Этапы проектирования устройства сопряжения с управляемым объектом.

Цель проекта: разработать систему автоматического управления внешним устройством от ЭВМ.

Задача: разработать электрическую схему адаптера и управляющую программу (драйвер).

Анализ принципов устройства управляемого объекта и его функционирования с целью выявления элементов этого устройства, на которые будут действовать управляющие сигналы.

1. Разработка управляемых цепей внешнего объекта. При этом следует учитывать следующие два требования:

   1. Уровни выходных сигналов УО должны быть приведены в соответствие уровням сигналов адаптера и управляющей ЭВМ.

   2. Количество управляемых цепей должно быть предельно минимальным.

2. Выбор метода сопряжения с ЭВМ.

3. Разработка схемы электрической структурной устройства сопряжения.

4. Разработка схемы электрической функциональной устройства сопряжения.

5. Выбор элементной базы.

6. Схема электрическая принципиальная устройства сопряжения.

7. Разработка блок-схемы управляющей программы (алгоритма).

8. Написание управляющей программы.

Методика выполнения курсового проекта.

Задание: разработать систему управления светодиодной матрицы, состоящей из 10 светодиодов, функционирующих по следующему закону: в первом такте включаются диоды 1-10; во втором – 2-9; 3-8; 4-7; 5-6.

1. Анализ управляемого объекта и его функционирования. Проводится обзор нескольких типов светодиодов и если в задании оговаривается его тип, то рассматриваются его технические характеристики.

Допустим, что тип светодиода задан в задании проекта, а именно светодиодная линейка собирается из светодиодов марки АЛ102. Его тех. характеристики:

• Цвет свечения: красный;

• Напряжения прямое (питания) U_пр.:2,6 В;

• U_обр.: 10 В;

• I_сд.: 10 мА.

В заключении этой главы необходимо сделать вывод о том, насколько совместимы уровни сигналов управляемого объекта с уровнями сигналов порта подключения. Полная совместимость достигается тогда, когда уровень сигналов управляемого объекта находится в пределах топологии ТТЛ. В данном случае выходные сигналы светодиода соответствуют уровням сигналов ТТЛ.

2. Разработка выходных цепей УО.

Проанализировав устройство, необходимо выявить электрические цепи на УО, которые будут подключаться к устройству сопряжения и к ЭВМ. Количество управляемых цепей должно быть как можно меньше. Несмотря на то, что уровни сигналов светодиодов полностью с ТТЛ, по выходным цепям Х1-Х5 могут протекать достаточно большие токи, связанные с параллельной схемой соединения светодиодов. Такие токи могут неблагоприятно сказаться на условиях работы (тепловая перегрузка) оконечных микросхем устройства сопряжения. Для обеспечения безопасной работы этих механизмов устанавливаются ограничительные резисторы, ориентировочное сопротивление которых надо рассчитывать. Этот расчет осуществляется по приведенной схеме включения управляемых цепей в УС. Приведенная расчетная схема выглядит так:

V_cc=U_сд.+U_Rогр.+U_мс; где:

V_сс – U_{пит. цепи} = 5 В;

U_сд. – падение напряжения на светодиоде = 2,6 В;

U_Rогр. – падение напряжения на ограничительном резисторе;

U_мс. – внутреннее падение напряжения на мс – для ориентировочных расчетов можно принять это значение равным 0,6 В.

Падение напряжения на R_огр.:

U_Rогр.=V_сс-U_сд.-U_мс.;

U_Rогр.=5-2,6-0,6=1,8 В.

Сопротивление R_огр.:

;

I_Rогр.=2*I_сд.;

Из справочника выбираем резистор марки МЛТ 1,25-100 Ом. Резистор такой марки устанавливается в каждую из выходных цепей управляемой матрицы.

P.S.: особенности подключения высоковольтных матриц с большой рассевающей мощностью.

Если УО имеет уровни выходных сигналов отличные от уровней сигналов ТТЛ, то с учетом требований по быстродействию, по скорости переключения выбирают промежуточные схемы на базе электромагнитных реле и электронных ключей. Если система управления допускает инерционность переключения, то можно в качестве базового элемента такой схемы применить электромагнитное реле. Его главным достоинством является простота и надежность в работе. Недостаток – большое время срабатывания, что недопустимо для быстродействующих систем.

Для систем, требующих высокого быстродействия, например, для переключения инфракрасного светодиода, генерирующего коды передаваемых кадров, можно воспользоваться электронным ключом на базе транзистора.

При подборе транзистора необходимо обеспечить, чтобы напряжение коллектор – эмиттер было как можно ближе к рабочему напряжению нагрузки. Если U_кэ превышает U_нагр., то надо в коллекторную цепь вставить еще один ограничительный резистор. Сигнал ТТЛ подавать на базу.

Кроме транзисторов в качестве электронных ключей в зависимости от конкретных условий можно применять тиристоры, симисторы, оптроны и другие электронные приборы.