Разработка технических средств и методики контроля кольцевых швов малогабаритных емкостей

 

 

Рисунок 3.2 ─ Схема подключения кварца к микросхеме МП

 

Кварцевый резонатор ZQ1 выбираем с частотой 12МГц, а конденсаторы С1 и С2 по 33 пФ в соответствии с рекомендациями производителя микросхем.

Микросхема АЦП AD7417 [29]. Данная микросхема фирмы Analog Device представляет собой десятиразрядный АЦП.

Основные  параметры его следующие:

- время  преобразования – 15мкс;

- количество  аналоговых входов – 4;

- встроенный  температурный датчик – (–55С…+125С);

- встроенный  индикатор превышения температурного  порога;

- широкий  диапазон напряжений питания – (+2,7В…+5,5В);

- I²C совместимый интерфейс.

Условное  обозначение микросхемы приведено  на рисунке 3.3. Микросхема размещена  в 16-контактном пластиковом корпусе  типа SOIC.

Назначение  выводов.

VСС – питание +5В.

GND – общий вывод.

SDA – последовательная двунаправленная шина данных I2C.

SCL – цифровой вход тактовых импульсов интерфейса I2C.

OTI – выход цифрового сигнала индикатора превышения температурного порога. Выход устанавливается, если результат преобразования по каналу 0 больше, чем 8-битовое число, хранящееся в регистре OTR.

REF – вход внешнего опорного напряжения +2,5В. Чтобы использовать внутренний источник опорного напряжения, необходимо соединить этот вывод с выводом GND.

Conv – вход цифрового сигнала начала аналого-цифрового преобразования. Если импульс больше 4мкс, то его отрицательный фронт запускает цикл преобразования.

AIN1…AIN4 – аналоговые входные каналы.

A0…A2 – три программируемых бита адреса микросхемы для последовательного интерфейса I²C.

 

 

Рисунок 3.3 – Условное обозначение МС АЦП  AD7417

 

Микросхема SN74ALS373 [30] – это восьмиразрядный регистр на D-триггерах с динамическим С-входом.

Основные  электрические параметры микросхемы:

─ выходное напряжение (0,4;2,4)В.;

─ входной  ток (-0,2;+0,02)мА.;

─ ток  потребления 31мА.;

─ время  задержки регистра 19 нс.;

Условное  обозначение микросхемы  SN74ALS373 приведено на рисунке 3.4.

 

Рисунок 3.4 ─ Условное обозначение SN74ALS373

 

Назначение  выводов.

 D0…D7 – входная шина данных.

 Q0…Q7 – выходная шина данных с Z состоянием.

EО – разрешение выхода (высокий логический уровень сигнала на входе ЕО переводит выходную шину данных в Z состояние).

Регистр снабжен выходными буферными  усилителями, имеющими третье z-состояние, которое можно установить с помощью вывода разрешения ЕО, если подать на него напряжение высокого уровня. Выходные буферные усилители обладают высокой нагрузочной способностью.

Если  на вход ЕО подано напряжение низкого  уровня, то данные из D-триггеров регистра попадают на выходы Q0…Q7.

Вход  С регистра SN74ALS373 имеет гистерезис 400 мВ, что повышает помехоустойчивость при переключении.

Микросхема SMJ27C256 [31]. Выполняет функцию постоянного запоминающего устройства. Микросхема является перепрограммируемым ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием. Она предназначена для хранения данных, не изменяющихся в процессе выполнения программы МПС. Данная микросхема обладает расширенными возможностями и емкостью доступной памяти 32 кбайта.

Назначение  выводов МС.

А0…А14 –  адресные входы.

D0…D7 – выходы данных.

СEО – вход разрешения считывания.

CS – выбор микросхемы.

U_PG – вывод, на который подается последовательность прямоугольных импульсов длительностью 100 мс в режиме записи. В режиме считывания подключается к +5В.

+5В –  питание +5В.

GND – общий вывод.

Условное  обозначение микросхемы SMJ27C256 показана на рисунке 3.5.

 

 

Рисунок 3.5 ─ Условное обозначение микросхемы SMJ27C256

 

Таблица 3.1 – Режимы микросхемы РПЗУ-УФ SMJ27C256

Тип микросхемы	Сигналы управления	Запись слова	Контроль записи	Считывание	Хранение
К573РФ7 32К, 25 циклов	CS OE PR Upr, B , мс	0 1 0 19 50	0 0 1 19 --	0 0 1 5 0,3 мкс	1 Х X 5 --

 

Микросхема MCM6264 [32] – состоит из накопителя, выполненного на КМОП-элементах памяти, формирователей адреса строк и столбцов, дешифратора строк на 8 входов и 256 выходов, дешифратора столбцов на 4 входа и 16 выходов, предназначенных для выбора одного 8-разрядного слова из накопителя.

Условное  обозначение микросхемы MCM6264 приведено на рисунке 3.5, назначение выводов – в таблице 3.2.

 

Таблица 3.2 - Назначение выводов МС MCM6264

Обозначение	выводы	Назначение
А0—А12 DI0—DI7 CS1, CS2 CEO WR/RD   Ucc 0 В --	10—3, 25, 24, 21, 23, 2 11, 12, 13, 15—19 20, 26 22 27   28 14 1	Адресные входы Вход—выход данных Выбор микросхемы Разрешение  по выходу Сигнал записи—считывания Напряжение питания Общий Свободный

 

Рисунок 3.5– Условное обозначение МС MCM6264

 

 Основные  характеристики микросхемы MCM6264:

– информационная емкость – 8 кб;

– время выборки сигнала – не более 200 нс;

– напряжение питания – +5 В;

– потребляемая мощность:

      в режиме обращения –470 мВт;

      в режиме хранения:

              при Ucc=5,5 В – 22 мВт;

              при Uсс=2 В –11 мВт;

– диапазон температур – -10 – +70 С;

– выходной ток – 5 мА.

 

Таблица 3.3 – Сигналы управления микросхемой  MCM6264

CS1	CS2	CEO	WR/RD	A0—A12	DI0—DI7	Режим работы
1 0 0 0   0	0 1 1 1   1	Х Х Х 0   1	Х 0 0 1   1	Х Адресный       сигнал	Высокоомн. 0 1 данные в прямом коде высокоомн.	Хранение Запись 0 Запись1 Считывание   Запрет выхода

 

Микросхема HD7731 [33]. Одноразрядные цифро-буквенные индикаторы с высотой цифры 11мм из семи сегментов. Изготавливаются на основе  светодиодных структур галлий—фосфор—мышьяк. Выпускаются в пластмассовом корпусе. Масса не более 2,5 г.

Основные  параметры:

– сила света одного сегмента при I=20 мА– 0,2 мкд;

– цвет свечения – красный;

– сила света децимальной точки при I=20 мА – 0,1 мкд;

– постоянное прямое напряжение при I=20 мА – 2 В;

– максимум спектрального распределения

излучения на длине волны – 0,65-0,67 мкм.

– постоянный или средний прямой ток через один сегмент:

– при Т_окр<35^оС – 25 мА;

– при Т_окр=70^оС – 7,5 мА.

Мощность  рассеяния индикатора:

– при Т_окр<35^оС – 400 мВт;

– при Т_окр=70^оС – 90 мВт;

– постоянное обратное напряжении – 5В;

– диапазон рабочей температуры окружающей среды – -60 – +70^оС.

 

 

Рисунок 3.6 – Условное обозначение индикатора HD7731

Микросхема MC24C16RBN6 [34]. Представляет собой электрически стираемое и перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (ЭППЗУ), имеющее организацию 2048 слов по 8 байт (2 Кбайта). Условное обозначение микросхемы приведено на рисунке 3.7.

 

Рисунок 3.7 –Условное обозначение  МС ЭППЗУ MC24C16RBN6

 

Назначение выводов.

VCC – питание +5В.

GND – общий вывод.

SDA – последовательная двунаправленная шина данных I²C.

SCL – цифровой вход тактовых импульсов интерфейса I²C.

A0…A2 – три программируемых бита адреса микросхемы для последовательного интерфейса I²C.

WP – запрет записи.

Основные параметры микросхемы:

─ напряжение питания –  (4,5-5,5)В;

─ потребляемый ток – 3 мА;

─ максимальная тактовая частота – 1000 кГц;

─ максимальная длительность цикла записи – 10 мс;

─ минимальное  число циклов записи – 100000;

─ минимальный  срок хранения информации – 40 лет.

Микросхема  SN74LS02N [35]. Содержит 4 логических элемента 2ИЛИ-НЕ. Условное обозначение её приведено на рисунке 3.8. Микросхема размещена в 14-контактном пластиковом корпусе.

 

 

 

Рисунок 3.8 – Условное обозначение  МС SN74LS02N

 

3.2 Разработка  электрической принципиальной схемы  усилителей

 

После преобразования физических величин в электрические  с помощью ИП, полученные полезные сигналы необходимо усилить при  помощи усилителей.

Для  этого используем схему неинвертирующего усилителя, представленную на рисунке 3.9, на основе микросхемы операционного  усилителя MC1741CP1 с однополярным питанием от источника с напряжением +5 В [36].

Коэффициент усиления такого усилителя  описывается следующим выражением

 

Ку = 1 + R1/R2      (3.1)

Для расчета  коэффициента усиления определим сначала  необходимое напряжение на входе  АЦП1.

Напряжение  на выходе ИП1 212 мВ. Исходя из этого, определим коэффициент усиления МУ1. Он будет равен

 

.           (3.2)

 

 

 

Рисунок 3.9 – Схема неинвертирующего усилителя  на МС MC1741CP1

 

С учетом (3.1) и (3.2) рассчитаем сопротивления  резисторов R1 и R2

 

R1 = 43 кОм,

R2 = 2,2 кОм.

 

Резистор  R2 выбираем подстроечным, чтобы при настройке можно было точно выставить полученное значение коэффициента усиления.

Для сигнала с ИП2 известно, что максимальное значение напряжения на выходе датчика  136 мВ.

Тогда коэффициент  усиления МУ2 будет равен

 

.               (3.3)

 

С учетом (3.1) и (3.3) рассчитаем сопротивления  резисторов R1 и R2

 

R1 = 30 кОм,

R2 = 2,2 кОм.

 

Резистор  R2 выбираем подстроечным, чтобы при настройке можно было точно выставить полученное значение коэффициента усиления.

3.3 Разработка  электрической принципиальной схемы  устройства для подсчета и индикации дефектов

 

После включения питания на вывод 9 (RST) МС DD1 подается сигнал высокого уровня, после чего параметры всей микропроцессорной системы (МПС) устанавливаются в исходное состояние. Для сброса МПС в исходное состояние во время работы прибора используется клавиша «Сбр» (SB1). К выводам Х1 и Х2 МС DD1 подключен кварцевый резонатор ZQ1, с помощью которого формируется последовательность прямоугольных импульсов, вырабатываемых встроенным в МП генератором тактовых импульсов. Она синхронизирует во времени работу всех элементов МПС. Порт Р0 в МП DD1 используется для выдачи младшего байта адреса и для обмена данными. Для того чтобы зафиксировать младший байт адреса используется МС DD3 – восьмиразрядный регистр. При подаче сигнала низкого уровня на вывод 11(LD) микросхемы DD3 с выхода АLE (вывод 30) МП DD1 происходит фиксация младшего байта адреса. После этого порт Р0 DD1 используется для обмена данными с внешними устройствами. На выводах DD3 формируется младший байт системной шины адреса А0 – А7. Старший байт шины адреса А8 – А11 начинается с выводов порта Р2 МП.