Обґрунтування вимог до основних елементів

На сучасному етапі розвитку стало можливим підібрати елементи, що забезпечили б майже будь-які вимоги конструктора-розробника. Провідні фірми розробники елементної бази, намагаються представити на ринок більш конкурентну здібну продукцію, покращуючи продукт його якість та доведення його характеристик до близьких до ідеалу. Така ситуація на ринку практично вирівнює основні показники елементної бази різних виробників, залишаючи несуттєві переваги один перед одним. Основним фактором вибору елементів того чи іншого елемента зводитися до ціни продукту і наявності його на національному ринку, та складність доставки.

Ще один фактор який ми враховуємо при виборі елементів схеми — це забезпечення в повній мірі вимог, поставлених до елементу, можливі додаткові функції, що не суперечать основній структурі. Приведені викладки дозволяють використовувати спеціалізовані мікросхеми та елементи різних фірм не зважаючи на уніфікацію елементної базі, врахувавши лише сумісність вхідних-вихідних параметрів цих мікросхем та радіоелементів.

Запишемо основні вимоги до складових частин приладу для вимірювання тривалості трикутного імпульсу:

1. Компаратор (АЦП елементарний) — це елемент порівняння, який широко використовується в системах контролю та автоматичного керування. Компаратори відносяться до елементів імпульсної техніки. Компаратор, виконаний на базі операційного підсилювача (ОП), порівнює вимірювану напругу Uвх, яка подається на один із входів (переважно на інвертувальний), із опорною напругою (наперед заданою) Uоп, яка подана на інший вхід. Опорна напруга є незмінною в часі, додатньої чи від'ємної полярності, а вхідна напруга — змінюється. Коли Uвх=Uоп вихідна напруга ОП змінює свій знак на протилежний (з U+вих.макс на U-вих.макс чи навпаки). Тому компаратор має ще назву «нуль-орган», оскільки зміна полярності вихідної напруги (перемикання) відбувається за умови, що uвхUоп=0, де Uоп — задана напруга.

Аналоговий компаратор — це пристрій, призначений для порівняння двох сигналів. Найпростіша схема компаратора може бути побудована на операційному підсилювачі без зворотного зв’язку. На один із входів операційного підсилювача подається відоме опорне напруга, на іншій — порівнюваний аналоговий сигнал, наприклад сигнал з датчика.

Рисунок 4.1 Схема включення компаратора Поведінка операційного підсилювача без зворотного зв’язку описується рівнянням: Uout = (Uin1 — Uin2)*G, де Uout — напруга на виході операційного підсилювача, Uin1 — напруга на неінвертуючий вході, Uin2 — напруга на інвертується вході, G — коефіцієнт посилення з розімкненою петлею зворотного зв’язку.

Існує декілька схем включення комутаторів, а саме:

Пряме:

Рисунок 4.2 Схема включення компаратора пряма.

Інверсне:

Рисунок 4.3 Схема включення компаратора інверсна Тригер Шміта:

Рисунок 4.4 Схема включення компаратора як тригера Шміта пряме Всі описані варіанти є досить популярними, але в перших двох реалізаціях є не достаток того що схеми дуже сильно чутливі до шуму, в третьому рішенні ця проблема вирішена. Але існує четверте вирішення проблеми, а саме використання в строєних компараторів. Даний варіант є більш кращим так як це знімає з нас розрахунок напруги на компараторі так як відповідний рівень вже є настроєним.

2. Мікроконтролер — це виконана у вигляді мікросхеми спеціалізована мікропроцесорна система, що включає мікропроцесор, блоки пам’яті для збереження коду програм і даних, порти вводу-виводу і блоки зі спеціальними функціями (лічильники, компаратори, АЦП та інші).

Використовується для керування електронними пристроями. По суті, це є однокристальний комп’ютер, здатний виконувати прості завдання. Використання однієї мікросхеми значно знижує розміри, енергоспоживання і вартість пристроїв, побудованих на базі мікроконтролерів.

Обираємо мікросхему родини PIC16 °F які наведенні в таблиці із сайту виробника. Я зупинила свій вибір на мікросхемі PIC16F628. Він є 16 розрядною схемою з максимальною робочою частотою 20 МГц що є більш ніж достатньою для точного визначення періоду тривалості імпульсу. Пам’ять мікропроцесора розрахована на 2048 слів, що достатньо для нашої програми. А також подальшого модифікування для роботи з більшим діапазоном частот. ОЗУ складає 128 байт. Також МК є одним із самих дешевших на ринку.

Також мікроконтролер містить 2 компаратори що може в подальшому використовуватись для порівняння двох сигналів або роботи в два канали. Також міститься програмний таймер що полегшує програмний підрахунок тривалості та підвищує точність вимірів. Також мікроконтролер повністю відповідає характеристикам кліматичних умов, а саме стандартним кімнатним умовам.

• 3. Перетворювач двійкового коду в код семисегментного індикатора служить для переведення однієї форма числа в іншу. З мікроконтролера надходить двійковий код, а оскільки потрібно відобразити інформацію на семисегментному світловому індикаторі у вигляді арабських цифр. То ми вимушені використати даний блок. Але даний блок в наш час досить часто є вбудованим в блоки з семи сегментними світловими індикаторами.
• 4. Пристрій відображення інформації(ПВІ) широко використовується для для виведення інформації 7-сегментный индикатор с общим катодом.

Семисегментний індикатор — пристрій відображення цифрової інформації. Це — найбільш проста реалізація індикатора, який може відображати арабські цифри. Для відображення букв використовуються більш складні багатосегментні і матричні індикатори.

Саме перетворення двійкового коду проходить ще в мікроконтролері, а на вихід подається 7 бітів інформації для того щоб засвітити той чи інший символ на тому чи іншому індикаторі. В наш час такі індикатори випускають в панелях що є досить зручним в плані монтажу.