Для работы МП необходим кварцевый резонатор который подключается к выводам XTAL1 и XTAL2 (см. графическую часть курсового проекта, лист 1) Рабочая частота кварцевого резонатора непосредственно связана со скоростью работы УАПП, мы выбираем из п.1 fрез=11.059 МГц
4.1.3 Выбор скорости приема/передачи по RS-232 Скорость приема/передачи, т.е. частота работы универсального асинхронного приемопередатчика (УАПП) в режиме 2 зависит от значения управляющего бита SMOD в регистре специальных функций. Частота передачи определяется выражением: f=(2SMOD/64)fрез. Иными словами, при SMOD=0 частота передачи равна (1/64)fрез, а при SMOD=1 равна (1/32)fрез. Исходя из вышеизложенного, выберем частоту приема данных при SMOD=1. Если fрез=11,059 МГц, тогда частота приема данных будет 19,2 КБод. Другие значения частот кварца могут быть выбраны из таблиц в п.1 и п.2. 4.1.4 Разработка формата принимаемых и передаваемых данных по RS-232 Формат принимаемых и передаваемых данных почти полностью описан режимом 2 работы последовательного интерфейса. Формат должен состоять из 11 бит: . стартовый бит – ноль; . восемь бит данных; . девятый бит – контроль по паритету, для повышения достоверности принимаемой информации; . два стоповых бита – единицы.
4.2 Выбор буфера RS-232 Обмен данными между ПК и микроконтроллером будет производиться по последовательному интерфейсу RS-232. Т.к. стандартный уровень сигналов RS- 232 - -12 В и +12 В, а стандартный уровень сигналов асинхронного интерфейса микроконтроллера 89С51 – +5 В необходимо обеспечить согласование уровней между RS-232 и 89С51. Преобразование напряжения будет производить цифровая интегральная микросхема ADM 202E. Выбор данной микросхемы был произведен исходя из ТЗ (техническое задание). Основные характеристики цифровой интегральной микросхемы ADM 202E приведены в табл. 3.
Таблица 3.
Основные характеристики цифровой интегральной микросхемы ADM 202E |Параметр |Минимальный |Максимальный |Единица | | | | |измерения | |Напряжение питания |4.5 |5.5 |В | |Нижний входной лог. | |0.8 |В | |порог | | | | |Высокий входной лог.|2.4 | |В | |порог | | | | |RS-232 приемник | | | | |Входное допустимое |-30 |+30 |В | |напр. | | | | |Входной нижний парог|0.4 | |В | |Входной высокий | |2.4 |В | |парог | | | | | | |Продолжение таблицы 3 | |RS-232 передатчик | | | | |Выходной размах |-+5 | |В | |напр. | | | | |Сопр. Выхода |300 | |Ом | |передатчика | | | | |Температурный |-40 |+85 |°C | |диапазон | | | |
Функциональная блок-схема интегральной микросхемы ADM 202E представлена на рис.2
Функциональная блок-схема интегральной микросхемы ADM 202E
[pic]
Рисунок. 2 4.3 Выбор АЦП. В качестве аналого-цифрового преобразователя послужила интегральная микросхема фирмы Analog Devices – AD7890-2. Выбор данной микросхемы был произведен исходя из ТЗ Основные характеристики: • 12-разрядный АЦП, время преобразования 5.9 мкс • Восемь входных аналоговых каналов • Входной диапазон : от 0 В до +2.5 В • Раздельный доступ к мультиплексору и к АЦП • Встроенный источник опорного напряжения +2.5 В (возможно подключение внешнего.) • Высокая скорость, «гибкость», последовательный интерфейс • Низкая потребляемая мощность (50 мВт максимум) • Режим пониженного энергопотребления (75 мкВт). Функциональная блок-схема интегральной микросхемы AD 7890-2 представлена на рис.3
Функциональная блок-схема интегральной микросхемы AD 7890-2
Рисунок 3
4.3.1 Расчет погрешности вносимой АЦП. Аналого-цифровой преобразователь вносит следующие виды погрешностей: . нелинейности (погрешность нелинейности- это максимальное отклонение линеаризованной реальной характеристики преобразования от прямой линии, проходящей через крайние точки этой характеристики преобразования АЦП.); . дифференциальной нелинейности(погрешность дифференциальной нелинейности- это отклонение фактической разности уровней (входного сигнала АЦП), соответствующим двум соседним переключениям кода, от идеального значения этой разности, равной 1 МЗР. Для идеального АЦП разница уровней между соседними переключениями кода в точности равна 1 МЗР.); . погрешность полной шкалы (погрешность полной шкалы- это отклонение уровня входного сигнала, соответствующего последнему переключению кода от идеального значения, после того как была откорректирована погрешность биполярного нуля.); В табл. 4 приведены погрешности взятые из каталога, на интегральную микросхему AD7890 фирмы Analog Devices
Таблица 4
Основный погрешности интегральной микросхемы AD7890 |Вид погрешности |Значение |% | |Интегральная нелинейность |(1 МЗР |0.0244 | |Дифференциальная |(1 МЗР |0.0244 | |нелинейность | | | |Полной шкалы |(2.5 МЗР |0.061 | |Общая ((АЦП) | |0,1098 |
4.4 Выбор сторожевого таймера. Т.к. работа системы происходит в автономном режиме и не предусматривает работу оператора с ней, то для случая зависания микро-ЭВМ в схему системы сбора данных добавляется интегральная микросхема MAX690AMJA – сторожевой таймер. Выполняющая две основные функции: выведение МП из состояния зависания и сброс МП при включении питания. Основные характеристики интегральной микросхемы МАХ690AMJA: • Время сброса: 200 мС • Рабочий диапазон напряжения питания: от 1 до 5.5 В • Ток потребления: 200 мкА • температурный диапазон эксплуатации: от –55 до +125 °C.
4.5 Выбор интегральной микросхемы операционного усилителя
Нормирующий усилитель выполнен на аналоговой микросхеме OP-27А
(операционный усилитель), исполненной в восьми контактном DIP-корпусе.
Основные хар-ки операционного усилителя OP-27A приведены в табл.5.
Таблица 5
Основные характеристики аналоговой микросхемы ОР-27А | |V+ |V- | |Напряжение питания (UПИТ)В: | | | | |22 |-22 | |Напряжение смещения (UСМ)мкВ: |25 макс. | |Ток смешения (IСМ)нА |±40 макс. | |Ток сдвига (IСДВ)нА |35 макс. | |Коэффициент озлобления синфазного | | |сигнала (КООС) |501190 макс. (144 Дб) | |Коэффициент усиления при разомкнутой |1800000 | |обратной связи | |
В систему сбора данных входят три линейных и один нелинейный датчики давления. Выходной диапазон напряжения нелинейного датчика давления составляет -2.5..+2.5, в входной диапазон АЦП – 0..+2.5. Согласовать уровни напряжения выхода датчика давления и входа АЦП можно с помощью схемы представленной на рис. 4. Данная схема состоит из: операционного усилителя – DA1, повторителя напряжения – DA2, схемы смещения – R1 и R2, схемы защиты – VD1 и VD2.. Для того чтобы не нагружать источник опорного напряжения[1] в состав схемы нормирующего усилителя вводится повторитель напряжения. Данная схема вносит в ССД погрешность.
Нормирующий усилитель
R1,R2 – 40 КОм,
R3 – 20 КОм.
VD1, VD2 – схема защиты
Рисунок 4
4.5.1 Расчет погрешностей нормирующего усилителя Суммарная погрешность нормирующего усилителя складывается из погрешности напряжения смещения ((Uсм), погрешности тока сдвига ((Iсдв), погрешности обратного тока диодов (В схеме защиты используются диоды марки 1N914A с обратным током утечки IД ОБР.=25 нА. Рассмотрим худший случай, когда IД ОБР.== 2*IД ОБР.) ((Iд обр.), погрешности КООС ((КООС), погрешности разброса параметров сопротивлений от номинального значения ((R1 R2 MAX). Оценка погрешности от напряжения смещения ((Uсм)
(Uсм= Uсм*Ку где Ку – коэффициент усиления (в нашем случае Ку=1)
(Uсм=25 мкВ
(Uсм%=[pic]
(Uсм%=0.001 % Оценка погрешности от обратного тока диодов ((Iд обр )
U+д= IД ОБР.*R2
U+д=0.002
(Iд обр= U+д*Ку
(Iд обр=2 мВ
(Iд обр%=[pic]
(Iд обр%=0.0016 Оценка погрешности от КООС ((КООС)
[pic], где Кд – коэффициент усиления дифференциального сигнала (Кд=1);
КС – коэффициент усиления синфазного сигнала
КС=1/501190
КС=1.96*10-6
(КООС=UВХ СИН MAX*KC, где UВХ СИН MAX – синфазное максимальное входное напряжение (UВХ СИН MAX=2.5 В).
(КООС=2.5*1.996*10-6
(КООС=7.7 мкВ
(КООС%=[pic]
(КООС%=0.0003 Оценка погрешности от тока сдвига ((Iсдв)
U+=IСДВ*R2 где U+ - см. рис.4
U+= 0.7 мкВ
(Iсдв= U+*Ку
(Iсдв=0.7 мкВ
(Iсдв%=[pic]
(Iсдв%=0.00004% Оценка погрешности вносимой разбросам сопротивлений R1 и R2 от их номинального значения. Для того чтобы уменьшить погрешность выбираем сопротивления с отклонениями от номинального значения ± 0.05%
R1MIN= 39,996 Ом
R2MAX=40,004 Ом Ток протекаемый через R1 и R2 будет
[pic] И тогда общая погрешность нормирующего усилителя будет равна
(НУ=(((R1R1max+(Iсдв+(КООС+(Iд обр+(Uсм)/Ку)*100
[pic][pic] |(НУ=0.0277778 % |(1) |
4.6 Выбор и расчет внешних элементов гальванической развязки В качестве элементов гальванической развязки используется цифровая микросхема 249ЛП5 - оптоэлектронный переключатель на основе диодных оптопар выполненных в металлостеклянном корпусе. основные характеристики цифровой микросхемы 249ЛП5 приведены в табл. 5.
Основные характеристики цифровой микросхемы 249ЛП5 |Электрические параметры | |Входное напряжение при IВХ=15 мА |не более 1.7 В | |Выходное напряжение в состоянии логического |0.4 В | |нуля | | |Выходное напряжение в состоянии логической |2.4 | |единицы | | |Предельные эксплутационные данные | |Входной постоянный ток |12 мА | |Входной импульсный ток |15 мА | |Напряжение питания |5((0.5) В | |Диапазон рабочих температур |-60…+85 (С |
Принципиальная схема подключения элемента гальванической развязки в соответствии с ТЗ приведена на рис. 5
Схема включения элемента гальванической развязки
VT1- КТ3102Г(h21Э=100),
R2, VT1 –схема усиления входного тока,
Рисунок 5 Выходной ток ДКД усиливается с помощью транзистора VT1 т.к. максимальный выходной ток датчика контроля за давлением меньше, чем входной ток элемента гальвано развязки. Значения сопротивления R1 можно рассчитать по следующей формуле
[pic] при IД=5 мА, а значение сопротивления R2 будет равно
[pic] где UБЭ VT1 – напряжение насыщения на переходе база - эмиттер транзистора VT1;UВХ_МIN – минимальное входное напряжение (2.4 В - уровень ТТЛШ);
IБ – ток протекающий через базу VT1
[pic] где IК – ток протекающий через коллектор VT1 (IК= IД)
5. АПРОКСИМАЦИЯ СТАТИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕЛИНЕЙНОГО ДАТЧИКА Уравнение аппроксимированного участка статической характеристики нелинейного датчика выглядит следующим образом:
Страницы: 1, 2, 3
