Построение системы автоматического контроля (стр. 6 из 9)

Структурная схема и условное обозначение счетчиков 561ИЕ10 приведены на рис. 5.2.

При построении многоразрядных счетчиков с числом разрядов более четырех соединение между собой ИС ИЕ10 может производиться с последовательным или параллельным формированием переноса. В первом случае на вход С (вывод 1 или 9) следующего каскада счетчика подается высокий уровень с выхода Q4 (выводы 6 или 14) предыдущего каскада.

Рис 5.2. ИМС К561КП2:

а- структурная схема; б - условное графическое обозначение

Микросхема К561ЛА9

Микросхема представляет собой 3 элемента 3И-НЕ. Назначение выводов: 1, 2, 3, 4, 5, 8, 11, 12, 13—входы; 6, 9, 10 - выходы; 7 — общий; 14 — напряжение питания.

Рис 5.3. Условное обозначение ИМС К561ЛА9

Микросхема К561ЛА7

Рис 5.4. Условное обозначение ИМС К561ЛА7

Микросхема представляет собой 4 элемента 2И-НЕ. Назначение выводов: 1, 2, 5, 6, 8, 9, 12, 13—входы; 3, 4, 10, 11 — выходы; 7 — общий; 14 — напряжение питания.

Микросхема К572ПВ4

Рис 5.5. Условное обозначение ИМС К561ЛН2

Микросхема представляет собой 6 буферных инверторов (элементов НЕ). Назначение выводов: 1, 3, 5, 9, 11, 13—входы; 2, 4, 6, 8, 10, 12 — выходы; 7 — общий; 14 — напряжение питания.

Значительно упростить построение системы сбора может СБИС однокристальной аналогово-цифровой системы типа К572ПВ4.

Структурная схема однокристальной системы сбора и преобразования аналоговых сигналов К572ПВ4 представлена на рисунке 5.6.

Рис.5.6. Структурная схема ИС К572ПВ4

Аналоговые сигналы с помощью восьмиканального мультиплексора поочередно подключаются к инвертирующему входу компаратора. Блок фиксации адреса канала через каждые 80 тактовых импульсов присоединяет очередной канал. Компаратор, ЦАП и РПП образуют восьмиразрядный АЦП последовательного приближения.

Результат преобразования аналогового сигнала в 8-разрядный код автоматически записывается в соответствующие столбцы оперативного запоминающего устройства (03У). Работа БИС синхронизирована тактовыми импульсами CLK. РПП содержит управляющую логику, формирующую сигналы управления другими узлами. Сигнал STAT содержит импульсы, формируемые в моменты начала преобразования каждого канала. По сигналу

данные, поступающие из памяти на вход буферных каскадов, появляются на выходах DBO—DB7. В зависимости от кода на выводах А0, А1, А2 производится выбор требуемого из аналоговых сигналов AIN0-AIN7. Разрешение на считывание кода AIN0-AIN7 также дает сигнал

. Однако адрес будет зафиксирован в дешифраторе только при подаче сигнала ALE. Каждая ячейка ОЗУ содержит D-триггер и схему считывания, обеспечивающую произвольный ввод и вывод данных в разные столбцы под управлением блока фиксации адреса и выбора канала. Выходные буферные каскады построены на логических схемах с тремя состояниями (лог. 0, лог. 1 и “обрыв цепи”). Это позволяет отключить систему от шины данных, когда не требуется выдача результата преобразования или в промежутках между циклами преобразования аналоговых сигналов сигналов, поступающих на коммутатора. Такая организация системы обеспечивает доступ к ОЗУ, т. е. к результату преобразования по любому каналу в любое время. Благодаря этому сокращаются затраты на считывание результатов преобразования.

Рис. 5.7. Временные диаграммы работы БИС К572ПВ4

Из показанных на рис. 5.7 временных диаграмм видно, что считывание данных из памяти происходит только при наличии соответствующего адреса А0-А2 и воздействии сигнала

. Процесс же преобразования производится непрерывно и последовательно по каждому каналу, пока тактовые импульсы подаются на вывод CLK. Данные, полученные в процессе преобразования, автоматически передаются в ОЗУ. При этом формируется сигнал

, срез которого показывает, что преобразование закончилось, и данные записываются в ОЗУ. Сигнал

исключает считывание из ОЗУ недостоверных данных. Этот сигнал позволяет выявить канал 0, при о6служивании которого напряжение соответствует напряжению лог. 0 в течение 64 периодов тактовых импульсов в отличие от остальных каналов.

После включения напряжения питания устанавливается произвольный канал преобразуемого аналогового сигнала. Поэтому в наихудшем случае потребуется 800 тактов для получения первой достоверной информации по всем каналам. Основные параметры БИС K572ПB4 приведены в таблице 5.4. Полярность и диапазон изменения преобразуемых аналоговых сигналов определяются полярностью и значениями эталонных напряжений U_оп1 и U_оп2.

Таблица 5.4. Таблица параметров микросхемы К562ПВ42

Параметр	Значение
Разрядность N, бит	8
Время преобразования Т_п, мкс	100
Погрешность коэффициента передачи d_k, %	0,4
Напряжение смещения нуля U_см, %	1,25
Потребляемый ток I_п1/I_п2, мА	3
Напряжение питания U_п1, U_п2, В	5
Опорное напряжение U_оп, В	±2,5В
Логические выходные сигналы	КМОП
Тип корпуса	2121.28-7

Микросхема К561ИР2

Микросхема содержит по два независимых четырехразрядных регистра сдвига. Регистры выполнены на однотактных D-триггерах. Данные в регистр вводятся последовательно, через вход D. Информация в регистре сдвигается на один разряд по каждому фронту (положительному перепаду) синхроимпульсов на входе С. Сброс регистра в нуль осуществляется подачей положительного импульса (высокого уровня) на асинхронный вход R.

Назначение выводов:

6,14 – сброс; 9,1 – тактирование;

7,15 – данные; 5,13 – 0-ой разряд;

4,12 – 1-ый разряд;3,11- 2-ой разряд;

10,2 – 3-ий разряд; 8 – общий;

16 - +U_ип.

Рис 5.8. ИМС К561КП2:

Условное графическое обозначение.

· Используемые датчики.

Ниже приведем основные сведения о выбранных датчиках.

Перспективными для целей электрического измерения и контроля различных, в том числе неэлектрических, величин принято считать полупроводниковые измерительные преобразователи (ИП). Их действие основано на целом наборе физических эффектов в твердом теле, заключающихся в изменении проводимости или возникновения ЭДС при воздействии на чувствительный элемент температуры, давления, электрических и магнитных полей, полей излучений, составляющих газовых сред, влажности и т.д.

Преобразователь, преобразующий физическую величину в электрический сигнал, принято называть чувствительным элементом. Статическая чувствительность датчика выражает функциональную зависимость выходной величины В датчика от естественной измеряемой величины А и определяется:

Это соотношение является постоянным, когда выходная величина (выходной сигнал) представляет собой линейную функцию входной величины (входного сигнала). Если имеется нелинейная функция, то должны быть указаны точки, к которым относиться данная чувствительность.

1. Датчик температуры.

Одним из вариантов датчика может быть датчик, на основе термотранзистора MTS105 фирмы Motorolla. При фиксированном токе коллектора напряжение база – эмиттер транзистора линейным образом зависит от температуры. Эта зависимость имеет линейный вид и представлена на рис. 5.8.

Рис. 6.8. Температурная зависимость напряжения база- эмиттер для транзистора MTS105 фирмы Motorolla.

Сам термометр с использованием в качестве датчика транзистора MTS105 представлен на рис. 5.9.

Рис. 5.9. Датчик температуры на базе MTS105

Резистор R1 определяет коллекторный ток транзисторного датчика. Этот резистор должен обладать высокой стабильностью и низким температурным коэффициентом сопротивления (например, металлопленочный резистор).

Получаем величину постоянного коллекторного тока:

I_k= Uп / R1 = 15В / 150кОм = 0,1 мА

Операционные усилители ОУ1 и ОУ2 должны иметь малый дрейф. На выходе ОУ1 будет действовать напряжение -V_BE. Это напряжение усиливается ОУ2. С помощью потенциометра R4 регулируется коэффициент усиления этого ОУ для поддержания выходного сигнала в пределах границ насыщения.

Получаем коэффициент усиления:

K_ОУ2 = R_ос / R_вх = R4 / R3 = 10 кОм / 1,2 кОм

Потенциометр R2 позволяет откалибровать выходной сигнал к v₀=0 при T=0 ⁰C. Если же калибровка осуществляется программно, то этот потенциометр не нужен. Элементы R5 и С предотвращают самовозбуждение схемы. Напряжение питания +15В должно быть очень стабильным.

Для калибровки транзисторный датчик погружается в ледяную ванну, и с помощью потенциометра R2 устанавливается напряжение