Разработка микропроцессорной системы для управления объектом (стр. 5 )

1. Статика. Блок состоит из:

1. Регистр управления светодиодами.

Входы:X1-X4,BA8-BA10, INDCS

Выходы: Сигналы управления диодами

2. Регистр информации для сегментных индикаторов.

Входы:DB0-DB7, INDCS

Выходы: Сигналы управления семисегментными индикаторами

3. Блок из трех сегментных индикаторов.

4. Блок из четырех светодиодов.

5. Динамик.

Входы: АLARM

2. Динамика. Блок работает следующим образом.

Для индикации сигналов X1, …, X4 используется 8-разрядный регистр КР1554ИР40 [ 5 ] с тремя состояниями на выходе и инверсным выходом. На его информационные входы заводятся сигналы X1, …, X4 и сигналы с шины адреса BA8, BA9, BA10, вход пускается на землю, в результате чего индикаторы будут гореть всегда, а на вход С подается инвертированный сигнал с шины управления, который при низком уровне разрешает отображение.

Для отображения значений X1, …, X4 используются светодиоды АЛ102А. Они подключаются их к выходам регистра. В этой схеме включения светодиод светится, если выход регистра находится в состоянии логического нуля.

Для ограничения прямого тока через светодиоды последовательно с ними включаются резисторы R4, …, R7.

Далее представлен расчет резисторов R4, …, R7 на примере R4.

Пусть на одном выходе регистра установился сигнал "0". Тогда напряжение на цепочке «светодиод VD1 – резистор R4» будет находиться в диапазоне от UCC. min–UOL. ИР40.max = 4.5–0.4 = 4.1 В до UCC. max –UOL. ИР40.min =5.5–0=5.5 В. Прямой ток через светодиод VD1 не более =10 мА.

Рис. 10. Схема электрическая принципиальная модуля INDC

Напряжение на диоде при прямом токе 10 мА будет лежать в пределах от 1.8 до 2.8 В. Тогда напряжение на резисторе R4 будет лежать в пределах от UR. min=4.1–2.8=1.3 В до UR. max=5.5–1.8=3.7 В.

Отсюда найдем максимально допустимое сопротивление резистора R4:

Ом.

Минимально возможное сопротивление резистора R4:

Ом.

Расчет резисторов R5, …, R7 выполняется аналогично.

Максимальная мощность, рассеиваемая на резисторе R4:

.

В качестве резисторов R4, …, R7 выбираются резисторы МЛТ-0,125-160 Ом ± 5% [ 4 ].

Кроме отображения состояния двоичных сигналов X1, …, X4, необходимо также реализовать вывод в десятичном виде значения функции Q4. Значение Q4 изменяется в диапазоне от 0.5 В до 0.5 + 0.25 * N7. Т. к. N7 получается преобразованием X7 в двоичную форму, а X7 изменяется в пределах от 0 до 4.096 В, то диапазон изменения Q4 – от 0.5 до 1.524. Значение Q4 отображается с помощью трех разрядов, три разряда будут обеспечивать заданную точность. Один разряд выделяется под целую часть, два - под десятые и сотые доли. При этом требуется три семисегментных индикатора. Для экономии аппаратных средств для вывода данных используется режим динамического отображения. При этом в любой момент времени данные высвечиваются на одном индикаторе, а другие отключены. Если переключение между индикаторами осуществляется с частотой в несколько десятков герц, человеческий глаз из-за своей инерционности не замечает того, что в каждый момент времени включен лишь один индикатор, и воспринимает информацию от обоих индикаторов одновременно. Переключение между индикаторами осуществляется программно. Для хранения информации используется 8-разрядный регистр КР1554ИР22 с тремя состояниями на выходе. В этот регистр из порта микропроцессора по шине данных BD записывается код символа, который должен высветиться на индикаторе. Запись в регистр информации с шины данных происходит при высоком уровне сигнала на входе С. На этот вход подается инвертированный сигнал (выбор схем индикации) с шины управления.

Для переключения индикаторов используются выходы 4, 5, 6 регистра КР1554ИР40, причем на соответствующие входы подаются разряды шины адреса ВА8, ВА9, ВА10. В зависимости от того, какой код будет установлен на разрядах шины адреса, на одном из его выходов (4, 5, 6) будет 0, открывающий один из трех транзисторов (p-n-p типа). На остальных выходах будут единицы. Таким образом, только один индикатор будет активным.

Для отображения значения функции Q4 используются семисегментные знакосинтезирующие индикаторы АЛС333Б с высотой знака 12 мм [ 7 ]. Постоянный прямой ток через один сегмент - не более 25 мА (при температуре от –60° C до +35° C), постоянное прямое напряжение при прямом токе 15 мА от 1.6 В до 2 В.

Далее приведен расчет для одного индикатора. Для остальных расчет аналогичен.

При отображении того или иного знака может гореть разное количество сегментов: от одного до восьми. Ток через один сегмент: ISGM =15 мА. Тогда максимальный ток через индикатор составит IIND=8∙15=120 мА. Для обеспечения такого тока используется транзистор VT1, управление которым осуществляется четвертым выходом регистра ИР40. В качестве VT1 используется транзистор типа КТ501Б [ 4 ]. Для него постоянный ток коллектора IК=300 мА, предельное напряжение UКЭmax=15 В, предельное напряжение UКБmax=15 В, b=40¸120, падение напряжения UКЭнас=0.4 В. При степени насыщения S=2:

Резисторы R16, R17 образуют делитель напряжения, обеспечивающий работу VT1 в режиме насыщения, в котором напряжение на базе должно быть меньше напряжения на эмиттере UЭБнас = 0.5 В. Для того, чтобы транзистор надёжно закрывался при высокой температуре, ток через резистор R17 IR17 должен быть больше тока базы Iб=6 мА. Но их сумма не должна превышать IOL.ИР40=24 мА. Пусть IR17=10 мА.

Мощность, выделяемая на нём, равна:

.

В качестве R17 выбирается резистор МЛТ – 0.125 –51 Ом±5% [ 4 ].

Через резистор R16 должен обеспечиваться ток IR16=IR17 + Iб= 10 + 6=16 мА. Тогда:

.

Мощность, выделяемая на нём:

.

В качестве R16 выбирается резистор МЛТ – 0.125 – 330 Ом±5% [ 4 ].

Семисегментные индикаторы подключаются к выходам регистра через ограничивающие ток резисторы R8, …, R15. Проходящий через них ток равен току через один сегмент ISGM . Данный ток не должен превышать выходного тока регистра КР1554ИР40 [ 5 ] низкого уровня IOL.ИР40=24 мА и предельный ток через сегмент 25 мА. В то же время ток не должен быть меньше минимального тока, при котором обеспечивается свечение индикатора. Он равен 15 мА.

Далее приведен расчет резисторов R8, …, R15 на примере R8. При включенной индикации в любой момент времени включен лишь один индикатор (рассматривается случай, когда активен первый). Для упрощения расчетов считается, что ток, протекающий через неактивный индикатор, равен нулю (транзистор VT2 находится в режиме отсечки). Схема для расчета представлена на рис. 11.

Рис. 11. Схема для одного сегмента индикатора

Падение напряжения на резисторе R8 составляет:

UR8 = UCC – UКЭнас – Uпр =5.5 – 0.4 – 2.1= 3 В,

при максимальном токе через сегмент ISGMmax= 25 мА, где Uпр – постоянное прямое напряжение на сегменте индикатора, UКЭнас - напряжение коллектор – эмиттер в режиме насыщения транзистора.

.

При токе ISGMmin=15 мА падение напряжения на резисторе:

;

.

Из номинального ряда R8=180 Ом. Максимальная мощность:

.

В качестве R8, …, R15 выбирается резистор МЛТ-0.125-180 Ом±5% [ 4 ].

Для создания звуковой сигнализации используется широкополосная динамическая головка 0.25ГДШ–2. Её номинальный диапазон воспроизводимых частот 450–3150 Гц, что обеспечивает генерацию аварийного сигнала с частотой 500 Гц. Паспортная мощность динамической головки – 0.25 Вт, номинальная мощность 0.1 Вт, номинальное сопротивление Rдин=50 Ом.

Ток при номинальной мощности:

.

Для получения такого тока используется схема, аналогичная той, которая используется для получения тока через знаковые индикаторы. Используем в качестве VT4 тоже транзистор типа КТ501Б [9]. При токе коллектора Iк=45 мА ток базы:

.

Для того, чтобы транзистор надежно закрывался, ток через резистор R1, должен быть больше базового тока. Пусть IR1 = 5 мА. Тогда:

.

Пусть R1=100 Ом. Мощность, выделяемая на нём:

.

В качестве R1 выбирается резистор МЛТ – 0.125 – 100 Ом±5% [ 4 ]. Через резистор R2 должен обеспечиваться ток IR2=IR1 + Iб = 7.25 мА. Это значение не превышает тока IOL=10 мА порта микроконтроллера. Тогда

,

где =UЭБнас =0.5 В. Пусть R2 = 680 Ом. Мощность, выделяемая на нём:

.

В качестве R2 выбирается резистор МЛТ – 0.125 –680 Ом±5% [ 4 ].

Максимально возможный ток через динамическую головку:

Для ограничения тока используется резистор R3.

Пусть R3=33 Ом. Максимальный ток при таком сопротивлении составляет:

Мощность, выделяемая на резисторе R3:

.

В качестве R3 выбирается резистор МЛТ – 0.25 – 33 Ом±5% [ 4 ].

Схема модуля управления CPAN приведена на рис. 12

1. Статика. Блок состоит из:

1. Матрица клавиш клавиатуры 4 × 5, содержащая алфавитно-цифровые клавиши.

2. Клавиши «ПУСК», «ВВОД», «МЕНЮ», «СБРОС».

3. Регистр выбора строк матрицы.

Входы: Сигналы от клавиатуры

Выходы:BD0-BD7

4. Дешифратор выбора столбцов матрицы.

Входы: Сигналы BA8, BA9

Выходы:BD0-BD7

В качестве SB1 – SB25 выбираются кнопки НА3.604. Для данного типа кнопок коммутируемые мощность, напряжение и ток соответственно 220 Вт, 220 В, 4 А.

В данной работе применяется простейшую схему организации пульта управления с программно организованным опросом кнопок с достаточно высокой частотой.

Клавиши (SB1-SB20) расположены в виде матрицы из 4-х столбцов и 5-ти строк. Для определения кода нажатой клавиши используется схема сканирования методом «бегущего нуля», состоящая из дешифратора выбора столбцов и регистра строк. При установке низкого уровня на одном из выходов дешифратора производится считывание информации в регистр строк. Ноль в определенном разряде регистра указывает на положение нажатой клавиши в столбце, выбранном дешифратором в текущий момент. В качестве дешифратора используется микросхема КР1554ИД14 [ 5 ]. Информационные входы A0, A1 данной микросхемы подключаются к разрядам BA8, BA9 шины адреса BA. Это позволяет, обращаясь по различным адресам, производить опрос соответствующих столбцов матрицы