Автоматизированная система изучения тепловых режимов устройств ЭВС (стр. 5 из 19)
Управление выбором канала осуществляется через элементы VD1… VD4 (АОД130А) блока гальванической развязки БГР и реализовано на элементах DD21 (К561ПУ4), DD22 (К1533ЛН2), DD26 (К1533ИД5), DD27 (К1533ЛА3). Сигнал с DD26 поступает непосредственно на адресные входы аналогового мультиплексора.
Выбор разрядности аналого-цифрового преобразователя для модуля будет определяться его разрешающей способностью (погрешность преобразования, которая определяется младшим разрядом преобразователя [8], не будет играть существенной роли в определении разрядности преобразователя из-за относительно малой требуемой точности измерений).
Разрешающая способность преобразователя определяется по формуле
[В] (4.1.1)где Uпш – напряжение полной шкалы преобразователя, В; n - количество разрядов преобразователя.
Если принять, что значение напряжения полной шкалы составляет 10 В (наиболее распространенная величина [7]), n = 10, то тогда получим
Учитывая значение температурного коэффициента выбранных датчиков, можно сделать вывод о том, что 10-разрядный преобразователь не обеспечит требуемой точности (беря во внимание реальное наличие некоторых наводок в аналоговом тракте). Следовательно, необходимо выбрать 12-разрядный преобразователь.
Как было отмечено и обосновано в п.3, аналого-цифровой преобразователь целесообразно построить как преобразователь напряжение-код (ПНК). ПНК реализован на основе регистра последовательного приближения DD11 (К1533ИР17), ЦАП DА39 (К1108ПА1), операционного усилителя DА43 (К554УД2А), компаратора DА42 (К554СА3), ждущего генератора тактовых импульсов на элементах DD1 (К1533ЛА3), L1, С25, R121, R130.
Переменным резистором R152 компенсируется абсолютная погрешность преобразования ПНК в конечной точке шкалы.
Схема запуска ПНК построена на элементах DD1 (К1533ЛА3), DD4 (К1533АГ3). Элементами R131 (Rt) и С27 (Ct) задается длительность выходного импульса, которая определяется по формуле:
t и. вых.= 0, 45 Rt * Ct, , (4.1.2)
Выбрав R=10 кОм и С=10 пФ сформированный генератором импульс надежно обеспечит запуск преобразователя [7]. На выводе QCC (3) регистра DD11 формируется сигнал завершения преобразования (активный – «0»), который по цепи связи обратной связи запускает ждущий генератор тактовых импульсов.
Источник питания для аналоговых схем и опорного напряжения для ПНК (±15В, Uоп= +10В) выполнен на элементах VD9 (КС191Ф), сдвоенном операционном усилителе DA45 (К140УД20А), транзисторе VТ7 (КТ3102Б) и преобразователе DA44 (BB05D15). . Данный преобразователь осуществляет преобразование напряжения +5В (от шины ПЭВМ) в гальванически развязанные потенциалы ±15В. Учитывая большой выходной ток BB05D15, от данной схемы можно запитывать все ИМС аналоговой части модуля.
Регулирование опорного напряжения Uоп осуществляется переменным резистором R202 в цепи отрицательной обратной связи ОУ (DA45).
Блок дешифрации и сопряжения включает в себя: 1) дешифратор адресов, собранный на элементах DD5 (К559СК1), DD2 (К1533ЛН1), DD10 (К153ЛИ1), DD3 (К555РЕ3), DD7 (К1533ИД7). Выбор базового адреса осуществляется с помощью переключателей SA1 (ВДМ1-4) и SA2 (ВДМ1-2). Базовый адрес устройства – ХХ016 , где значения Х задаются положениями переключателей SA1 и SA2. Пример задания базового адреса устройства приведен в Приложении.
В таблице 4.1.1 приведены смещения адресов функциональных частей, входящих в состав БДшС, относительно базового.
Таблица 4.1.1 – Относительные адреса функциональных частей, входящих в БДшС
| Ресурс | Смещение адреса | ||
| 1 | 2 | ||
| Канал 0 таймера | 0 | ||
| Канал 1 таймера | +1 | ||
| Регистр управляющего слова таймера | +2 | ||
| Регистр номера канала и разрешения прерывания | +3 | ||
| Регистр режима работы | +4 | ||
| Программный запуск | +5 | ||
| Чтение младшего байта результата | +6 | ||
| Чтение старшего байта результата | +7 | ||
Таблица прошивки ПЗУ для данных адресов смещений приведена в Приложении.
Преобразователь последовательного кода в параллельный выполнен на микросхемах DD23 – DD25 (К1533ИР16) и DD20.6 (К1533ЛН2).
Буфер для вывода информации с ПНК в ПЭВМ построен на микросхемах DD28 (К1533ИР22) DD29 (К1533ЛП10), которые управляются сигналами R_LOW_L и R_HI_L, поступающими через дешифратор адресов с шины ПК.
Буфер сигналов шины данных, адреса и управляющих сигналов реализован на микросхемах DD8 (КР580ВА86), DD2 (К1533ЛН1).
Формирователь сигналов системного прерывания выполнен на элементах DD12 (К1533ТМ2), DD15 (К1533ЛЕ1), DD17 (К1533ЛЛ1). Вектор прерывания с IRQ9 по IRQ12 выбирается соответствующей распайкой перемычки Е1. Запросы на прерывание генерятся (если разрешены) после каждого такта оцифровки. При чтении младшего байта результата преобразования прерывание сбрасывается.
Регистр номера канала и разрешения сигнала прерывания, реализован на микросхеме DD13 (К1533ТМ9). В таблице 4.1.2 приведены его формат и состояние разрядов в зависимости от выполняемой функции.
Таблица 4.1.2 – Формат и состояние разрядов регистра номера канала и разрешения сигнала прерывания
| D4 | D3 | D2 | D1 | D0 | |
| Канал 1 | - | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Канал 2 | - | 0 | 0 | 0 | 1 |
| Канал 3 | - | 0 | 0 | 1 | 0 |
| Канал 4 | - | 0 | 0 | 1 | 1 |
| Канал 5 | - | 0 | 1 | 0 | 0 |
| Канал 6 | - | 0 | 1 | 0 | 1 |
| Канал 7 | - | 0 | 1 | 1 | 0 |
| Канал 8 | - | 0 | 1 | 1 | 1 |
| Канал 9 | - | 1 | 0 | 0 | 0 |
| Канал 10 | - | 1 | 0 | 0 | 1 |
| Канал 11 | - | 1 | 0 | 1 | 0 |
| Канал 12 | - | 1 | 0 | 1 | 1 |
| Тестовый сигнал (0В) | - | 1 | 1 | - | - |
| Разрешение прерывания | 0 | - | - | - | - |
| Запрещение прерывания | 1 | - | - | - | - |
Регистр режима работы реализован на микросхеме DD14 (К1533ТМ2). В таблице 4.1.3 приведены его формат и состояние разрядов в зависимости от выполняемой функции.
Таблица 4.1.3 – Формат и состояние разрядов регистра режима работы
| D1 (EI) | D0 (Type_ST) |
| Программный запуск АЦП | 0 |
| Запуск АЦП от таймера | 1 |
| Запретить прерывание | 0 |
| Разрешить прерывание | 1 |
Программный запуск осуществляется при обращении по адресу ХХ5 (таблице 4.1.1) при сброшенном в нуль разряде D0 регистра режима.
Блок дешифрации и сопряжения включает в себя также дополнительную логику, осуществляемую вспомогательные функции по согласованию логических уровней составных частей устройства для синхронизации их работы, которая реализована на логических элементах серии 1533.
Программируемый таймер реализован на микросхемах DD19 (КР580ВИ53) и DD9 (К1533ИЕ7) – предварительного делителя на 16. Канал 0 таймера осуществляет деление входной частоты с программируемым пользователем коэффициентом. Канал 1 задает частоту тактирования для АЦП при запуске его от таймера, что определяется разрядом 0 регистра режима работы. Частота тактовых последовательностей задается программно и должна позволять полностью завершить весь процесс измерения и обновления информации.
Передача данных и управляющих сигналов от АЦП к блоку дешифрации и сопряжения осуществляется через диоды VD6…VD8 (АОД130А) блока гальванической развязки БГР и транзисторы VT61…VT6 (КТ306Б и КТ326БМ).
Выбор разъемного соединителя для подключения к модулю АЦП датчиков температуры определяется следующими факторами: 1) количество соединительных линий равно 24; 2) отсутствие требований по некритичности соединителя к работе в высокочастотных электрических цепях, к большим значениям рабочих токов (А) и напряжений (В); 3) наличие конструктивно – технологических ограничений, которые сводятся к минимизации размеров применяемого соединителя и использованию печатного монтажа для его электрического соединения с платой; 4) условия эксплуатации должны удовлетворять требованиям, изложенным в ТЗ на разработку; 5) в связи с тем, разъемные соединители среди других ЭРЭ, используемых в конструкции, обладают одними из наиболее низких показателей надежности [9], необходимо стремиться выбрать соединитель с максимальным значением наработки на отказ.
Учитывая вышеизложенное, в качестве соединителя подключения к модулю АЦП датчиков температуры целесообразно использовать вилку СНО52-30/56-9В-23-В [10].
Информация о подключении выводов микросхем к шинам питания и земли приведена в Приложении.
Реализация принятых схемотехнических решений при проектировании модуля АЦП представлена на схеме электрической принципиальной (БГУИ. 411117. 001Э3).
Среди общих требований, предъявляемых к материалам конструкций ЭВМ, можно выделить следующие:
1) обеспечение с заданной по ТЗ надежностью режимов работы устройства (требования по электромагнитной совместимости, помехоустойчивости, диэлектрическим потерям, тепловым режимам и др.);
2) требования, с точки зрения физико-химических свойств (хорошая обрабатываемость, прочность, малая масса, высокая степень сохраняемости свойств в процессе эксплуатации, негорючесть, экологическая чистота);
3) низкая стоимость.
Для разрабатываемой конструкции среди критериев, определяющих выбор применяемых материалов, основными являются следующие: во-первых, входные сигналы (и их обработка) не являются быстроизменяющимися [8]. Следовательно, к применяемым материалам не предъявляется особых требований по обеспечению конструктивной помехозащищенности аппаратных средств. Во-вторых, по представленному техническому заданию по совокупности значений климатических, механических и радиационных факторов разрабатываемая система относится к группе 1. К данной группе относятся стационарные ЭВМ и системы, работающие в отапливаемых наземных и подземных сооружениях [2], и, следовательно, к применяемым материалам устройства не выдвигаются дополнительные требования в связи с воздействиями на конструкцию каких-либо то неблагоприятных внешних факторов.