2.3 Расчет и выбор элементов сопряжения
2.3.1 Выбор терморезистора и элементов схемы сопряжения его с ацп.
Наибольшее распространение получили терморезисторы серии pt100. Выберем терморезисторpt100-2, он имеет только 2 вывода.
Данный резистор представлен на рисунке 7.
Рисунок 7 – терморезистор pt100-2
Таблица сопротивлений терморезистора представлена на рисунке 8.
Рисунок 8 - таблица сопротивлений терморезистораpt100-2.
Терморезистор при температуре 0 С˚ будет иметь сопротивление
100 Ом, то есть в схеме делителя напряжения второй резистор будет иметь сопротивления тоже 100 Ом. Выберем обычный резистор МЛТ – 0.25 – 100 Ом.
2.3.2 Выбор ацп
АЦП в основном различаются на два вида: последовательные, параллельные. Последовательные характеризуются тем что для их работы необходимо всего 3-5 выводов микроконтроллера, но зато они обладают более низкой скоростью преобразования относительно АЦП параллельного действия. Что касается АЦП параллельного действия, то все разряды преобразованного сигнала снимаются одновременно с ножек АЦП, соответственно это увеличивает скорость, но при этом необходимо использовать большее количество выводов контроллера. Так же АЦП характеризуются разрядностью, чем выше разрядность – тем больше точность, соответственно дороже АЦП.
В данном проекте не важно количество выводов (их более чем достаточно у АТ89С51), цена нам тоже не важна, поэтому выбираем 12 разрядный АЦП параллельного действия AD1674. Его характеристики, диаграммы работы и назначение выводов представлены в литературе [2].
2.3.3 Выбор индикатора и элементов сопряжения с ним
Для данного устройства достаточно четырехразрядного семисегментного индикатора. В первый разряд будет заносится знак, в три последующих трехзначное число значения температуры. Выберем индикатор типа MPX4-CA. Это индикатор с общим катодом. Номинальный ток диодов(Id): 12мА. Напряжение питания(Uп) соответственно 5 В. Найдем нужное нам сопротивления для обеспечения нормального свечения диодов по следующей формуле:
R=Uп/Id=5/0.0012=4.2кОм
Из ряда Е24 выбираем резистор сопротивлением 4.3кОм. Выбираем резистор МЛТ- 0.25 – 4.3 кОм.
Для построения систем с использованием многоразрядных ССИ, в целях экономии выходов контроллера используются сдвиговые регистры. В процессе разработки проекта был и изучен сдвиговой регистр серии 74HC164. Подробное его описание можно прочитать в [3]. Он был добавлен в проект, и смог сэкономить 6 выводов контроллера.
2.3.4 Расчет и выбор кнопок
Кнопки выбираем исходя из напряжения равного 5 вольт.
2.3.5 Выбор конденсаторов
Для более стабильного запуска микроконтроллера к выходом кварцевого резонатора подключаются конденсаторы емкостью 30пФ.
Для того чтобы сработал сброс(reset) всех параметров контроллера необходимо после подачи питания на контроллер удерживать сигнал на входеresetнекоторое время, для этих целей используется конденсатор емкостью 4.7мкФ.Для устранения помех используются конденсаторы емкостью 0.1 мкФ.
2.4 Описание схемы электрической принципиальной
Схема электрическая принципиальная приведена в графической части.
На схеме электрической принципиальной(СЭП) представлено устройство измерения температуры на базе терморезистора pt100-2.
Центральным узлом СЭП является микросхема микроконтроллера AT89C51 с внешним кварцевым резонаторомQZ1. Для отображения информации в микропроцессорной системе предусмотренCCИMPX4-CA. Для того чтобы сэкономить выводы контроллера при подключении данного индикатора подключаем сдвиговый регистр 74HC164.
К терморезистору подключен второй резистор, вместе они образуют делитель напряжения.
В схеме присутствует АЦП, служащий для преобразования сигналов с делителя напряжения в цифровой код.
Кнопка SB1 служит для включения или отключения устройства.
Кнопка SB2 служит для переключения режима отображения среднесуточной температуры.
Кнопка SB3 служит для переключения режима отображения температуры в реальный момент времени.