Прибор для измерения давления (датчик давления)

Многоразрядные индикаторы часто устроены по матричному принципу.

Выводы всех одноимённых сегментов всех разрядов соединены вместе. Чтобы выводить информацию на такой индикатор, управляющая микросхема должна циклически подавать ток на общие выводы всех разрядов, в то время как на выводы сегментов ток подаётся в зависимости от того, зажжён ли данный сегмент в данном разряде. Таким образом, чтобы получить десятиразрядный экран микрокалькулятора, нужны всего восемнадцать выводов (8 анодов и 10 катодов) -- а не 81. Сходным образом сканируется клавиатура калькулятора. Существуют специальные микросхемы семисегментных дешифраторов, переводящие четырёхбитный код в его семисегментное представление. К примеру, отечественные (КР)514ид1 для индикаторов с общим катодом или (КР)514ид2 с общим анодом. Иногда дешифраторы встраивают прямо в индикатор. Цифры, 6, 7 и 9 имеют по два разных представления на семисегментном индикаторе. В ранних калькуляторах Casio и Электроника цифра 0 отображалась в нижней половине индикатора.

Сегменты обозначаются буквами от A до G; восьмой сегмент -- десятичная запятая,предназначенная для отображения дробных чисел.Изредка на семисегментном индикаторе отображают буквы.Светодиодные индикаторы имеют предельно простую форму, так как в них применяются светодиоды, отлитые в форме сегментов, и чем меньше разных типов светодиодов, тем дешевле устройство. В жидкокристаллических, газорязрядных, вакуумно- люминесцентных (катодно-люминесцентных) и других индикаторах дизайнеры находят место для вариации формы сегментов.Коротко о деталях. Регистры использованы типа 74HC595, это регистры последовательного сдвига с дополнительным регистром-защелкой на параллельном выходе. Аналогов отечественного производства нет, но при некотором напряжении сил и переделке платы можно использовать К555ИР1 или аналогичные, но при этом неизбежно ухудшение качества индикации - станет заметно мерцание при обновлении информации.

Индикаторы HG1 и HG2 типа BA56-11SRWA фирмы KINGBRIGHT, под них разработана печатная плата, но при ее изменении можно применить любые другие индикаторы с общим анодом (или катодом, но тогда использовать такой дисплей при повторении моих устройств, размещенных на сайте, станет невозможно). Показанные на схеме, но отсутствующие на плате резисторы R49…R51 для поверхностного монтажа напаиваются непосредственно на дорожки в любом подходящем месте. Кстати, их установка вообще необязательна и требуется только в тех случаях, когда существует вероятность «висящих» сигнальных линий при поданном питании.

На рисунке 16 представлен внешний вид изготовленной платы во время работы. К дисплею подключена схема управления инвертором напряженеия.



Рисунок 16-Дисплей в работе.

Контакт 9 разъема XR1 использован в качестве ключа, т. е. должен быть физически удален (я использую двухрядные разъемы типа PLS и PLD). К контакту 3 задумывалось подключать систему опроса клавиатуры, действующей на аналогичном принципе, но с регистрами параллельной загрузки и последовательного вывода, но пока что до этой системы руки не дошли. Если решите повторять схему, не задействуйте этот контакт для обеспечения совместимости с будущими схемами. Питание схема получает от микроконтроллерного устройства. Потребление энергии зависит от числа светящихся сегментов и может быть весьма приличным

2.6 Обзор методов построения источников питания

Выпрямительные устройства (выпрямители) относятся к вторичным источникам электропитания. Они используются для преобразования переменного напряжения в постоянное. Источником переменного напряжения может быть сеть переменного тока или преобразователь постоянного напряжения в переменное повышенной частоты.

Выпрямитель в большинстве случаев состоит из трансформатора питания, изменяющего напряжение, комплекта вентилей, выпрямляющих переменное напряжение, и сглаживающего фильтра. Вентиль представляет собой нелинейный элемент, сопротивление которого в прямом направлении в сотни--тысячи раз меньше, чем в обратном. В настоящее время в основном используются полупроводниковые вентили. Основные параметры выпрямителей -- номинальное напряжение и частота питающей сети и их отклонения от номинальных; полная мощность, потребляемая от питающей сети при номинальной нагрузке; номинальное выходное напряжение; номинальный ток нагрузки и его возможные отклонения от номинального; КПД; коэффициент пульсаций.

Коэффициент пульсаций -- отношение амплитуды первой гармоники переменной составляющей выпрямленного напряжения к его постоянной составляющей (ГОСТ 18311--80). Иногда определяют коэффициент пульсаций как отношение двойной амплитуды переменной составляющей к постоянной составляющей. Двойная амплитуда переменной составляющей измеряется как сумма положительной и отрицательной полуволн переменной составляющей выпрямленного напряжения.

В источниках питания приемно-усилитель-ной аппаратуры находят применение выпрямители однополупериодные, двухполупериодные с выводом средней точки, мостовые, с удвоением напряжения. Чаще всего они выполняются со сглаживающим фильтром, начинающимся с конденсатора (рис. 1), и, следовательно, работают на емкостную нагрузку. Хотя эти выпрямители обладают низким КПД по сравнению с выпрямителями, работающими на индуктивную нагрузку, они позволяют получать меньший коэффициент пульсаций при одинаковых габаритных размерах фильтра. Выпрямители, работающие на емкостную нагрузку, используются для получения выпрямленных напряжений от единиц вольт до десятков киловольт. Выпрямители без сглаживающего фильтра применяются сравнительно редко, например, для питания электромагнитных реле и в других случаях, когда коэффициент пульсаций не имеет существенного значения. Однополупериодную (однофазную) схему выпрямителя (рис.1а) применяют при мощностях в нагрузке до 5... 10 Вт и тогда, когда не требуется малый коэффициент пульсаций. Достоинства однополупериодного выпрямителя -- минимальное число элементов, невысокая стоимость, возможность работы без трансформатора при использовании полупроводниковых вентилей. Недостатки--низкая частота пульсаций (равна частоте питающей сети), плохое использование трансформатора, подмагничивание его магнитопровода постоянным током.

Двухполупериодную схему с выводом средней точки (двухфазную), приведенную на рис. 1б, применяют чаще всего при мощностях до 100 Вт и выпрямленных напряжениях до 400...500 В. Выпрямители, выполненные по этой схеме, характеризуются повышенной частотой пульсаций, возможностью использования вентилей с общим катодом (или анодом), что упрощает их установку на общем радиаторе, а также повышенным обратным напряжением на вентилях и более сложной конструкцией трансформатора.

Однофазная мостовая схема представлена на рис 17 характеризуется хорошим использованием мощности трансформатора, поэтому рекомендуется при мощностях в нагрузке до 1000 Вт и более. Достоинства выпрямителей, выполненных по этой схеме,-- повышенная частота пульсаций, низкое обратное напряжение на вентилях, возможность работы без трансформатора. Недостатки -- повышенное падение напряжения в вентильном комплекте, невозможность установки однотипных вентилей на одном радиаторе без изоляционных прокладок.

Рисунок 17- Однофазная мостовая схема.

Симметричную схему с удвоением напряжения (рис. 1) применяют чаще всего при мощностях в нагрузке до 1000 Вт и выпрямленных напряжениях выше 500...600 В. При равных выпрямленных напряжениях напряжение на вторичной обмотке трансформатора при схеме удвоения почти в два раза меньше, чем при мостовой.

2.6.1 Обзор методов построения стабилизаторов постоянного тока

2.6.1.1 Общие положения

Стабилизаторами напряжения называются устройства, автоматически поддерживающие постоянство напряжения на стороне потребителя с заданной степенью точности. Они подразделяются в зависимости от рода напряжения на стабилизаторы переменного и постоянного напряжения. По принципу действия стабилизаторы делятся на параметрические, компенсационные и импульсные.

2.6.1.2 Параметрические стабилизаторы постоянного напряжения

Для стабилизации напряжения постоянного тока используются нелинейные элементы, напряжение на которых мало зависит от тока, протекающего через них. В качестве таких элементов часто применяются кремниевые стабилитроны и стабисторы. Для увеличения стабилизируемого напряжения стабилитроны могут быть включены последовательно. Параллельное включение стабилитронов недопустимо, так как небольшая разница в рабочих напряжениях, которая всегда имеет место, приводит к неравномерному распределению протекающих через них токов.

На рисунке 18(а) представлена схема однокаскадного параметрического стабилизатора на кремниевых стабилитронах.

При увеличении напряжения на входе стабилизатора ток через стабилитрон VD1 резко возрастает, что приводит к увеличению падения напряжения на гасящем резисторе R1. Приращение напряжения на гасящем резисторе примерно равно приращению напряжения на входе стабилизатора, так что напряжение на выходе стабилизатора при этом изменяется незначительно. Для термокомпенсации включены диоды VDк.

Если необходимо получить большую точность стабилизации, применяют двухкаскадный стабилизатор показано на рисунке 18б. Коэффициент стабилизации в этом случае равен произведению коэффициентов стабилизации первого и второго каскадов.

На рисунке 18(в) дана схема параметрического стабилизатора, в котором вместо гасящего резистора включен стабилизатор тока. Включение стабилизатора тока эквивалентно включению гасящего резистора с очень большим сопротивлением и позволяет повысить КПД вследствие уменьшения входного напряжения при достаточно большом коэффициенте стабилизации.

Рисунок 18- Схема параметрического стабилизатора.

2.6.1.3 Компенсационные стабилизаторы на транзисторах и микросхемах с непрерывным регулированием.

На рисунке 19 приведена схема одного из наиболее распространенных транзисторных стабилизаторов напряжения. Стабилизатор состоит из регулирующего элемента (транзисторы VT1--VT3); усилителя постоянного тока (VTy, R1); источника опорного напряжения (VD1, R2); делителя напряжения (R3--R5); резисторов (R6, R7), обеспечивающих режим транзисторов VT2, VT3, и выходного конденсатора С1.



Рисунок 19-Транзисторный стабилизатор напряжения

Предусмотрена возможность регулировки выходного напряжения, для этого в цепь делителя включен переменный резистор R4.

В варианте. Показанном на рисунке 19 регулирующий элемент состоит из трех транзисторов, однако это необязательно. Число транзисторов, входящих в регулирующий элемент, зависит от тока нагрузки. При Iн<0,02...0,03 А в регулирующий элемент входит один транзистор VT1, при 0,02...0,03А<Iн<0,5...0,6А два транзистора VT1, VT2, при 0,5...0,6А<Iн<4...5А три транзистора VT1, VT2, VT3. Стабилизатор может быть выполнен как на транзисторах типа n-p-n (кремниевых), так и на транзисторах p-n-p (германиевых). В случае транзисторов p-n-p полярности напряжений на входе и выходе изменяются на противоположные. Соответственно необходимо переключить стабилитроны VD1 и VD2, чтобы напряжение на их анодах было отрицательно относительно катода.

Усилитель постоянного тока в стабилизаторе может питаться от дополнительного источника (параметрического стабилизатора R8, VD2) или непосредственно от источника входного напряжения. В первом случае точка а соединена с точкой с, а во втором -- с точкой b

При питании усилителя от дополнительного источника коэффициент стабилизации больше, чем при питании от источника входного напряжения.

2.6.1.4 Интегральные стабилизаторы

Интегральные стабилизаторы напряжения непрерывного действия серии К142ЕН выпускаются тpex типов: с регулируемым выходным напряжением К142ЕН1--4, с фиксированным выходным напряжением К142ЕН5А, Б; с двуполярным входным и выходным напряжением К142ЕН6.

Интегральные стабилизаторы с регулируемым выходным напряжением требуют подключения внешнего делителя ОС, элементов частотной коррекции и резисторов цепи защиты.

Наибольшее распространение получили маломощные стабилизаторы серии К142ЕН1.2 и стабилизаторы средней мощности К142ЕНЗ,4. Маломощные интегральные стабилизаторы целесообразно применять при выходных напряжениях от 3 до 30 В и малых токах нагрузки 0,05...0,1 А. Подключение к маломощным интегральным стабилизаторам внешнего мощного регулирующего транзистора позволяет получить на выходе значительно большие токи нагрузки.

Интегральные стабилизаторы средней мощности целесообразно применять при токах до 1 А.

Интегральные стабилизаторы с фиксированным напряжением серий К142ЕН5А, Б (рис. 4) имеют выходное напряжение 5 или 6 В в зависимости от типа микросхемы. Стабилизаторы содержат защиты от перегрузок по току и тепловую защиту, срабатывающую при температуре кристалла + 175°С.

На выходе стабилизатора необходимо включить конденсатор 10мкФ для обеспечения устойчивости при импульсном изменении тока нагрузки.

2.6.2 Описание работы и конструкции блока питания

Схема электрическая принципиальная представлена на чертеже 200101.500000.004.ЭЗ

При разработке нашего блока питания были использованы:

конденсаторы К50-16-16ВмкФ ОЖО464. 111ТУ

диоды КЦ402А

интегральные стабилизаторы К142ЕН5А, К142ЕН6А.

Предельные эксплуатационные характеристики К142ЕН5А:

Входное напряжение при Тк = -45…+100оС 15 В

Минимальное входное напряжение при Тк = -45…+100оС 7,5 В

Входной ток при Тк = -45…+100оС 3 А

Коэффициент нестабильности по току при при Т = +25 оС, при

Uвх =8,3В не более 1%/А

Температурный коэффициент напряжения при Uвх=10В, Iвых=10мА

Тк = -45…+100оС, не более 0,02%/С

Коэффициент сглаживания пульсаций при Uвх=10В, f=1кГц,

Т = +25 оС,не менее 60дБ

Рассеиваемая мощность при Тк = -45…+70оС 10Вт

Тк = +100 оС 5Вт

Температура окружающей среды -45…100 оС

Предельные эксплуатационные характеристики К142ЕН6А:

Входное напряжение при Тк = -45…+85оС 40 В

Напряжение между входами при Тк = -45…+85оС 60 В

Выходной ток на каждом выходе при Тк = -45…+85оС 200мА

Рассеиваемая мощность при Тк = -45…+70оС 5Вт

Температура окружающей среды -45…+85 оС

Дрейф напряжения (за 500ч) при Iвых=0,5А, Тк =1000 оС 1%

Коэффициент нестабильности по напряжению Uвх = 20В, Iвых=10мА, не более при Т=+25 оС…85 оС 0,05%/В

Температурный коэффициент напряжения при Uвх = 20В, Iвых=10мА,

Т= -45 оС…+85 оС, не более 0,02% С

Коэффициент сглаживания пульсаций при Uвх = 20В, Iвых=10мА 30дБ

Коэффициент нестабильности по току при Т = +25 оС 0,067%/

Блок питания является одним из самых ненадежных устройств компьютерной системы. Это жизненно важный компонент персонального компьютера, поскольку без электропитания не сможет работать ни одна система. Поэтому для организации четкой и стабильной работы системы необходимо хорошо разбираться в функциях блока питания, иметь представление об ограничениях его возможностей и их причинах, а также о потенциальных проблемах, которые могут возникнуть в ходе эксплуатации, и способах их разрешения.

Главное назначение блоков питания -- преобразование электрической энергии, поступающей из сети переменного тока, в энергию, пригодную для питания узлов компьютера. Блок питания преобразует сетевое переменное напряжение 220В, 50 Гц (120 В, 60 Гц) в постоянные напряжения +3,3, +5 и +12 В. Как правило, для питания цифровых схем (системной платы, плат адаптеров и дисковых накопителей) используется напряжение +3,3 или +5 В, а для двигателей (дисководов и различных вентиляторов) -- +12 В. Компьютер работает надежно только в том случае, если значения напряжения в этих цепях не выходят за установленные пределы.

2.6.3 Описание работы и конструкции процессора центрального

Схема электрическая принципиальная процессора центрального представлена на чертеже 200101.500000.000ЭЗ3.3

В микропроцессоре ВМ85А используется совмещенная шина адреса/данных AD7-AD0, по которой передаются младшая часть адресной информации и 8-разрядные данные. Старшая часть адреса фиксируется в регистре адреса и выводится на шину А15-А8. Существенно видоизменен набор линий шины управления, которые обеспечивают прямое подключение кварцевого резонатора, а так же управление периферийными БИС памяти и ВВ. Расширен и модифицирован состав физических линий для поддержки системы прерываний. Веден блок последовательного ВВ. Приведем физический интерфейс. Схема ВМ85А приведена на рис 3.1, а его условное графическое обозначение на рисунке 3.2.



Рисунок 3.1 - Схема микропроцессора ВМ85А

Рисунок 3.2. - Условное графическое обозначение микропроцессора ВМ85А

AD7-AD0 Двунаправленная трехстабильная мультиплексированная шина младшей части адреса данных.

A15-A8 Трехстабильная шина вывода старшей части адреса

X1, X2 Вход и выход усилителя для подключения внешнего кварцевого резонатора или RC-цепочки. Вход Х1 может быть использован для приема внешних тактовых импульсов

CLK Выход тактовых импульсов

RESIN Вход для приема сигнала сброса МП в начальное состояние По сигналу RESIN PC принимает нулевое значение, сбрасываются триггеры разрешения прерывания и состояния HLDA.

RESET-Выходной сигнал системного сброса, синхронизированный тактовыми импульсами CLK.

S0,S1 Состояние МП:

S1 S0 Назначение

0 0 HALT (останов)

0 1 WRITE (запись)

1 0 READ (чтение)

1 1 FETCH (выборка команды)

Линия S1 может быть использована в качестве упреждающего сигнала R/W

RD, WR Трехстабильные линии для вывода стробов чтения и записи. Данные действительны в конце строба.

O/M Линия выбора системы памяти для устройств ВВ.

ALE Строб разрешения фиксации адреса. Адрес действителен на срезе строба. Линия имеет три состояния. Может быть использован для стробирования информации о состоянии.

READY Линия для приема подтверждения обмена во время стробов RD, WR.

INTR Линия запроса векторного прерывания, который вызывает генерацию строба INTA. Предусмотрены программные средства запрещения (разрешения) приема сигнала. При сбросе прием запроса запрещен.

INTA Выходная линия для генерации строба подтверждения векторного прерывания после завершения текущего командного цикла. Используется аналогично стробу RD для приема вектора прерывания.

RST 7.5 Входы для принятия запросов прерывания типа RST n, n=5.5,

RST 6.5 6.5 и 7.5 соответственно. Вход RST 7.5 имеет высший приори-

RST 5.5 тет в группе. Приоритет группы выше приоритета INTR. Прерывания могут быть замаскированы независимо друг от друга.

TRAP Вход немаскируемого прерывания типа RST n, n=4.5, высшего приоритета.

SID, SOD Вход и выход последовательной передачи данных. Входные данные загружаются в старший разряд аккумулятора А7 по команде RIM, вывод данных осуществляется из А7 по команде SIM.

HOLD Линия запроса захвата шины внешним модулем

HLDA Линия подтверждения захвата шины, активизируется в ответ на сигнал HOLD в конце текущего машинного цикла. При этом линии адреса/данных, а так же RD, WR, I0/M и ALE переводятся в третье состояние.

Рис. 3.3 - Схема синхронизации микропроцессора ВМ85А

Работа МП синхронизируется внешним кварцевым резонатором или RC-цепочкой, подключаемой непосредственно к выводам Х1 и Х2. Схема синхронизации представлена на рис.3.3. Из схемы видно, что фронт сигнала на входе Х1 переключает счетный триггер, который формирует две последовательности несовпадающих импульсов Ф1 и Ф2, используемые для тактирования внутренних схем МП. Внешний сигнал синхронизации CLK совпадает по фазе с импульсами Ф2. Сигнал ALE представляет собой один импульс Ф1, выделяемый в такте Т1 каждого машинного цикла. Он является синхросигналом начала машинного цикла.

Основная тактовая частота сигнала CLK Микропроцессора равна 3 МГц, что обеспечивает более высокую производительность , чем у стандартного МП ВМ80 с тактовой частотой 2,5 МГц. Существуют так же БИС, рассчитанные на работу с частотой 5 МГц, например 8085А-2, что дополнительно повышает производительность МП данного типа.

В каждом машинном цикле МП обращается к магистрали для ввода или вывода одного байта информации, согласно временным диаграммам, изображенным на рисунке 3.4. Работа канала синхронизируется стробами ALE, RD, WR и соответствует типовому протоколу на двухшинную магистраль. Каждый машинный цикл или цикл обращения к внешнему каналу содержит от трех до пяти периодов Т1-Т5 сигнала CLK основной тактовой частоты. К этим тактам может быть добавлено произвольное число тактов ожидания готовности канала TW, которые включаются между Т2 и Т3. Непосредственно для ВВ информации отводятся лишь первые три такта совместно с тактами ожидания готовности. В такте Т1 производится вывод адресной информации, в тактах Т2 и Т3 - обмен данными.



Рис.3.4 - Временные диаграммы циклов чтения (а) и записи (б) микропроцессора ВМ 85А

При необходимости добавляются еще один или два такта для реализации операций внутри МП. В это время канал не используется.

Линия READY служит для организации обмена с медленными устройствами. При READY=1 реализуется синхронный режим работы, характеризующийся максимальной скоростью обмена без тактов ожидания, которую обеспечивает МП. В этом случае длительность стробов RD, WR минимальна и составляет 1,5Т - 80 нс, где Т - период CLK. Стробы задержаны на 50 нс относительно начала Т2.

Проверка активности сигнала READY выполняется в середине Т2 и всех следующих за ним тактов TW. Для организации асинхронного доступа этот сигнал должен быть установлен в 0 за 110 нс и удерживаться в таком состоянии вплоть до момента его первой проверки. Эти же временные ограничения характерны и для процесса установки сигнала готовности. Манипуляция сигналом READYдает возможность удлинить строб RD или WR до (1,5+N)Т - 80 нс, где N - целое число периодов ожидания TW, обеспечив надежный обмен с медленной памятью или портами ВВ.

Особенностью процедур ВВ служит тот факт, что данные действительны только на срезе стробов RD и WR, т.е. протокол МП ВМ85А предполагает использование периферийных БИС второго поколения. Времена переустановки и удержания данных при выводе принимают значения tDW?420 нс, tWD?80 нс соответственно. Аналогично для цикла чтения tDR?120 нс, tRDH?0 нс.

Рис.3.5 - Временные диаграммы командного цикла IN port.

Каждый командный цикл включает от одного до пяти машинных циклов М1-М5. синхронизацию по командным циклам можно получить, выделяя с помощью сигналов состояния S1 и S0 все циклы М1 (FETCH). Этому типу цикла соответствует состояние S1=S0=1. На рис. 3.5 приведен командного цикла IN port при работе без тактов ожидания. Из временных диаграмм вмдно, что команда выполняется за три цикла обращения к каналу: М1 - выборка кода операции, М2 - чтение из памяти второго байта команды и М3 - выдача содержимого аккумулятора в порт ВВ.

Следует отметить, что микропроцессор выводит 8-разрядный адрес порта как на старшую, так и на младшую половину 16-разрядной шины адреса. Модули ВВ могут быть ориентированы на использование только старшей половины шины А15-А8 и, следовательно, отпадает необходимость во внешнем адресном регистре для приема адреса по сигналу ALE.

Как уже отмечалось, МП ВМ85А имеет пять линий для приема запросов на прерывание: TRAP, RST 7.5, RST 6.5, RST 5.5, INTR. Линия INTR по своим функциям аналогична линии INT микропроцессора ВМ80. в ответ на запрос INTR генерируется один или три машинных цикла INTА с временными диаграммами, эквивалентными циклу RD без тактов ожидания. Внешняя аппаратура отвечает на циклы INTА генерацией команды, либо типа RST n, n=0-7 (случай одного цикла INTА), обеспечивая передачу управления на подпрограмму обслуживания прерывания.

Согласно методике приема запросов все входы можно разделить на три группы. К первой относятся входы статического типа RST 6.5, RST 5.5, а так же INTR. Запрос на прерывание по этим входам фиксируется каждый раз, когда на них при сброшенной маске обнаружено напряжение высокого уровня. Время предустановки сигнала до начала Т1 цикла М1 tINS?360 нс и время его удержания tINH?0 нс. Для предотвращения повторной фиксации одного и того же запроса сигнал прерывания по статическому входу должен быть снят, прежде чем будет сброшена соответствующая маска.

Ко второй группе относится вход RST 7.5, который является входом динамического типа и фиксирует запрос на прерывание при каждом переходе сигнала из 0 в 1, даже при установленной маске и запрещенных прерываниях. Запрос сохраняется до тех пор, пока он не будет обслужен или не сброшен командой SIM. Сброс триггера осуществляется при установленном четвертом разряде аккумулятора R7.5. Сброс запроса реализуется так же при перезапуске МП.

Третью группу образует вход TRAP, который не является чисто статическим или динамическим. Так, если для подтверждения прерывания на нем должно устанавливаться напряжение высокого уровня, то для фиксации нового запроса он должен генерировать напряжение низкого уровня, а затем вновь вернуться в исходное состояние (вход комбинированного типа). Это позволяет избежать ложных запусков из-за помех на линии по высокоприоритетному немаскируемому входу TRAP, используемому для фиксации важнейших для МС событий. Времена фиксации запроса TRAP эквивалентны временам предустановки и удержания сигналов по статическим входам.

Рис. 3.6 - Временные диаграммы цикла подтверждения прерывания и захвата шины

Сигнал запроса на захват шины проверяется в начале каждого такта Т3. Времена предустановки и удержания сигнала принимают значения tHDS?170 нс, tHDH?0 нс соответственно. При фиксации запроса шина освобождается в такте, непосредственно следующем за Т3. Для этого за 110 нс до окончания Т3 устанавливается сигнал подтверждения захвата HLDA, а затем линии А15 - А-8; AD7-AD0, RD, WR, ALE, IO/M переводятся в третье состояние, тем самым освобождая магистраль для управления со стороны внешних модулей. При необходимости МП завершает такты Т4, Т5 и переходит в состояние HOLD, которое длится до снятия сигнала запроса. Временные диаграммы цикла захвата шины и подтверждения прерываний приведены на рис 3.6.

Микропроцессор представляет собой практически законченный однокристальный ЦП. Для его запуска необходим только кварцевый резонатор, подключенный к входам Х1,Х2, и схема сброса на входе RESIN. Схема подключения кварцевого резонатора приведен в на рис. 3.7, а. Конденсаторы емкостью 20 пФ на входах Х1 и Х2 могут потребоваться при запуске кварцевого резонатора с частотой 4 МГц и выше. Возможны другие варианты синхронизации МП. Схема на рис. 3.7, б обеспечивает частоту колебаний

(3.1)

где СIN - входная емкость между Х1 и Х2.

Рис. 3.7 - Схемы тактирования микропроцессора ВМ85А: а-внутренний генератор с кварцевым резонатором; б-внутренний генератор с настроенным LC-контуром; в-внутренний генератор с RC-цепочкой; г-внешний генератор 1-6 МГц; д-внешний генератор 6-10 МГц.

Если установка точной тактовой частоты не обязательна, то применяется схема, показанная на рис. 3.7, в, которая обеспечивает частоту колебаний около 3 МГц. В схеме на рис.3.7, г, д синхронизация МП осуществляется от внешнего генератора.

Схема центрального процессора на базе микропроцессора ВМ85Апредставлена на рис.3.8. Вход READY может быть использован для организации асинхронного доступа к системной магистрали. В ЦП на базе ВМ85А возможны два варианта построения системной линии подтверждения обмена, отличающиеся друг от друга уровнем активности. Выходы CLK и RESET применяются в качестве системных линий CCLK и INIT передачи тактовых импульсов и сигнала начальной установки соответственно. Возможности выходов схемы ВМ85А по току составляют IOL = 2мА IOH=400мкА. Зная требования по постоянному току, предъявляемые к обычным логическим элементам по входу, можно оценить нагрузочную способность МП ВМ85А.

Системный контроллер представляет собой комбинационную схему (рис. 3.9). На выходах схемы предусмотрены трехстабильные буферы, управляемые сигналом ОЕ. Этот вход предназначен для перевода командных линий в высокоомное состояние при захвате магистрали внешним модулем, когда BUSEN=0. Логика данного типа может быть реализована как на микросхемах малой степени интеграции, так и на программируемых логических матрицах (ПЛМ).



Рис. 3.8 - Схема центрального процессора на базе микропроцессора ВМ85А



Рис.3.9 - Схема системного контроллера для МП ВМ85А

Применение МП ВМ85А выгодно за счет увеличения числа входных линий для приема запросов на прерывание, использования канала последовательного ВВ и перехода к единственному источнику питания +5 В. Не следует также забывать об улучшении скоростных свойств системного канала ЦП на базе МП ВМ85А.

2.6.4 Описание работы используемого блока памяти

Схема электрическая принципиальная разработанного блока памяти приведена на чертеже 200101.500000.002.ЭЗ

При разработке нашего блока памяти были использованы:

3 микросхемы К150ИД1

микросхема КР568РЕ3

2 микросхемы К541РУ2

микросхема К155ЛЛ1

микросхема К155ЛИ1

вилка МРН14-10ЮО.364.003ТУ

ПЗУ - постоянные запоминающие устройства, в основу которых положены диодные матрицы. Матрицы прожигаются на заводе-изготовителе, пользователь ничего изменить не может (рисунок 3). При подаче U > Uдоп диод сгорает, остается перемычка; при сгоревшем диоде Uузла = 0; при функционирующем диоде Uузла = 1

ППЗУ - перепрограммируемые ПЗУ (матрицы поставляются пользователю с уровнем 1 во всех узлах, пользователь может только один раз прожечь матрицу по своей программе).

РПЗУ - репрограммируемые (т.е. многократно программируемые) ПЗУ.

По способу стирания информации РПЗУ могут быть: ультрафиолетовыми и электрическими.

Оперативные запоминающие устройства ОЗУ могут быть: динамическими (DRAM) и статическими (SRAM).

В динамических ОЗУ, построенных на МОП-транзисторных ячейках с дополнительной емкостью, информация после считывания пропадает, поэтому требуется ее регенерация (восстановление), а значит, такие ОЗУ при своей очевидной дешевизне имеют низкое быстродействие.

Статические ОЗУ, построенные на триггерных ячейках, хранят информацию после считывания и регенерации не требуют, имеют высокое быстродействие, хотя и существенно дороже динамических ОЗУ.

Современные схемы ОЗУ сочетают в себе обе технологии (SDRAM).

ОЗУ.

Шина адреса подключается к микросхеме памяти по N адресным входам: A0 - AN -1.

Шина данных подключается по входам/выходам D, количество которых зависит от того, сколько матриц размещено в кристалле.

CS - вход выборки кристалла, управляет подключением буфера данных к шине.

- вход запись/чтения, определяет подключение входного или выходного буфера данных к шине данных.

Рассмотрим принцип выбора ячейки памяти по адресу.

Входы адресной шины подключаются к дешифраторам (DC) строки и столбца матрицы. Предположим, что к микросхеме подключается четыре адресных линии (А0 - А3), причем линии А0, А1 подаются на DC строки, а линии А2, А3 - на DC столбца.

Предположим, что на адресных входах указан адрес 9, т.е. 1001.

Таким образом, DC строки по А0 =1, А1 =0 установит 1 на выходе 1, а DC столбца по А2 =0, А3 =1 установит 1 на выходе 2.

Во всех узлах матрицы расположены триггеры. Вход синхронизации триггера и его выход на общую для данной матрицы линию данных подключаются, как показано на рисунке 7, а.

Очевидно, что функционировать будет только тот триггер, у которого на входы элемента И от DC строки и DC столбца попадут 1.

Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ)

ПЗУ представляет собой чисто комбинационную схему, имеющую n адресных входов и m выходов.

Рисунок 4.1-Схемное обозначение ПЗУ

ПЗУ организуются по двухъярусной структуре:

1) Всевозможные конъюнкции с помощью дешифратора:

2)C помощью схем “или” собираются все нужные конъюнкции.



Рисунок 4.2 - Структура ПЗУ

Работа схемы: если все плавкие перемычки целы, то при выборе любого адреса на входы всех дизъюнкторов будет поступать хотя бы по одной единице, поэтому y0 = y1=···= ym-1=1.

Для занесения в схему какой-либо информации некоторые перемычки пережигаются (ПЗУ с прожиганием), тогда на некоторых дизъюнкторах на все входы поступают “0” и на выход подается “0”.

Рисунок 4.3-Схемное обозначение РПЗУ К573РФ2, К573РФ5 с ультрафиолетовым стиранием: А - адресные входы; D - информационные выходы. Uce - вход подачи напряжения записи (в режиме хранения на этот вход подается Ucc); Ucc - вывод для подачи напряжения питания. СЕ и ОЕ -входы управления состоянием выводов, если СЕ=ОЕ=1, входы D имеют высокоимпедансное состояние. При СЕ=ОЕ=0 вывод информации разрешен.

Микросхема РПЗУ К573РФ2 (РФ5) имеет одиннадцатиразрядный дешифратор, выходы которого соединены с восьмиразрядной матрицей М2. В процессе записи выходные элементы РПЗУ находятся в режиме приема информации через выводы D0 D7 (на входе “ОЕ“ уровень “1”). В режиме считывания записанной информации выводы “Uce” и “Ucc” объединяются, и на них подается напряжение питания +5В.

2.6.5 Описание работы канала измерительного

На основании проведенного обзора методов измерения и контроля давления была разработана схема электрическая принципиальная измерительного канала.

Контролируемое давление с помощью датчика преобразуется в электрический сигнал. Далее он усиливается измерительным усилителем и поступает на устройство выборки-хранения УВХ, представляющую собой аналоговую память. Запомненный аналоговый сигнал подается на аналого-цифровой преобразователь АЦП, в котором аналоговый сигнал преобразуется в цифровой. Цифровой сигнал через интерфейсные схемы поступает на системную шину, в которой происходит необходимая обработка цифровой информации.

Датчик давления представляет собой первичный преобразователь давления и схему включения первичного преобразователя.

Измерительный усилитель представляет собой усилитель с дифференциальным входом и выполнен на двух операционных усилителях. Коэффициент усиления усилителя определяется палкой шкалы АЦП и уровнем сигнала, снимаемого с датчика давления и подаваемого на вход измерительного канала.

Так как для преобразования аналогового сигнала в цифровой необходим некоторый конечный интервал времени, то в течение этого промежутка времени сигнал на входе АЦП должен поддерживаться постоянным во времени. Для этой цели используют устройство выборки-хранения, выходной сигнал которого является постоянным в течение времени, необходимого для преобразования в АЦП аналогового сигнала в цифровой.

На практике используются различные схемы выборки-хранения, обеспечивающие различное быстродействие и точность.

В качестве АЦП используется функционально завершенный аналогово-цифровой преобразователь типа КП 1113ПВ1А, совместимый с микропроцессором КР580ВМ85А. Интерфейс выполнен на интегральных микросхемах малой и средней степени интеграции типа К155 и К554.

Процесс запоминая текущего напряжения снимающего с выхода измерительного усилителя и пропорционального значению контролируемой температуры, начинается с подачи управляющего сигнала уровня логической «1» на базу транзистора V2. Полевой транзистор V1 переходит в проводящее состояние и конденсатор С1 заряжается до соответствующего значения текущего напряжения, подаваемого на вход устройства выборки-хранения. Когда значение управляющего напряжения становится равным нулю, УВХ переходит в режим хранения. После этого соответствующим сигналом инициализируется начало преобразования аналогового сигнала в цифровой. При этом на соответствующий вывод микросхемы АЦП выставляется сигнал, который указывает микропроцессору на то, что в настоящее время осуществляется преобразование аналогового сигнала в цифровой. После завершения преобразования АЦП выставляет на этот выход сигнал об окончании преобразования. После этого микропроцессор считывает данные с выхода АЦП и заполняет результат текущего преобразования в своих внутренних регистрах или в соответствующих ячейках внешней памяти. Далее процесс аналогово-цифрового преобразования повторяется снова.

Подпрограмма, управляющая работой УВХ и АЦП в системе команд микропроцессора КР580ВМ85А имеет следующий вид:

AZP: PUSH PSW; временное запоминание содержимого аккумулятора и флагового регистра в стеке;

OUT O3H; запоминание текущего значения напряжения в устройстве выборки-храния;

OUT O1H; запуск АЦП;

BEGIN: IN O2H; ввод признака завершения преобразования;

ANI O4H;

JNZ BEGIN;преобразование закончено? Если нет, перейти к BEGIN;

IN O1H; передача младшего байта данных в аккумулятор;

IN O2H; пересылка двух старших разрядов в счетчик памяти с адресом 1235Н;

STA 1235H;

POP PSW; восстановление содержимого аккумулятора и флагового регистра;

RET; возврат в основную программу.

Размещено на Allbest.ru