «общий»). На вход C1 и С2 подаются управляющие сигналы. На вход С1 подаётся (высокий сигнал) «ПРЕОБРОЗОВАТЬ P_тек В P_А». На вход С2 (высокий сигнал) «ВЫДАТЬ P_А».

Выход 2,30,4,22 не используются, коммутируем на уровень 0 ((выход 4 - аналоговая земля, выход 22 - цифровая земля).

Аналоговый сигнал получаем при помощи ОУ DD2. Выходы 48 и 30 ИМС DD1 соединяем со входами «-» и «+» операционного усилителя.

Описание работы принципиальной схемы

В состоянии «СТОП» (ось диаграммы «СТОП/РАБОТА» состояния ЦАП DD1 неизвестно (оси диаграммы DD1); тактовые импульсы, вырабатываемые ГТИ, не поступают в блок управления устройства (ось ТИ).

В соответствии с алгоритмом работы устройства при запуске устройства (нажата кнопка «ПУСК»), управляющими сигналы которые соответствуют ТИ 1-45 отсутствуют на приведенном фрагменте схеме Э3, поэтому так же и отсутствует на диаграмме.

Тактовый импульс 46 обеспечивает формирование управляющего сигнала «ПРЕОБРОЗОВАТЬ P_тек В Р_А » уровня логической 1 (ось диаграммы «ПРЕОБР P_тек В Р_А»), поступающего на вход С1 ИМС DD1. В результате этого DD1 устанавливается в новое состояние и становится возможен вывод аналогового значения адреса Р_А.

Тактовый импульс 47 обеспечивает формирование управляющего сигнала «ВЫДАТЬ Р_А» уровня логической 1 (ост диаграммы «ВЫДАТЬ Р_А»). В результате этого аналоговое значение выводится из устройства.

5. Расчетная часть

Принципиальная схема блока вывода представлена в ПРИЛОЖЕНИИ В.

Значения параметров для расчета мощности приведены в таблице 5.1.

m - число корпусов ИС К572ПА2 (DD1).

Мощность, потребляемая блоком вывода (БВЫВ):

Значения параметров для расчета быстродействия приведены в таблице 5.2.

Первым управляющим сигналом является сигнал 1 соответствующий команде 46 алгоритма работы (Приложение А). Вторым управляющим сигналом является сигнал соответствующий команде 47 алгоритма работы. Параметр P_тек должен преобразовать в аналоговый вид до того пока команда 47 выдать P_a. Таким образом за цепь 1 примем цепочку команд «ПРЕОБР P_тек В P_a», «ВЫДАТЬ P_a» (команды 47,48 алгоритма работы).



Это является минимальной длительности тактового импульса. Поэтому:

Сводная таблица для расчета быстродействия

Блок	Наименование микросхемы
Блок вывода	К572ПА2	15 мкс



Заключение

В ходе работы данного проекта было разработано устройство контроля измеряемого параметра.

В процессе выполнения проекта были разработаны внешний вид устройства, алгоритм его работы, его функциональна схема. Так же был осуществлен выбор элементной базы, на основе которой составлена принципиальная схема блока вывода, представлены основные сведения об ИМС, используемых при реализации блока, рассчитаны время задержки блока и его потребляемая мощность.

Схемотехнически данное устройство выполнена на элементах ТТЛ логики. Мощность, потребляемая схемой, составляет 0,040 Вт. Минимальная длительность тактового импульса 15*10^-6с.

Размещено на Allbest.ru

...