Цифровое реле минимального напряжения

Введение 3
Глава 1. Описание микросхем, используемых в схеме
устройства 4
1.1. Микроконтроллер ADuC812 4
1.2. Жидкокристаллический индикатор МТ16S2H 14
1.3. Программируемый периферийный адаптер КР580ВВ55 17
1.4. Операционный усилитель К140УД7 18
1.5 Буферный регистр КР1533ИР23 19
Глава 2. Разработка принципиальной схемы устройства 20
Глава 3. Расчет элементов схемы 22
3.1. Входной преобразователь напряжения 22
3.2. Активный выпрямитель и сглаживающий фильтр 24
3.3. Схема сброса 27
3.4. Транзисторный ключ 29
3.5. Клавиатура 31
Глава 4. Разработка программного обеспечения 32
Список использованных источников 43

1.1. Микроконтроллер ADuC812
ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ
ADuC812 - Интегральная 12-битная система сбора информации, вклю­чающая в себя прецизионный многоканальный АЦП с самокалибровкой, два 12-битных ЦАПа и программируемое 8-битное микропроцессор­ное ядро (совместимое с 8051) (MCU). MCU поддерживается внутренними 8К FLASH ЭРПЗУ программ, 640Б ЭРПЗУ памяти данных и 256Б стати­ческой памяти данных с произвольной выборкой (RAM).
MCU поддерживает следующие дополнительные функции: Охранный Таймер, Монитор Питания и канал прямого доступа для АЦП. Для мульти­процессорного обмена и расширения ВВ, имеются 32 программируемых ВВ линии, I2C, SPI и стандартный UART интерфейсы.
Для гибкого управления в приложениях с низким потреблением в MCU и аналоговой части предусмотрены 3 режима работы: нормальный, холо­стой и дежурный. Продукт специфицирован для 3В и 5В работы в индуст­риальном диапазоне температур и поставляется 52-выводном пластмас­совом корпусе (PQF).
...

1.2. Жидкокристаллический индикатор МТ16S2H
Жидкокристаллический модуль MT-16S2H состоит из БИС контроллера управления и ЖК панели. Контроллер управления аналогичен HD44780 фирмы HITACHI и KS0066 фирмы SAMSUNG. Модуль выпускаются в двух вариантах: со светодиодной подсветкой и без нее.
Модуль позволяет отображать 2 строки по 16 символов в каждой. Символы отображаются в матрице 5x8 точек. Между символами имеются интервалы шириной в одну отображаемую точку.
Каждому отображаемому на ЖКИ символу соответствует его код в ячейке ОЗУ модуля.
Модуль содержит два вида памяти - кодов отображаемых кодов отображаемых символов и пользовательского знакогенератора, а также логику для управления ЖК панелью.
Модуль позволяет:
• работать как по 8-ми, так и по 4-х битной шине данных (задается при
инициализации);
• принимать команды с шины данных;
• записывать данные в ОЗУ с шины данных;
• читать данные из ОЗУ на шину данных;
• читать статус состояния на шину данных (см. табл.
...

1.3. Программируемый периферийный адаптер КР580ВВ55
Микросхема представляет собой программируемый параллельный ин­терфейс. Применяется в качестве элемента ввода вывода общего назначения, сопрягающего различные типы периферийных устройств с магистралью дан­ных систем обработки информации. Обмен информацией осуществляется че­рез 8-разрядный двунаправленной трех стабильный канал данных (D). Для связи с периферийными устройствами используется 24 линии ввода (вывода), сгруппированные в 3 8- разрядных канала (ВА, ВВ, ВС), направление пере­дачи информации и режим работы которых определяется программным спо­собом. Содержат 1600 интегральных элементов.
Назначение выводов 1, 2, 3, 4, - входы (выходы канала А); 5- чтение ин­формации; 6- выбор ИМС; 7- воды (выходы канала С; 18…25 - входы (вы­ходы канала В); 26- напряжение питания; 27…34 - входы (выходы канала данных; 35- установка в исходное состояние; 36- запись информации; 37…40 – входы (выходы канала А).
таблица 1.
...

1.5 Буферный регистр КР1533ИР23
Микросхема представляет собой восьмиразрядный регистр на триггерах с защелкой (D-типа) с 3-мя состояниями на выходе. Корпус типа 2140.20-8, масса 2.6.
Назначение выводов: 1 - вход разрешения состояния высокого импеданса; 2 – выход Q0; 3 – вход информационный D0; 4 - вход информационный D1; 5 – выход Q1; 6 – выход Q2; 7 – вход информационный D2; 8 - вход информационный D3; 9 – выход Q3; 10 – общий; 11 – вход тактовый С; 12 – выход Q4; 13 - вход информационный D4; 14 - вход информационный D5; 15 – выход Q5; 16 – выход Q6; 17 – вход информационный D6; 18 – вход информационный D7; 19 – выход Q7; 20 - напряжение питания.
таблица 1.9
таблица истинности КР1533ИР23

C3.3
D
Q
0

1
1
0

0
0
0
0 (1)
X
Q0
1
Х
X
Z

Примечание: Х – безразличное состояние; Z – выход с состоянием высокого импеданса; - переход из низкого уровня напряжения в высокий.
таблица 1.
...

3.1. Входной преобразователь напряжения
Выбрать параметры ПТН, U1max=150 В, U2=5 В, SH = 0.5 ВА, км=1.5, сердечником типа Ш при следующих условиях: f = 50 Гц, γ = 2.5 А/мм2, Bп = 1 Тл (Hп = 130 А/м).

рис. 3.1 Входной преобразователь напряжения с ограничением вторичного сигнала по амплитуде
Коэффициент трансформации кup=
1) Находим сечения проводов, пользуясь соотношениями:
;

Определим диаметры голых проводов:

Выбираем провода марки ПЭВ – 2 с диаметрами проводов:
dпр1=0.07 мм dпр2=0.24 мм
кз1=0.3 кз2=0.546

2) Находим значение параметра S0S; при этом к1=0.85; кз0=0.8
,

где S0 – полная площадь окна, м2
S – площадь сечения сердечника.

Из табл. П1.1 /2/ выбираем типоразмер сердечника Ш12×12 (d = 12 мм, a = 12 мм, b0 = 12 мм, h0 = 30 мм, lм = 103 мм, lср = 96 мм, кс = 0.8, кз0=0.85, S = ad, S0 = b0h0).
...

3.2. Активный выпрямитель и сглаживающий фильтр
В качестве активного выпрямителя используем активный двухполупериодный выпрямитель на основе последовательного включения неинвертирущих ОУ (рис.3.2).

рис. 3.2. Двухполупериодный активный выпрямитель на основе последовательного включения неинвертирующих ОУ.
Для расчета схемы воспользуемся методикой, приведенной в /1/.
В схеме выпрямление напряжения обеспечивается суммированием с помощью инвертирующего усилителя DA1 сигнала, пропорционального и выпрямленного однополупериодного на основе DA2 сигнала противоположной полярности, пропорционального. Соотношение между элементами схемы должно быть таким, чтобы соблюдалось условие:
/1/
Для этого необходимо выполнение соотношения:
/1/ (3.1)
Включение конденсатора обеспечивает при необходимости сглаживание выходного напряжения.
Минимальный входной сигнал выпрямителя Uвхmin=0.33 В, тогда амплитуда входного сигнала .
В качестве и выбираем ОУ типа К140УД7 со следующими параметрами: , , .
...

3.3. Схема сброса
Схема сброса, приведенная на рис. 3.3, должна обеспечивать выдержку времени, достаточную для запуска ГТИ и сброса системы.

Рис. 3.3. Схема сброса
При подаче питания на входе RST в начальный момент времени присутствует логический нуль, т.к. конденсатор еще не успел зарядиться. Для надежного сброса МП-системы напряжение, соответствующее логической единице, на входе RST должно удерживаться в течении времени, соответствующего двадцати четырем периодам частоты тактовых импульсов (при работающем осцилляторе). Для ручного сброса служит кнопка SB1, при нажатии на которую шунтируется емкость. Диод VD1 необходим для быстрого разряда конденсатора C3 в случае исчезновения питания и последующего его восстановления.
Частота генератора тактовых импульсов равна 12 МГц. Тогда время сброса составит
Напряжение на конденсаторе изменяется по закону:
, где
Uпит – напряжение питания (+5 В),
τ – постоянная времени RC-цепочки.
Минимальное напряжение логической единицы равно 2.4 В.
...

3.4. Транзисторный ключ
Схема транзисторного ключа приведена на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Транзисторный ключ на биполярном транзисторе

В качестве реле KL1 выбираем реле Finder 41.5.2.9.024.00 (низкопрофильное реле для печатного монтажа 41 серии с двумя переключающими контактами, напряжением 24 В постоянного тока) со следующими параметрами: номинальное напряжение Uраб=24 В, Rобм=1440 Ом (при T=20 ◦С), Iраб=16.7 мА.
Ток коллектора транзистора VT1 должен быть больше номинального рабочего тока реле: IкIраб. Выбираем в качестве транзистора VT1 КТ3102А со следующими параметрами: βmin=100 (100…250), IКдоп=100 мА, UБЭs=0.5 В.
Ток базы насыщения транзистора равен:

Примем степень насыщения транзистора s=1.5. Тогда ток базы транзистора составит Iб=1.5∙Iбн=1.5∙0.0167=0.25 мА.
Запишем уравнение по второму закону Кирхгофа:
Iб∙R11=.
Отсюда величина сопротивления резистора R11

Принимаем по стандартному ряду Е48 номинал сопротивления резистора R11=7К5±2%.
Аналогично определяется сопротивление R12.
...

3.5. Клавиатура

рис 3.6. Клавиатура
Клавиатура является одним из широко распространенных устройств ввода данных и управляющих воздействий в МПС и микроЭВМ. С помощью клавиатуры можно вводить программу в ОЗУ, инициировать различные режимы работы МПС.

Для расчета необходимы следующие данные:
- выходной ток логической единицы: для КР580ВВ55 I1вых=1 мА,
-выходное напряжение логической единицы: для КР580ВВ55 .
Тогда по закону Ома величина сопротивления R13:

Принимаем по стандартному ряду Е48 номинал сопротивления резистора R13=1К±2%.
Сопротивления R14 и R15 рассчитываются аналогично.

В качестве кнопок S1-S4 выбираем ПКН – 125, минимальный коммутируемый ток которой составляет 1 мА. Для обеспечения надежной коммутации ток должен быть больше минимального коммутируемого, при этом для обеспечения нагрузочной способности РРА он не должен быть больше максимального тока логической единицы РРА, который составляет 4 мА:
.
Номинал резистора R13=1 кОм, тогда .
1<2.
...