Министерство Науки и Образования Российской Федерации
Курганский Государственный Университет
Кафедра Автоматизации технологических процессов и производств
КУРСОВАЯ РАБОТА
Расчетно-пояснительная записка
по дисциплине: «Вычислительные машины, системы и сети»
на тему: «Одноканальное устройство контроля температуры»
Студент: Сумец А.Ф.
гр. Т-413
Руководитель:
Стукало В.А.
Курган 2006
Аннотация
В данной курсовой работе рассматривается разработка одноканального устройства контроля температуры.
Курсовая работа состоит из следующих частей:
1. Расчетно-пояснительная записка;
2. Графическая часть:
a. Функциональная схема
b. Электрическая принципиальная схема
c. Спецификация (2 листа)
d. Временные диаграммы (IOR – чтение, IOW – запись)
e. Блок схема управляющей программы.
Расчетно-пояснительная записка сделана в Word 2002, а графическая часть – Компас 8.0.
Содержание
Введение
1. Техническое задание
1.1 Наименование и область применения
1.2 Основания для разработки
1.3 Цель и назначение разработки
1.4 Режимы работы устройства
1.5 Источники разработки
1.6 Условия эксплуатации
1.7 Технические требования
1.8 Стадии и этапы разработки
1.9. Порядок контроля и приема
2. Разработка одноканального устройства контроля температуры
2.1 Разработка функциональной схемы
2.2 Разработка принципиальной электрической схемы
2.2.1 Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)
2.2.2 Селектор адреса
2.2.3 Формирователь стробов
2.2.4 Регистр записи
2.2.5 Цифро-аналоговый преобразователь
2.2.6 Регистр чтения
2.2.7 Транслятор прерывания
2.3 Описание временных диаграмм
2.4 Разработка алгоритма управляющей программы
2.5 Настройка устройства на работу
Заключение
Приложение 1
Список использованной литературы
Введение
В последнее время персональные компьютеры получили очень широкое распространение во всех сферах жизни общества. Они используются и в производственной области для решения задач управления, измерения, автоматизации. Нередко к компьютеру бывает необходимо подключить какое-либо устройство. Это можно сделать с помощью стандартных выходов: параллельного (LPT) и последовательного (COM) портов, а также можно использовать шину ISA – она является практически стандартной шиной для персональных компьютеров типа IBMPCAT и совместимых с ними.
Шина ISA (IndustryStandartArchitecture) – шина, применявшаяся с первых моделей PC и ставшая промышленным стандартом.
В настоящее время в среде персональной компьютерной техники шина ISA является устаревшей. На смену ей пришли шина PCI и достаточно бурно развивающаяся в последнее время технология PCIExpress.
Но, несмотря на все это, шина ISA не потеряла своего значения. Она до сих пор используется в промышленных компьютерах. Это связано с тем, что устройства сопряжения с датчиками, подключаемые к шине ISA, можно без особых трудностей разрабатывать и собирать в домашних условиях. А это очень важно при проектировании автоматизированных систем.
Помимо этого, отметим, что для шин ISA ряд фирм выпускает карты-прототипы (Protitype Card), представляющие собой печатные платы полного или уменьшенного формата с крепежной скобой. На платах установлены обязательные интерфейсные цепи - буфер данных, дешифратор адреса и некоторые другие. Остальное поле платы представляет собой "слепыш", на котором разработчик может разместить макетный вариант своего устройства. Эти платы удобны для макетной проверки нового изделия, а также для монтажа единичных экземпляров устройства, когда разработка и изготовление печатной платы нерентабельно.
Данная работа посвящена разработке устройства, подключаемого к стандартному ISA интерфейсу системной магистрали IBM-совместимого компьютера: адаптера одноканального устройства контроля температуры, который является устройством сопряжения между датчиком температуры с одной стороны и компьютером с другой стороны.
1. Техническое задание на курсовое проектирование по курсу “Вычислительные машины, системы и сети”
1.1 Наименование и область применения
Одноканальное устройство контроля температуры применяются для измерения и контроля температур силовых элементов таких, как транзисторы или тиристоры, отвечающие за управление двигателем переменного тока, в диапазоне 0…100°С.
В данном устройстве контроля температуры применяется эффект изменения сопротивления терморезистора. В качестве рабочего терморезистора используется стандартный медный теромпреобразователь ТСМ50М.
Устройство должно обеспечивать передачу информации о температуре в рабочей зоне технологического процесса в ПЭВМ через ISA-разъем. При этом компьютер должен осуществлять циклы чтения и записи данных по программе. После передачи информации должна осуществляться визуализация полученных данных на мониторе ЭВМ.
Одноканальное устройство контроля температуры выполнено в виде одного отдельного блока. Питание устройства осуществляется через разъем ISA.
Устройство собрано на печатной плате из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита. Устройство имеет экранировку со степенью защиты IP42.
Оцифровка аналоговой информации должна осуществляться с помощью 10 - битового аналого-цифрового преобразователя (АЦП), который
является главным звеном в схеме адаптера. АЦП работает, не зависимо от тактовой частоты шины ISA.
Для снижения помех и исключения ложных срабатываний возле каждой микросхемы должно быть установлено по одному керамический конденсатору и неиспользуемые входы логических элементов должны быть соединены с общим проводом.
1.2 Основания для разработки
Основанием для разработки является учебный план для специальности
220301 “Автоматизации производственных процессов”, а также задание на курсовую работу по дисциплине «Вычислительные машины, системы и сети».
1.3 Цель и назначение разработки
Целью работы является разработка одноканального устройства контроля температуры для контроля и измерения температур силовых элементов, отвечающих за управление ДПТ, в диапазоне от 0 до 100°С.
1.4 Режимы работы устройства
Одноканальное устройство контроля температуры будет работать в одном режиме. Измерение по прерываниям. В этом режиме цикл чтения информации с устройства будет осуществляться по прерыванию основной управляющей программы. При этом содержание вектора прерывания (адрес программы обработки прерывания) будет изменяться, а после выполнения прерывания – восстанавливаться.
1.5 Источники разработки
Основным источником разработки являются:
1) Стукало В.А. Методическое указание по курсовому проектированию по дисциплине «Вычислительные машины, системы и сети» для студентов специальности 220301.
2) Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические изме рения физических величин: (Измерительные преобразователи). Учеб. пособие для вузов. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1983. – 320 с., ил.
3) Фрунзе А. Простой термометр на основе резистивного термодатчика. - Схемотехника, 2000, №2, с. 49, 50.
1.6 Условия эксплуатации
Для эксплуатации устройства в составе ПЭВМ необходимо чтобы промышленный компьютер удовлетворял следующим условиям:
- температура окружающего воздуха 0…50ºС;
- относительная влажность воздуха 5…85% при 50ºС;
- вибрация: частота 5…17 Гц при амплитуде 3 мм;
- степень защиты по передней панели IP42 (при закрытой защитной шторке);
При работе для охлаждения корпуса и внутреннего содержимого ПЭВМ должен быть предусмотрен кондиционер.
Во избежание влияния электромагнитных помех устройство должно быть снабжено экранировкой.
Питание двухканального устройства контроля температуры должно осуществляться от шины ISA. Напряжения питания шины ISA: +12В, -12В, +5В.
1.7 Технические требования
Устройство должно быть выполнено на отдельной плате, вставляемой в разъем шины ISA. Датчик и усилитель вынесен на отдельную плату. Это делается, исходя из того, что падение напряжения на терморезисторе мало и его нужно сначала усилить, а потом передать устройству через разъем Х2.
Конструктивно устройство должно быть оснащено экранировкой. Плата должна быть покрыта лаком, для исключения замыкания дорожек на плате, и попадания пыли на токоведущие части платы.
Безопасность обеспечивается отсутствием на схеме неизолированных электрически опасных для человека цепей.
Устройство должно удовлетворять всем требованиям плат расширения, подключаемых к ПЭВМ через интерфейс ISA. Шаг контактов: 2,54 мм. Толщина платы: 1,6 мм.
Устройство требует наличия свободных ISA слотов в промышленном компьютере. Плата устройства должна вставляться в разъем ISA до упора.
По пожарной безопасности устройство должно соответствовать ГОСТ Р 50571.17-2000.
1.8 Стадии и этапы разработки
Разработка устройства выполняется в сроки, предусмотренные самим разработчиком.
Разработку устройства можно разбить на следующие этапы:
- проектирование структурной схемы;
- разработка принципиальной электрической схемы;
- разработка отдельных электронных частей устройства, подбор микросхем;
- контроль работоспособности схемы посредством составления временных диаграмм и коррекция принципиальной электрической схемы по мере необходимости;
- проектирование блок-схемы управляющей программы;
- коррекция принципиальной электрической схемы в зависимости от блок-схемы управляющей программы по мере необходимости;
- составление программы управления;
- сведение расчетов и описаний в расчетно-пояснительную записку.