Проектирование цифровых устройств на основе цифровых компараторов для управления двигателями постоянного тока

Содержание Введение

1. Теоретическая часть проекта

1.1 Основные технические характеристики проектируемого устройства, его назначение

1.2 Описание цифровых и аналоговых компонентов: микросхем, датчиков, индикаторов, активных компонентов и их принцип работы

1.3 Паспортные технические характеристики цифровых и аналоговых компонентов, датчиков, их условные графические обозначения, внешний вид или фото

2. Экспериментальная часть проекта

2.1 Описание работы проектируемого устройства

2.2 Алгоритм, структурная и принципиальная схемы

2.3 Экранные копии принципиальной схемы

2.4 Заключение и выводы

Список стандартов Список литературы

Введение

Компаратор (аналоговых сигналов) (англ. comparator — сравнивающее устройство) — электронная схема, принимающая на свои входы два аналоговых сигнала и выдающая логическую «1», если сигнал на прямом входе («+») больше, чем на инверсном входе («?»), и логический «0», если сигнал на прямом входе меньше, чем на инверсном входе.

Одно напряжение сравнения двоичного компаратора делит весь диапазон входных напряжений на два поддиапазона. Двоичный логический сигнал (бит) на выходе двоичного компаратора указывает, в каком из двух поддиапазонов находится входное напряжение. Компараторы используются в центральных процессорах и микроконтроллерах. Примерами цифровых компараторов являются КМОП — 4063 и 4585, ТТЛ — 7485 и 74 682−89.

Цифровые компараторы также относятся к арифметическим устройствам. В зависимости от схемного исполнения компараторы могут определять равенство АВ (А и В-независимые числа с равным количеством разрядов) либо вид неравенства: АВ или АВ. Результат сравнения отображается соответствующим логическим уровнем на выходе. Микросхемы — цифровые компараторы — выполняют, как правило, все эти операции и имеют три выхода. Цифровые компараторы широко применяются для выявления нужного числа (слова) в потоке цифровой информации, для отметки времени в часовых приборах, для выполнения условных переходов в вычислительных устройствах цифровой компаратор микросхема

1. Теоретическая часть проекта

1.1 Основные технические характеристики проектируемого устройства, его назначение Проектируемое устройство предназначено для управления двигателем постоянного тока. Измерительное устройство на компараторах применяется редко, но они настолько быстры и просты, что находят своё применение в устройствах для автомобильной техники с напряжением 12вольт.

Рисунок 1.1 -Принципиальная схема устройства На рисунке 2.1 представлена схема наращивания разрядности компаратора.

Рисунок 1.2 — Схема наращивания разрядности компаратора.

1.2 Описание цифровых и аналоговых компонентов: микросхем, датчиков, индикаторов, активных компонентов и их принцип работы Цифровые компараторы сравнивают значения двух чисел и вырабатывают единичный сигнал на одном из трех выходов (Больше, Равно, Меньше), в зависимости от соотношения между этими числами. Выходы этих элементов подключены к элементу И ЛИ-НЕ. Сигналы с трех логических элементов формируют выходные сигналы компаратора. Микросхема 564ИП2 позволяет сравнивать два четырехразрядных двоичных числа и имеет расширяющие входы, с помощью которых можно увеличивать разрядность компараторов.

Цифровые компараторы также относятся к арифметическим устройствам. В зависимости от схемного исполнения компараторы могут определять равенство АВ (А и В-независимые числа с равным количеством разрядов) либо вид неравенства: АВ или АВ. Результат сравнения отображается соответствующим логическим уровнем на выходе. Микросхемы — цифровые компараторы — выполняют, как правило, все эти операции и имеют три выхода. Цифровые компараторы широко применяются для выявления нужного числа (слова) в потоке цифровой информации, для отметки времени в часовых приборах, для выполнения условных переходов в вычислительных устройствах.

Цифровые компараторы позволяют в совокупности с мультиплексорами или демультиплексорами осуществлять условные логические операции: проверку арифметических условий реализует компаратор, а их исполнение — мультиплексор или демультиплексор.

Цифровой компаратор непрерывно сравнивает текущий код счетчика таймера с кодом, который записан в 16-разрядном регистре выходного сравнения. улевой метки, который позволяет всегда рассчитать абсолютное положение.

Рисунок 1.3- Условное обозначение компаратора с тремя выходами.

1.2 Описание цифровых и аналоговых компонентов В схеме используются такие компоненты, как: микросхема LM3914, прецизионный температурный датчик, светодиоды, компараторы, набор резисторов, оптопары MOC3023.

Микросхема LM3914.

Микросхемы LM3914, LM3915 и LM3916 фирмы National Semiconductors позволяют строить светодиодные индикаторы с различными характеристиками — линейной, растянутой линейной, логарифмической, специальной для контроля аудиосигнала.

Ее основу составляют десять компараторов, на инверсные входы которых через буферный ОУ подается входной сигнал, а прямые входы подключены к отводам резистивного делителя напряжения.

Выходы компараторов являются генераторами втекающего тока, что позволяет подключать светодиоды без ограничительных резисторов.

Индикация может производиться или одним светодиодом (режим «точка»), или линейкой из светящихся светодиодов, высота которой пропорциональна уровню входного сигнала (режим «столбик»).

Входной сигнал Uвх подают на вывод 5, а напряжения, определяющие диапазон индицируемых уровней, — на выводы 4 (нижний уровень Uн) и 6 (верхний уровень Uв).

Эти напряжения должны быть в пределах от 0 до уровня, на 1,5 В меньше напряжения источника питания, подключаемого к выводу 3.

«Цена деления» индикатора, т. е. увеличение входного напряжения, вызывающее включение очередного светодиода, составляет 0,1 от разности Uв — Uн. переноса второй ступени. В этом случае результат сравнения получают на выходах 4-разрядного компаратора старших разрядов.

Прецизионный температурный датчик с аналоговым выходом работающий в диапазоне температур от -55°C до +130°C. Рабочее напряжение питания от +2.4 В до +5.5 В. Передаточная характеристика LM20 почти линейная с небольшой параболической кривизной. Точность LM20 составляет ±1.5°C при температуре окружающей среды +30°C. Ошибка возрастает линейно до ±2.5°C, когда температура достигает граничных значений рабочего диапазона. Температурный диапазон зависит от приложенного напряжения. При напряжении питания от 2.7 В до 5.5 В температурный диапазон составляет от -55°C до +130°C. Уменьшение питания до 2.4 В изменяет минимальную рабочую температуру до -30°C, при неизменной верхней граничной температуре +130°C.

Так как ток утечки LM62 менее 10 µA, самонагрев прибора ограничен на уровне 0.02°C в безветренном пространстве. Более того, благодаря малому потреблению LM62 возможно его питание непосредственно от выхода многих логических микросхем предоставляя возможность отключения прибора.

Рисунок 1.4 — Расположение выводов LM20.

Светодиомд или светоизлучающий диод (СД, СИД, LED англ. Light-emittingdiode) — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра. Его спектральные характеристики зависят во многом от химического состава использованных в нём полупроводников. Иными словами, кристалл светодиода излучает конкретный цвет (если речь идёт об СД видимого диапазона), в отличие от лампы, излучающей более широкий спектр, и где конкретный цвет отсеивается внешним светофильтром.

Компаратор — (аналоговых сигналов) (англ. comparator — сравнивающее устройство) — электронная схема, принимающая на свои входы два аналоговых сигнала и выдающая логическую «1», если сигнал на прямом входе («+») больше, чем на инверсном входе («?»), и логический «0», если сигнал на прямом входе меньше, чем на инверсном входе.

Одно напряжение сравнения двоичного компаратора делит весь диапазон входных напряжений на два поддиапазона. Двоичный логический сигнал (бит) на выходе двоичного компаратора указывает, в каком из двух поддиапазонов находится входное напряжение. Простейший компаратор представляет собой дифференциальный усилитель.

Резимстор (англ. resistor, от лат. resisto — сопротивляюсь) — пассивный элемент электрической цепи, в идеале характеризуемый только сопротивлением электрическому току, то есть для идеального резистора в любой момент времени должен выполняться закон Ома для участка цепи: мгновенное значение напряжения на резисторе пропорционально току проходящему через него. На практике же резисторы в той или иной степени обладают также паразитной ёмкостью, паразитной индуктивностью и нелинейностью вольт-амперной характеристики.

Резисторы являются элементами электронной аппаратуры и могут применяться как дискретные компоненты или как составные части интегральных микросхем. Дискретные резисторы классифицируются по назначению, виду ВАХ, по способу защиты и по способу монтажа, характеру изменения сопротивления, технологии изготовления.

Оптопары очень часто применяются в устройствах на AVR, микропроцессорных устройствах и другой автоматике. Собственно оптопара или оптрон (как их ещё иногда называют) — электронный прибор, состоящий из излучателя света (обычно — светодиод, в ранних изделиях — миниатюрная лампа накаливания) и фотоприёмника (биполярных и полевых фототранзисторов, фотодиодов, фототиристоров, фоторезисторов, фотосимистор), связанных оптическим каналом и как правило объединённых в общем корпусе. Принцип работы оптрона заключается в преобразовании электрического сигнала в свет, его передаче по оптическому каналу и последующем преобразовании обратно в электрический сигнал. Таким образом мы делаем развязку низкого напряжения от высокого и опасного для МК. Простейший компаратор представляет собой дифференциальный усилитель.

Рисунок 1.5- условное обозначение оптопары

1.3 Паспортные технические характеристики цифровых и аналоговых компонентов, датчиков, их условные графические обозначения, внешний вид или фото.

Микросхема LM3914.

Технические данные Рассеиваемая мощность (Примечание 6)

Литой DIP (N) 1365 мВт

Напряжение питания 25В

Напряжение на выходе драйвера 25В

Входной сигнал от перенапряжения (примечание 4) ± 35V

Делитель напряжения -100 мВ до V +

Ссылка ток нагрузки 10 мА

Температура хранения Диапазон-55КC до +150 ЕС

Пайка Информация

Корпус чипа с двухрядным расположением контактов

Пайка (10 секунд) 260КC

Пластиковые Чип Перевозчик

Паровой фазы (60 секунд) 215КC

Инфракрасный (15 секунд) 220КC

Рисунок 1.6- Внешний вид микросхемы LM20.

MOC3023M.

Рисунок 1.7 — Технические характеристики MOC3023M

Рисунок 1.8 — Внешний вид MOC3023M

Светодиод.

Состав светодиода.

Рисунок 1.9 — Состав светодиода.

Мощность светодиодов:

1. Малой мощности: до 0,5 Вт (20−60 мА);

2. Средней мощности: 0,5−3Вт (100−700 мА);

3. Большой мощности: до 3Вт (1000 мА и более).

Угол свечения: как правило 120−140°С, в индикаторных 15−45°С На рисунке 7 представлен внешний вид светодиода.

Рисунок 1.10 — Внешний вид светодиода

Компаратор Таблица 1.1 — Технические характеристики PC817

На рисунке 6 представлен внешний вид компаратора.

Рисунок 1.11 — Внешний вид компаратораРС817

Резистор.

На рисунке 9 представлен внешний вид резистора.

Рисунок 1.12 — Внешний вид резистора

Таблица 1.2 — Технические характеристики резистора

На рисунке 11 представлена схема соединений.

Рисунок 1.13 — Схема соединений Рисунок 1.14-Маркировка резистора.

2. Экспериментальная часть проекта

2.1 Алгоритм, структурная и принципиальная схемы Рисунок 2.1 — Алгоритм работы проектируемого устройства Считываются показания с датчика температуры, то есть узнаем температуру.

В зависимости от показаний температуры T1-T10,будет загораться один из светодиодов D1-D10. При T4 загорается главный светодиод.

Рисунок 2.2 — Схема принципиальная

2.3 Экранные копии принципиальной схемы На рисунках ниже представлены экранные копии принципиальной схемы.

Рисунок 2.3.1 — при температуре в диапазоне от 62−81 градусов T4

Рисунок 19 — при Т1>T4>T10градусах

2.4 Заключение и выводы Компаратор (аналоговых сигналов) (англ. comparator — сравнивающее устройство) — электронная схема, принимающая на свои входы два аналоговых сигнала и выдающая логическую «1», если сигнал на прямом входе («+») больше, чем на инверсном входе («?»), и логический «0», если сигнал на прямом входе меньше, чем на инверсном входе.

Выводы В курсовом проекте «Проектирование цифровых устройств на основе цифровых компараторов для управления технологических двигателями постоянного тока» разработана принципиальная схема устройства, подобраны необходимые компоненты для реализации проекта, смоделирована и отлажена схема устройства.