8. В справочнике [8] большое внимание уделено одному из самых перспективных направлений микроэлектроники - микропроцессорным комплектам (МПК). Значительное место занимают технические характеристики и функциональные особенности основных перспективных серий однокристальных микроЭВМ.
Наряду с материалом по цифровым микросхемам большой раздел посвящен аналоговым микросхемам.
В разделе по конструктивно-технологическому применению описаны конструкции корпусов микросхем, предназначенные для поверхностного монтажа, и особенности технологии. Из этого справочника я извлек правильное условно-графическое изображение и технические характеристики элементов, используемых в схеме разрабатываемого устройства.
9. Cправочник [9] написан с использованием материалов стандартов. В одних случаях – это таблицы значений, в других – сведения реферативного характера, дающие представления о содержании стандарта и порядке установленных величин. Он содержит все изменения и дополнения, обусловленные развитием стандартов.
В книгу включены сведения об отечественных технических и программных средствах автоматизации разработки и выполнения конструкторских документов, о подходе к организации работ по автоматизации. Приведены примеры чертежей, выполненных автоматизировано, на основе которых сделаны обобщения и даны рекомендации для разработки систем автоматизации конструкторской документации. Справочник иллюстрирован конструкторскими документами на изделия радиопромышленности с методическими пояснениями к ним.
10. В книге [10] рассматриваются особенности схемотехники и применения микроэлектронных средств обработки аналоговых сигналов: операционных усилителей, перемножителей, компараторов напряжения, аналоговых таймеров, схем дискретизации, АЦП и ЦАП, однокристальных систем сбора-обработки сигналов, аналоговых микропроцессоров, выпускаемых отечественной промышленностью. Значительное внимание уделяется цифровой обработке аналоговых сигналов с применением микропроцессоров. Описываются конкретные примеры построения аналого-цифровых систем. В курсовом проекте была использована микросхема АЦП К572ПВ4, основные параметры которой и отражены в этой книге.
11. Книга [11] представляет собой обзор устройств и применение современных датчиков, в том числе датчиков температуры, давления, параметров светового излучения, характеристик жидкостей и др. Отсюда я использовал датчики давления, влажности и температуры.
12. Книга [12] посвящена проблеме разработки аппаратуры и программного обеспечения для сопряжения ПК типа IBM PC с различными внешними устройствами, возникающик при создании компьютерных систем и сетей. Приведены справочные данные по интерфейсам ISA, Centronics, RS-232C, а также типичные схемотехнические решения позволяют проектировать устройства сопряжения в наибольшей степени соответствующие конкретной задаче и удовлетворяющие требованиям стандартов.
13. В книге американских авторов [13] детально проанализированы особенности архитектуры и функционирования микропроцессорных систем, необходимые для организации интерфейса с ОЗУ, ПЗУ и другими внешними устройствам, включая семисегментный индикатор, АЦП и ЦАП. Основное внимание уделено описанию особенностей технических средств и способов их применения при расширении микропроцессорных систем. В данном курсовом проекте использованы отсюда сведения про последовательный интерфейс с ЭВМ, включая принципы преобразования уровней сигналов в соответствии со стандартом RS-232.
14. В журнале [14] приведены схемы, описания их функционирования, технические параметры и характеристики, а также различная информация по программированию, компьютерным играм, ряд важных советов в области применения компьютера. Основой моего курсового проекта послужила схема устройства сопряжения с компьютерами через последовательный порт.
Выбор структурной схемы для любого устройства производится исходя из назначения проектируемого устройства. На этапе составления структурной схемы разработчик только намечает самые крупные блоки и связи между ними.
Структурная схема разработанного устройства (см. приложение 1) состоит из следующих блоков:
1. Датчики первичной информации – температуры, влажности, освещенности и давления.
2. Усилители – осуществляют усиление аналоговых сигналов.
3. Генератор - предназначен для тактирования цифровых узлов устройства.
4. Счетчик подсчитывает количество импульсов пришедших на вход.
5. Коммутатор – осуществляет выборку канала датчика.
6. Преобразователь (АЦП) - преобразует код, приходящий от коммутатора в цифровой вид.
7. Узел сопряжения – осуществляет передачу цифрового кода в ЭВМ. Является конечным блоком в преобразовании.
Проектируемое в курсовом проекте устройство предназначено для контроля параметров окружающей среды: температуры, влажности, освещенности и давления. Соответственно, на структурной схеме имеются блоки «Датчик температуры», «Датчик влажности», «Датчик освещенности» и «Датчик давления». Далее, полученный сигнал нужно усилить для согласования уровня сигнала, поступающего на вход АЦП, для этой цели служат четыре усилителя.
Т.к. измеряемых параметров несколько, то нужно осуществлять выборку канала от датчика. Для этой цели служит коммутатор, на вход которого поступает также сигнал от счетчика, который и адресует нужный канал.
Выбранный сигнал в аналоговом виде поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП), который преобразует аналоговый сигнал в цифровой. Он также будет временно хранить данные, поступающие от датчика, до передачи этих данных в компьютер.
Уже на этапе составления структурной схемы предполагаем, что для приема данных от устройства будет использован последовательный порт (стык С2). Поэтому на схеме имеется “узел сопряжения”, на вход которого поступают сигнал от датчика в цифровом виде и сигнал от счетчика, адресующий этот сигнал. Уже с этого узла данные поступают в ЭВМ.
Как и большинство цифровых устройств, наша разработка нуждается в синхронизации. Для этой цели введен блок «Генератор». Импульсы с него поступают на счетчик, который координирует работу всех остальных частей системы.
3. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ
Функциональная схема выбирается исходя из задач, которые должна выполнять проектируемая система и исходя из выбранной структурной схемы. Итак, опишем и обоснуем выбор узлов функциональной схемы (см. приложение).
Итак, данная схема устройства состоит из следующих основных блоков:
1. Генератор таковых импульсов – генерирует колебания фиксированной частоты. Фактически это может быть генератор любой конструкции, генерирующий прямоугольные импульсы, но наиболее приемлемым в нашем случае будет использование генератора с кварцевой стабилизацией на логических элементах (например, К561ЛН2), т.к. устройство предъявляет жесткие требования к точности измерений.
2. Делитель частоты используется для получения импульсов переменной частоты в зависимости от делителя на входе. Служит для уменьшения частоты генератора и получает импульсы прямо с него. Реализуется на счетчике и логических элементах. Должен обеспечивать частоту деления 14.
3. Блок управляющей логики, реализованный на счетчиках и логических элементах. Этот блок управляет всей схемой в целом.
4. Блок мультиплексирования. Данный блок реализован на двух мультиплексорах. Формирует последовательность поступления битов информации на интерфейс.
5. Преобразователь, реализованный на прецизионном АЦП К572ПВ4.
Осуществляет преобразование аналогового сигнала в цифровой код и выборку канала от датчика.
6. Датчики – датчики первичной информации (температуры, влажности освещенности и давления).
7. Интерфейс с ЭВМ – осуществляет побитовую передачу данных в ЭВМ. Необходим для преобразования уровней КМДП-логики с уровнями стандарта RS-232C (технические характеристики приведены в следующем разделе).
Выбор RS-232C обусловлен тем, что он позволяет расположить устройство сопряжения (УС) (причем УС любой сложности) на большом расстоянии от компьютера (до 15 метров), что в нашем случае наиболее актуально.
Работает устройство следующим образом.
По функциональному назначению схему можно разделить на 3 блока: блок, включающий АЦП, преобразователь кода и блок преобразования уровня.
Функции первого блока описаны выше (см. назначение «преобразователь».)
Преобразователь кода переводит представление информации в последовательное, осуществляя распознавание начала и конца посылки, синхронизацию приема-передачи битов кадра, слежение за наличием ошибок, информирование о готовности к выполнению операций и т.п. Сюда входят все раннее перечисленные блоки, кроме блоков «преобразователь» и «интерфейс с ЭВМ».
Блок преобразования уровня обеспечивает электрическое согласование уровней сигналов последовательного интерфейса (±12 В), с уровнями устройства сопряжения (КМДП). Сюда входит блок «интерфейс с ЭВМ».
Генератор таковых импульсов генерирует импульсы прямоугольной формы и фиксированной частоты. Импульсы поступают на вход делителя частоты, где делятся на константу (“14”) и поступают на блок управляющей логики.
В составе блока управляющей логики можно выделить три функциональных подблока:
1) Первая подсистема управления реализована на четырехразрядном двоичном счетчике с параллельным выходом и двух логических элементах (2И-НЕ и НЕ). Счетчик считает до восьми и таким образом адресует на блоке мультиплексирования битовую передачу. Логические элементы формируют сигнал конца отсчета, который сбрасывает счетчик, фиксирует адрес и обновляет данные в ОЗУ в АЦП (К572ПВ4).
2) Вторая подсистема управления состоит из счетчика и четырех логических элементах. Она формирует сигнал, который можно использовать для синхронизации внешних устройств и сигнала паузы между передаваемыми байтами, который отключает мультиплексор и выходную шину АЦП.
3) Третий подблок управления состоит из регистра, который хранит код адресуемого канала в АЦП, который, в свою очередь, состоит из двух бит и входит в состав передаваемого байта (старшая часть).
АЦП выбирает канал от датчиков, адресуемый сигналами с подключенных выходов регистра, и уже раннее выбранный сигнал преобразует в цифровой код, который поступает на шину и, объединившись с кодом адреса канала, однозначно кодирует измеряемый в текущий момент параметр. Т.о. этот преобразователь служит и для временного хранения данных на протяжении всего времени, пока они не передадутся в ЭВМ. Преобразователь получает со счетчиков также управляющие сигналы (START, ), которые фиксируют адрес на входе, обновляют данные внутри АЦП, отключают выходные шины и синхронизируют работу АЦП.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
