Описание принципиальной электрической схемы
В качестве вычислительных устройств и блока контроля в схеме используется 16-разрядный микроконтроллер семейства F2MC-16LX (DD1) типа. Он обеспечивают типовую производительность в 16 MIPS.
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 от 0 до 5 В, то никаких преобразований с сигналом производить не требуется.
После вычисления выходных напряжений в вычислительных устройствах, сигналы подаются на внешние ЦАП.
В качестве блока контроля в схеме используется 16-разрядный микроконтроллер семейства F2MC-16LX (DD1) типа.
В качестве 12-ти разрядного ЦАПа возьмём К427ПА1. После ЦАПа ставим мультиплексор, выполненный на базе микросхемы К176KT1.
По заданию напряжение на выходе регулятора
изменяется в пределах
В, а выход ЦАПа даёт нам напряжение в
пределах от 0 до 5 В, поэтому после
мультиплексора поставим схему на ОУ,
масштабирующую сигнал. После схемы
масштабирования выходного сигнала
поставим усилитель мощности, реализованный
на мощном операционном усилителе LM675 с
максимальным выходным током 2А.
Напряжения питания схемы подаются через разъем X2. От этих напряжений напрямую питаются операционные усилители, микроконтроллеры и ЦАП.
Цифро-аналоговый преобразователь
Пятнадцатиразрядный умножающий ЦАП типа К427ПА1 выполняет операции четырехквадратного умножения в сочетании с операциями записи и хранения цифровой информации в регистрах. Микросхема имеет дополнительный знаковый разряд и осуществляет преобразование кода входного аналогового сигнала в диапазоне минус 10 ÷10 В при подключении источников питания.
Выбор ЦАП-а определяется следующими требованиями задания:
Разрядность выходного кода: 12 разрядов
Диапазон изменения выходного напряжения: от 0В до +5В
В соответствии с этим выберем ЦАП К427ПА1 со следующими характеристиками:
число разрядов N = 16 (из них один знаковый и один масштабирующий);
Рис.5.1. Микросхема типа К427ПА1
Данный ЦАП имеет два внутренних 14-ти
разрядных регистра RG1 и RG2 и соответствующие
им входы управления RG1 и RG2. При
происходит передача данных со входа
непосредственно на ЦАП. При
осуществляется запись данных в регистре
RG1 и хранение предыдущих данных в регистре
RG2. При
происходит запись данных из регистра
RG1 в регистр RG2.
При любых других состояниях входов
управления ЦАП не читает входную
информацию.
Т.к. при формировании в вычислителе выходного кода мы не можем одновременно передать на входы ЦАП-а все 12 разрядов, то необходимо перед каждой сменой выходного кода подавать на ЦАП управляющие сигналы RG1=RG2=0 («запрет преобразования»). При этом преобразования не происходит. А после вывода второго байта выходного кода следует подать управляющие сигналы RG1=RG2=1 («разрешение преобразования»).
Как умножающий ЦАП имеет следующую передаточную характеристику:
,
где А1..А14 – логические уровни на цифровых входах 1-го и 15-го разрядов, которые принимают значения «1» или «0». К – коэффициент передачи, который может принимать значения К=1 при высоком уровне и К=10 при низком уровне на одноимённом входе ЦАП-а. В нашем случае следует подать К=«1». Uref – опорное напряжение в диапазоне от 0 до +10В. В нашем случае следует подать Uref = +5В и использовать знаковый разряд. При «+/-» = 1 выходной сигнал инвертируется.