3. Описание принципиальной электрической схемы
В качестве вычислительных устройств и блока контроля в схеме используется 16-разрядный микроконтроллер семейства F2MC-16LX (DD1) типа MB90F591G серии MB90590. Он обеспечивают типовую производительность в 16 MIPS (миллионов команд в секунду).
Процессор работает с номинальной частотой 4 МГц; Данный микроконтроллер имеет встроенный 8-канальный АЦП последовательного приближения с устанавливаемым пользователем разрешением в 8 или 10 разрядов. Для управления АЦП используются: регистр разрешения аналогового входа ADER, восемь разрядов которого настраивают соответствующий разряд порта Р6 на режим альтернативной функции – подключение входного аналогового сигнала на вход мультиплексора; два регистра управления ADCS0, ADCS1 и два регистра данных ADCR0, ADCR1.
При этом, так как напряжение на выходе датчиков меняется в пределах (5 - 10)В, то его следует сместить на -5, чтобы оно находилось в диапазоне от 0 до 5 В. Эту операцию удобно проводить с помощью схем построенных на операционных усилителях (DA1.1, DA1.2, DA1.3) После этого его смело можно подавать на АЦП.
После вычисления выходного напряжения в вычислительном устройстве, оно подается на внешний ЦАП. В качестве 10 разрядного ЦАПа возьмём 572ПА1 (DD2). После ЦАПа стоит программируемый усилитель, также выполненный на базе микросхемы 572ПА1 (DD3).
Т.к. по заданию
напряжение на выходе регулятора
изменяется в пределах (
)В,
а выход ЦАПа даёт нам напряжение в
пределах (0-5)В, то после программируемого
усилителя поставим схему на ОУ,
масштабирующую сигнал (DA3).
После схемы масштабирования выходного
сигнала поставим усилитель мощности,
чтобы получить величину выходного тока
в 0.5 А (DA4).
Акустический сигнал “АВАРИЯ” получим с помощью колебательной схемы, выполненной на базе логических элементов K155ЛА3 (DD4). Динамик ВА1 включается с помощью ключа SA1, управляемого сигналом с порта микроконроллера.
Напряжения питания схемы подаются через разъем X2.
От этих напряжений напрямую питаются операционные усилители, микроконтроллеры и ЦАПы.
4. Электрический расчет устройства
4.1. Расчет входных усилителей.
Входные усилители на DA1.1, DA1.2, DA1.3 предназначены для преобразования входного диапазона напряжений (5В…10В) в диапазон 0…5В для встроенного АЦП микроконтроллера. Все три операционных усилителя включены по схеме инвертирующих суммирующих усилителей, входному напряжению 5В соответствует напряжение 0В на выходе, а напряжению 10В – выходное напряжение 5В.
Рис. 4.1 – входной усилитель напряжения
Запишем выражение для выходного напряжения усилителя на DA1.1(рис 4.1):
.
Выберем UСМ = -5В. Найдем R1, R2, R3,R4:
4.2 Расчет выходного усилителя
Усилитель DA3 предназначен для преобразования входного диапазона напряжений (0В…5В) в диапазон -15В…15В для получения напряжения на выходе регулятора -15В…15В. Операционный усилитель включен по схеме инвертирующего суммирующего усилителя, входному напряжению 0В соответствует напряжение -15В на выходе, а напряжению 5В – выходное напряжение 15В.
Рис 4.2 – выходной усилитель напряжения
Запишем выражение для выходного напряжения усилителя на DA4(рис 4.2):
.
Выберем UСМ = -15В. Найдем R1, R2, R3,R4:
