Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Программирование микропроцессорных систем управления подвижного состава железных дорог. Учебное пособие по дисциплинам «Автоматизированные и микропроц.pdf
100
Механическая стойкость, циклов срабатывания
100 000
Электрическая стойкость, циклов срабатывания
100 000
Температура окружающей
среды, °С
–25 ~ +70
Относительная влажность воздуха, не более, %
85
Светодиод видимого спектра свечения
Светодиод – это полупроводниковый прибор, создающий оп-
тическое излучение при пропускании через него электрического
тока в прямом направлении.
Рисунок 7.6 – Внешний вид (а) и обозначение светодиода на
принципиальных схемах (б)
Прямая ветвь вольт-амперной характеристики (ВАХ) светодиода соответствует ВАХ обычного диода и является нелинейной.
В качестве примера, на рисунке 7.7 приведена прямая ветвь ВАХ
красного светодиода типа L1503SRD фирмы Kingbright [9].
121
Рисунок 7.7 – Вольт-амперная характеристика светодиода
L1503SRD.
Оптические характеристики светодиода характеризуются
длиной волны излучаемого света, его силой, углом рассеяния и
приведены в справочных материалах [9]. Электрические параметры также приведены в этих материалах, некоторые из них представлены ниже, в таблице 7.3.
С целью ограничения величины прямого тока, протекающего
через светодиод, и предупреждения выхода его из строя, последовательно с ним устанавливают токоограничивающий резистор R
огр
величина которого должна быть не менее, чем
(
)
здесь I
рабочий ток в прямом направлении,
F –
I
=20 мА.
F
U – напряжение источника питания, В, U =5 В.
Подставив величины параметров светодиода, а также источника питания в формулу получим, что R
≥157 Ом.
огр
,
122
Таблица 7.3 Некоторые электрические характеристики
Параметр
Типовое
значение
Предельное
значение
Единица из-
мерения
Примеча-
ние
Напряжение в прямом направлении,
V
F
1,85
2,5
В
При токе
20 мА
Ток в обратном
направлении,
10
мкА
Величина
обратного
напряжения 5 В
Максимальный ток
в прямом направлении
30
мА
Пиковое значение
тока в прямом
направлении
155
мА
В течении
0,1 мс
Обратное напряжение
5 В
Наименование
Номер
контакта
Назначение
1IN+
7
Неинвертирующий вход компаратора 1
1IN-
6
Инвертирующий вход компаратора 1
1OUT
1
Выход компаратора 1
2IN+
5
Неинвертирующий вход компаратора 2
светодиода L1503SRD
IR
Четыре компаратора LM239N
В работе использована интегральная микросхема LM239N
[11], содержащая 4 независимых компаратора напряжения и предназначенная для работы в системах с однополярным питанием (рисунок 7.8, таблица 7.4).
Таблица 7.4 Функции контактов микросхемы LM239N
123
Наименование
Номер
контакта
Назначение
2IN-
4
Инвертирующий вход компаратора 2
2OUT
2
Выход компаратора 2
3IN+
9
Неинвертирующий вход компаратора 3
3IN-
8
Инвертирующий вход компаратора 3
3OUT
14
Выход компаратора 3
4IN+
11
Неинвертирующий вход компаратора 4
4IN-
10
Инвертирующий вход компаратора 4
4OUT
13
Выход компаратора 4
GND
12
Общий
Vcc 3 Питание
Рисунок 7.8 – Цоколёвка микросхемы LM239N (а) и схема подклю-
чения выводов к компонентам микросхемы (б)
Компаратор – это устройство сравнения, принимающее на
свои входы два аналоговых сигнала, и вырабатывающее сигнал,
уровень которого равен уровню логической единицы (U
), если
1
124
напряжение U
напряжение на инвертирующем U
на прямом (неинвертирующем) входе превышает
вх
входе, и уровню логического
оп
нуля, если напряжение на прямом входе меньше, чем напряжение
на инвертирующем входе (рисунок 7.9).
Рисунок 7.9 – Проходная характеристика неинверирующего
компаратора
Компараторы в составе микросхемы LM239N имеют выходные
каскады, построенные по схеме с «открытым коллектором». «Открытым коллектором» называют включение транзистора по схеме
с общим эмиттером в составе электронного модуля или микросхемы, когда коллекторный вывод не соединяется с другими элементами модуля (микросхемы), а непосредственно выводится
наружу (на разъем модуля или вывод микросхемы), см. рисунок
7.10. Выбор нагрузки транзистора и тока коллектора при этом
оставляется за разработчиком конечной схемы, в составе которой
применяются модуль или микросхема. В частности, нагрузка такого транзистора может быть подключена к источнику питания с
более высоким или низким напряжением, чем напряжение питания модуля/микросхемы.
При использовании подобной схемы включения, срабатывание компаратора вызывает открытие транзистора выходного каскада, в результате чего по нему начинает (через переход коллектор
– эмиттер, кэ), начинает протекать ток по следующей цепи: источ-
ник питания +U
– сопротивление нагрузки Rн – переход кэ – об-
пит
щий провод питания. Очевидно, что компаратор, в котором использован подобный способ построения выходных цепей, является инвертирующим, то есть в выключенном состоянии напряжение на
его выходе равно уровню логической единицы (соответствует
напряжению питания U
), а во включённом состоянии – 0.
пит
125
В таблице 7.5 приведены некоторые электрические пара-
Параметр
Максимальное
значение
Напряжение питания Vcc, В
36
Дифференциальное входное напряжение,
В
± 36
Выходное напряжение, В
36
Выходной ток, мА
20
Продолжительность подключения выходного каскада к общему проводу
неограничена
метры микросхемы LM239N.
Рисунок 7.10 – Схема выходного каскада с «открытым»
коллектором»
Таблица 7.5 Некоторые электрические параметры микросхемы
LM239N
126
Шесть логических элементов НЕ SN74HC04N
Наименова-
ние
Номер
контакта
Назначение
1A 1 Вход логического элемента 1
1Y 2 Выход логического элемента 1
2A 3 Вход логического элемента 2
2Y 4 Выход логического элемента 2
3A 5 Вход логического элемента 3
3Y 6 Выход логического элемента 3
GND
7
Общий
4Y 8 Выход логического элемента 4
4A 9 Вход логического элемента 4
5Y
10
Выход логического элемента 5
5A
11
Вход логического элемента 5
6Y
12
Выход логического элемента 6
Интегральная микросхема SN74HC04N включает в себя шесть
логических элементов НЕ (инверторов) [12]. Цоколёвка микросхемы, а также схема подключения выводов к компонентам микросхемы приведены на рисунке 7.11, а и б соответственно, а также в
таблице 7.6. В таблице 7.7 приведены некоторые параметры микросхемы SN74HC04.
Рисунок 7.11 – Цоколёвка микросхемы SN74HC04N (а) и схема под-
ключения выводов к компонентам микросхемы (б)
Таблица 7.6 Функции контактов микросхемы SN74HC04N
127
6A
13
Вход логического элемента 6
Vcc
14
Питание
Параметр
Минимальное
значение
Номинальное
значение
Максимальное
значение
Напряжение питания,
Vcc, В
2 5 6
Напряжение
высокого
уровня, В
Vcc=2
1,5
Vcc=4,5
3,15
Vcc=6
4,2
Напряжение
низкого
уровня, В
Vcc=2
0,5
Vcc=4,5
1,35
Vcc=6
1,8
Время
Включения
логического
элемента, нс
Vcc=2
1000
Vcc=4,5
500
Vcc=6
400
Таблица 7.7 Некоторые электрические параметры микросхемы
SN74HC04N в рекомендованном диапазоне условий работы
выключения
Приоритетный шифратор 8 в 3 SN74HC148N
Данная микросхема обеспечивает дешифрацию входного
сигнала, обеспечивая выявление на своих входах старшего активного разряда и отображение его номера в виде параллельного двоичного кода на своих выходах. Микросхема SN74HC148N [13] преобразует информацию, поступающую на восемь входных каналов в
трёхразрядное двоичное представление (8 в 3) (рисунок 7.12).
Для расширения диапазона преобразуемых данных, допускается каскадное соединение микросхем (EI—вход переноса, EO – выход переноса).
Особенностью микросхемы данного типа является то, что
активными уровнями входных и выходных линий данных яв-
ляются уровни, соответствующие логическому нулю. В таблице
128
7.8 приведена диаграмма состояний микросхемы SN74HC148N. Ос-
Входы
Выходы
EI 0 1 2 3 4 5 6 7
A2
A1
A0
GS
EO H x x x x x x x x H H H H H L H H H H H H H H H H H H L
L x x x x x x x L L L L L H L x x x x x x L H L L H L H L x x x x x L H H L H L L H L x x x x L H H H L H H L H L x x x L H H H H H L L L H L x x L H H H H H H L H L
H
L x L H H H H H H H H L L H L L H H H H H H H H H H L
H
новные электрические параметры данной микросхемы совпадают
с таковыми у микросхемы SN74HC04N.
Рисунок 7.12 – Цоколёвка микросхемы SN74HC148N и схема
подключения контактов
Таблица 7.8 Диаграмма состояний микросхемы SN74HC148N
Датчик угла поворота EXW1J-C24-AC0024L
Датчик угла поворота (энкодер) – это устройство, предназна-
ченное для преобразования угла поворота вращающегося объекта
(вала) в электрические сигналы, позволяющие определить угол его
поворота. Существует значительное количество разновидностей
129
датчиков угла поворота, различающихся по принципу действия
(магнитные, резистивные, индуктивные, оптические, механические), способу выдачи информации (абсолютные и накапливаю-
14
щие)
. Данные устройства находят широкое применение в системах управления, в том числе и подвижным составом, в частности, в
качестве компонентов задающих устройств, а также датчиков пути
и скорости движения.
При выполнении работ использован накапливающий, меха-
®
нический энкодер EXW1J-C24-AC0024L фирмы BOURNS
[14], внеш-
ний вид которого, а также электрическая схема показаны на рисунке 7.13.
Рисунок 7.13 – Внешний вид датчика угла поворота (а – в) и его
электрическая схема (д)
В процессе вращения ротора датчика, на его выходах формируется сигнал, диаграмма которого приведена на рисунке 7.14. Выполняя обработку сигналов с выходов каналов А и B, можно определять не только угол, на который повернут ротор, но также
направление и скорость его вращения.
14
У абсолютного датчика код на выходе позволяет однозначно
определить угол поворота вала относительно исходного положения. Накапливающие датчики формируют на своих выходах сигнал,
позволяющий определить изменение положения вала относительно предыдущего положения.
130