Проектирование модуля ввода/вывода аналоговых, дискретных и цифровых сигналов, предназначенного для сбора данных со встроенных дискретных и аналоговых входов с последующей их передачей в сеть. Расчет временных задержек. Выбор резисторов на генераторе.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

2

Содержание

• Введение
• 1. Разработка структурной схемы
• 2. Разработка принципиальной схемы
• 3. Расчетная часть проекта
• 3.1 Расчет временных задержек
• 3.2 Расчет нагрузочных резисторов
• 3.3 Выбор резисторов на генераторе
• 3.4 Расчет усилителя
• 3.5 Расчет фильтра питающего напряжения
• 3. Моделирование системы ввода/вывода
• Заключение


Введение

Темой курсового проекта является «Модуль ввода/вывода аналоговых, дискретных и цифровых сигналов». Данный модуль на сегодняшний день получил широкое распространение во всех отраслях промышленности. Так же данный прибор широко применяется в области автоматизации, так как осуществляет преобразование сигналов, согласование сигналов между приборами и микросхемами, а это в свою очередь является неотъемлемой частью процесса автоматизации. Целью работы является проектирование модуля ввода/вывода аналоговых, дискретных и цифровых сигналов. Данный модуль предназначен для сбора данных со встроенных дискретных и аналоговых входов с последующей их передачей в сеть и управления встроенными дискретными вычислительными элементами, используемыми для подключения исполнительных механизмов с дискретным управлением, по сигналам из сети или в зависимости от состояния дискретных входов. В ходе курсового проектирования необходимо изучить аналоговые схемы, цифровые микросхемы серии КР1533 для их использования при проектировании систем управления, закрепить навыки проектирования цифровых устройств, изучить стандарты по изображению принципиальных электрических схем цифровой техники, а так же получить навыки по расчетам элементов схем.



1. Разработка структурной схемы

Проектируемая МПСУ предназначена для сбора данных со встроенных дискретных и аналоговых входов с последующей их передачей в сеть и управления встроенными дискретными вычислительными элементами, используемыми для подключения исполнительных механизмов с дискретным управлением, по сигналам из сети или в зависимости от состояния дискретных входов.

В состав структурной схемы входят:

- входные/выходные регистры;

- счетчики;

- генератор;

- аналогово-цифровой преобразователь;

- цифро-аналоговый преобразователь.

С помощью шины адреса задается комбинация адреса к вводным или выводным элементам системы, а так же на управляющий элемент, т.е. дешифратор. Дешифратор - это комбинационная схема с несколькими входами и выходами, преобразующая код, подаваемый на входы, в сигнал на одном из выходов, с помощью которого осуществляется управление входными и выходными регистрами, ЦАП, АЦП, буферами на счетчиках и генератором прямоугольных импульсов, через триггер управления. На выходе дешифратора появляется логическая единица, на остальных -- логические нули.

К вводным элементам относятся: входной регистр, АЦП, буфера счетчика. К выводным элементам: выходные регистры, ЦАП, генератор.

Регистры осуществляют прием, хранение и передачу информации. В данной системе используются параллельные регистры, то есть схемы разрядов не обмениваются данными между собой. Общими для разрядов обычно являются цепи тактирования, сброса/установки, то есть цепи управления.

После регистров сигнал проходит через оптопару -- электронный прибор, состоящий из излучателя света и фотоприёмника, связанных оптическим каналом и, как правило, объединённых в общем корпусе, предназначенный для развязки системы, т.е. для разделения между собой силовой части от управляющих сигналов. Принцип работы оптрона заключается в преобразовании электрического сигнала в свет, его передаче по оптическому каналу и последующем преобразовании обратно в электрический сигнал.

С дешифратора сигнал так же поступает на буфера обмена, которые используются в системе как вспомогательные элементы для передачи данных от счетчика к шине данных, т.е. в момент, когда с дешифратора на буфер обмена приходит ноль, он позволяет передавать сигнал со счетчика на шину данных. В системе используются асинхронные счетчики числа импульсов -- устройства, на выходах которых получаются двоичные (двоично-десятичные) коды, определяемые числом поступивших импульсов. Асинхронные счётчики строятся на JK-триггерах. Счетчики предназначены для счета импульсов.

Сигнал с дешифратора, который поступает на триггер управления (используется D-триггер), обеспечивает запуск генератора прямоугольных импульсов через логический элемент «И-НЕ». В схеме разработан генератор прямоугольных импульсов, который генерирует электрические импульсы заданной частоты прямоугольной формы для синхронизации различных процессов в цифровых устройствах. Далее сигнал проходит через двухкаскадный усилитель, который увеличивают амплитуду напряжения импульсов.

В систему так же включены цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), который осуществляет преобразование цифрового кода в аналоговый сигнал (ток, напряжение или заряд), и аналого-цифровой (АЦП), который преобразует входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал).

Микросхемы и дискретные элементы, на которых выполнены структурные блоки:

-шина данных - СНП64-64В-23-2,

-дешифратор - КР1533ИД4,

-выходной и входной 8-разрядные регистры - КР1533ИР23,

-выходной 4-разрядный регистр - КР1533ИР38,

-ОГР на выходных регистрах - К293КП13П,

-ОГР на входных регистрах - К293ЛП6Р,

-буфера обмена - КР1533АП4,

-асинхронные счетчики - КР1533ИЕ7,

-триггер управления - КР1533ТМ8,

-генератор на базе кварцевого резонатора RG02,

-двухкаскадный усилитель на базе транзисторов КТ315А и КТ8330В,

-ЦАП - AD5331,

-АЦП - MAX1177.



2. Разработка принципиальной схемы

Управление микросхемами происходит путем подачи на дешифратор сигналов с шины адреса: ADR0, ADR1. Считывание с шины данных осуществляется сигналом «Вывод». Загрузка в шину данных осуществляется сигналом «Ввод». Вывод данных через ОГР осуществляется заданием кода сигналов «ADR0, ADR1, Вывод» на дешифраторе «DD3», который адресуется к регистрам «DD1» или«DD2», через инверторы «DD6.2-DD6.3», затем происходит передача данных через регистр на инверторы «DD6.5-DD8.4». При подаче на вход инвертора «1», на выходе сигнал преобразуется в «0», и через оптопару «U1-U12» начинает протекать ток с заданными параметрами на выход схемы.

Запись данных через ОГР «DD11-DD13» согласуется через инверторы «DD8.5-DD8.6, DD9.1-DD.4»и регистр «DD14» при помощи управляющего сигнала EZс дешифратора «DD3» и разрешает запись в шину данных.

Вывод данных через ЦАП «DD5» осуществляется заданием кода сигналов «ADR0, ADR1, Вывод» на дешифраторе «DD3», который адресуется к нему через цифровые входа «DB0-DB9». 10-разрядный сигнал преобразуется в аналоговый на выходе «V_OUT».

Преобразование данных через АЦП «DD4» проходит в два действия по 8 бит. Управляющий сигнал с дешифратора на входе разрешает преобразование аналогового сигнала в цифровой. Вход «HBEN»отвечает за вывод старшего или младшего бита на шину данных.

Количество импульсов считается через вход +1. В случае если 4-разрядный счетчик переполнен, то он сбрасывается на 0 и посылает сигнал на второй счетчик, потом аналогично на третий. Все биты поступают на буфер. Дешифратор подает управляющий сигнал EZ, который снимает высокоимпедансное состояние с выходов буферов, и информация поступает на шину.



Таблица 1. Таблица адресации дешифратора

	вывод	ввод	ADR0	ADR1
C	1	0	0	0
1С	1	0	1	0
CS	1	0	0	1
C	1	0	1	1
EZ	0	1	0	0
1EZ, 2EZ	0	1	1	0
2EZ	0	1	0	1
CS	0	1	<... Другие файлы: Модуль ввода аналоговых и вывода дискретных сигналов Проектирование модуля вывода дискретных и ввода аналоговых сигналов для систем управления различным технологическим оборудованием. Моделирование схемы... Аппаратное резервирование в промышленной автоматизации Общие принципы резервирования. Методы диагностики обрыва во входных цепях аналоговых модулей. Принцип работы системы, резервированной методом замещени... Телекоммуникационные транспортные системы и сети Логарифмические параметры сигналов и каналов электросвязи.Каналы двустороннего действия.Линейное разделение сигналов.Мультиплексирование и демультипле... Цифровая обработка сигналов Учебник представляет собой базовый курс по цифровой обработке сигналов. В нем изложены основы теории дискретных сигналов и систем, рассмотрены методы... Разработка генератора аналоговых сигналов Исследование принципов разработки генератора аналоговых сигналов. Анализ способов перебора адресов памяти генератора аналоговых сигналов. Цифровая ген...