- •Московский Государственный Институт Электронной Техники (Технический Университет)
- •Дипломный проект студента группы мп-52 Титова в. В.
- •Глава 1.
- •Введение.
- •Введение.
- •Структурная схема многоканального структурно-модульного устройства измерения и стабилизации температуры.
- •Алгоритм работы
- •Процедура настройки структурно-модульного устройства измерения и стабилизации температуры.
- •Структурная схема многоканального микропроцессорного устройства измерения и стабилизации температуры.
- •Дипломный проект студента группы мп-52 Титова в. В.
- •Разработка структурной схемы.
- •Выбор элементной базы. Микропроцессор.
- •Общее описание.
- •Краткая характеристика.
- •Особенности аналоговых периферийных устройств.
- •Особенности цифровых периферийных устройств.
- •Дополнительные возможности микроконтроллера.
- •Кмоп технология.
- •Память.
- •Основные свойства.
- •Функциональное описание.
- •Регистры.
- •Индикаторы.
- •Блок питания.
- •Мультиплексоры.
- •Усилитель.
- •Генератор тока.
- •Принципиальная электрическая схема платы измерений.
- •Принципиальная электрическая схема платы микроконтроллера.
- •Принципиальная электрическая схема платы индикации.
- •Блок-схема алгоритма программы.
- •Сборочные чертежи плат.
- •Сборочный чертеж устройства.
- •Назначение элементов лицевой панели.
- •Подготовка к работе.
- •Порядок работы.
- •Техническое обслуживание.
- •Правила хранения.
- •Транспортирование.
- •Возможные неисправности и методы их устранения.
- •Исследование точностных характеристик. Общие замечания.
- •Теоретическая оценка погрешности измерения.
Мультиплексоры.
В устройствах электроники, автоматики и вычислительной техники для осуществления управляемой передачи аналоговой передачи аналоговой информации от датчиков к исполнительным механизмам широко используется аналоговый ключ. Как правило, схемы ключей реализуются на МОП-транзисторах, потребляющих мало энергии. Обычно в одном корпусе микросхемы содержатся несколько ключей и схемы управления ими.
Широкое применение микропроцессорных схем, ЦАП и АЦП, обрабатывающих информацию, поступающую от нескольких датчиков с разделением времени, обусловили развитие микросхем аналоговых коммутаторов с внутренними схемами управления, совместимых с микропроцессорами.
Восьмиканальный МОП АК КР590КН1, снабженный дешифратором, позволяет производить адресный опрос каналов в зависимости от логических уровней на входах 13-15. Для работы в микропроцессорных системах микросхема имеет вход разрешения работы.
Аналогичной схемой, но с лучшими рабочими характеристиками является АК КР590КН6. Основные параметры этой микросхемы следующие:
коммутируемый ток – ток, протекающий по открытому каналу ключа Iком=20 мА;
коммутируемое напряжение – максимально допустимое напряжение, прикладываемое между входом и выходом ключа Uком=±15 В;
сопротивление ключа в открытом состоянии Rотк=300 Ом;
токи утечки Iут.вх.=50 нА, Iут. вых.=70 нА;
время переключения ключа Твкл.=0.3 мкс.
Аналоговые ключи КР590КН6 выбраны в качестве переключателей канала измерений. Определяющим критерием явились маленькие токи утечки, которые влияют на погрешность процесса измерения.
Функции переключателя тока опора/датчик и выбора измеряемого параметра можно совместить в одном мультиплексоре КР590КН3. Микросхема КР590КН3 содержит два четырехканальных аналоговых коммутатора со схемой управления на базе триггера. Основные ее параметры совпадают с параметрами микросхемы КР590КН6.
Усилитель.
В качестве операционного усилителя была выбрана микросхема 140УД17А. Это прецизионный операционный усилитель со следующими основными характеристиками:
Кус = 2*105;
Uсм = 0.075 мВ;
Iвх = 4 нА;
f1 = 0.4 МГц;
DIвх = 3.8 нА;
VUвых = 0.1 В/мкс;
Генератор тока.
Так как алгоритм вычислений позволяет избавиться от зависимости конечного значения температуры от тока запитки, то в источнике тока нам, прежде всего, важна не точность тока, а его стабильность во время измерения одного канала.
В качестве генератора тока взята микросхема 142ЕН12, которая представляет из себя трехвыводной регулируемый стабилизатор напряжения от 1.2 до 37 В.
Особенности данной микросхемы:
нестабильность по напряжению 0.01 %/В;
нестабильность по току нагрузки 0.1 %;
уровень ограничения выходного тока не зависит от температуры;
коэффициент подавления напряжения пульсаций 80 дб.
Нестабильность по напряжению и току нагрузки у стабилизаторов 142ЕН12 имеет лучшие показатели, чем у традиционных стабилизаторов с фиксированным значением выходного напряжения.
Принципиальная электрическая схема платы измерений.
Входными сигналами для платы измерений являются сигналы управления мультиплексорами, а также напряжение питания аналоговых схем. Сигналы управления поступают от микропроцессора, а уровни питания от блока питания.
Микросхемы DD1 – DD3 управляются сигналами B1 – B3, которые выбирают номер рабочего канала.
Микросхема DD4 управляется сигналами А1, А2 и выполняет следующие функции:
направляет ток с микросхемы DA1 либо на один из датчиков температуры, либо на опорное сопротивление R1;
выбирает, какой из входных сигналов будет поступать на вход операционного усилителя и далее на АЦП микропроцессора.
Микросхема DA2 представляет собой неинвертирующий операционный усилитель с коэффициентом усиления 5, и предназначена для усиления информационного сигнала.
Термодатчики подключаются к разъему по трехпроводной схеме, которая позволяет компенсировать сопротивление линий связи датчика с разъемом.
Ток, силой 3.3 мА, через мультиплексор DD3 поступает на соответствующий датчик. При этом с микросхемы DD1 снимается напряжение
U1 = I*(Rт+2*rп), а с микросхемы DD2 сигнал
U2 = I*(Rт+rп), так как по этому проводу ток течь не будет из-за наличия операционного усилителя с большим входным сопротивлением.
Искомый сигнал получается следующим образом:
U = 2* U2 - U1 = I* Rт.
Данные арифметические операции выполняются в микропроцессоре.
Рассмотрим работу мультиплексора DD4 в зависимости от управляющих сигналов А1 и А2:
Управляющий код: А2 А1 |
Вход ОУ |
Ток |
0 0 |
U1 |
На датчик |
0 1 |
U2 |
На датчик |
1 0 |
Uоп |
На Rоп |
1 1 |
Земля |
На Rоп |
Выходным сигналом для данной платы является сигнал Т1 – выход операционного усилителя, который далее поступает на вход АЦП микропроцессора.