МОСКОВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ ПРИЛАДОБУДУВАННЯ І ІНФОРМАТИКИ
Кафедра ПР-1
«Точні прилади і вимірювальні системи»
розрахунково-графічної роботи < p> на тему
«Розробка апарату вимірювання торцевого биття»
Дисципліна «Комп'ютеризація вимірювальних пристроїв»
Студент: Осипов С. А. < p> 5й курс
Група ПР-1
Викладач: Канаєв С. А.
Москва 2005 г.
ЗМІСТ
1. Введення.
2. Технічне завдання.
3. Розробка функціональної схеми приладу.
4. Розробка автомата управління.
4.1 Плагіни структурної схеми АУ.
4.2 Розробка функціональної схеми.
4.3.Опісаніе роботи схеми АУ.
4.4 Мікросхема ПЛІС.
5. Розробка принципової електричної схеми.
6. Перелік елементів.
1. ВСТУП
У даній розрахунково-графічної роботи потрібно розробити схемусполучення з персональним комп'ютером (ПК) фотоелектричного приладу ззарядовим зв'язком матриці (ЛПЗС), який здатний вимірювати величинуторцевого биття деталі. Дане пару потрібно здійснити за допомогоюпорту COM. Прилад застосовується як система контролює якістьдеталі.
2. ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ
Розробити пристрій сполучення приладу для виміру биття вала звикористанням лінійного приладу з зарядним зв'язком (ЛПЗС). Інтерфейс із ПК
RS232.
Технічні характеристики розробляється пристрою представлені в
Таблиці № 1. Тимчасова діаграма сигналу керування для лінійки представленана рис 1.
Таблиця № 1
| Вар. | Amax | Похибка | Кількість | Частота | Амплітуда | Сигнали для |
| № | Максимальна | | імпульсів | опитування | вихідного | управління |
| | Биття |? (%) | Зсуву | (кГц) | сигналу з | |
| | Деталі (мкм) | | | | ЛПЗС (В) | |
| | | | | | | N1 | n2 |
| 28 | 150 | 2 | 1024 | 100 | 0.08 | 10 | 4 |
Імпульс експонування
Імпульс перенесення
Імпульс зрушення
Імпульс скидання АУ
Рис.1
3. РОЗРОБКА ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ СХЕМИ ПРИЛАДУ
Рис.2
Опис елементів функціональної схеми приладу, рис.2:
ЛПЗС - лінійний фоточутливий прилад із зарядним зв'язком
АУ - автомат управління
МК - мікроконтроллер
БО - буфер обміну даними
ПК - персональний комп'ютер
К - компаратор
Г1, Г2 - мікрогенератори
ССВ - схема супервізора
СП - схема живлення пристрою
Принцип роботи приладу за функціональною схемою:
З приходом сигналу пуск із ПК, мікроконтроллер подає сигнал на УУвиконаного на ПЛІС, а той у свою чергу формує сигнали для управління
ЧЭ (ЛПЗС), ЛПЗС видає дані, які, проходячи через компаратор і потрапляютьна МК. МК обробляє дані і передає їх через БО на ПК.
4. РОЗРОБКА АУ.
4. 1 РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ АУ.
Рис.3
На рис.3 представлена структурна схема, яка призначена дляформування керуючих сигналів для ЛПЗС.
Використовувані вхідні сигнали:
1. RESET - за цим сигналом відбувається запуск схеми ПЛІС
2. CLK - сигнал тактових імпульсів, які задають роботу ПЛІС
Вихідні сигнали: n1, n2, N - сигнали, які виробила ПЛІС для управління ЛПЗС.
4. 2 РОЗРОБКА ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ СХЕМИ.
Рис. 4
Дана схема (рис.4) відображає внутрішню структуру АУ, побудовануна 20-і D тригерах, що відмірюють кількість імпульсів, для керуючихсигналів, 1-му лічильнику, 5-ти інвертора, які задають логічний рівень,фронт або зріз, і елементах логічне «І» та «АБО-НЕ».
4. 3 ОПИС РОБОТИ СХЕМИ АУ.
АУ формує керуючі сигнали за рахунок тактових імпульсівщо надходять з генератора на вхід CLK, та сигналу скидання АУ - RESET. Схемуможна розбити на три, схожих за функціями, блоку, кожен з якихформує свій вихідний сигнал, у суворій послідовності. Перший блокформує сигнал «n1», рівний 10t, де t - період одного тактовогоімпульсу, друга - формує сигнал «n2», рівний 4t, третій блок формуєсигнал «N» - це 1024 імпульсу, призначених для виводу даних з ЛПЗС.
Перший блок (Блок1) складається з 12 (дванадцяти) D-тригерів. Інверторив схемі АУ служать для формування необхідного сигналу (зрізу або фронту,високого рівня або низького). З появою низького логічного рівня навході RESET, дозволяємо роботу D - тригерів. З приходом перших тактовогоімпульсу, перший тригер встановиться в одиницю. Встановиться Одиниця навході 2 (другий) і 12 (дванадцятий) D-тригерів, сигнал «n1» будесформовано 12 (дванадцятого) тригером, шляхом встановлення його в одиницю зприходом другого тактового імпульсу, і скиданням його з приходом 11
(одинадцятого) імпульсу. Скидання формується за рахунок лінії затримкивиконаної на 10 (десяти) D - тригери.
Сигнал «скидання» для другого блоку (Блок2) береться з виходу Qпередостаннього тригера лінії затримки блоку (Блок1) (для збігу зрізусигналу з першого блоку (Блок1), і фронту, сигналу з другого блоку
(Блок2)). Сигнал «n2» формується з 6 (шостого) тригера Блоку (Блок2)аналогічно формування сигналу «n1». Лінія затримки сформована начотирьох D - тригери.
Зріз сигналу «n2» служить що дозволяє, по засобом тригера в третьомублоці (Блок3), роботу одинадцяти розрядного лічильника і дозволяє прохідтактових імпульсів, по засобом елемента логічне «І». Лічильниквідраховує 1024 імпульсу і скидає D - тригер, тим самим, пропустивши
1024 імпульсу на виході елемента логічне «І» встановиться логічнийнуль. Це і становить керуючий сигнал для ЛПЗС - «N».
Тимчасова діаграма представлена на рис.5 і 5б.
Рис.5 (в початковий момент часу) < p>
Ріс.5б (в кінцевий момент часу)
4. 4 МІКРОСХЕМИ ПЛІС.
Розташування висновків ПЛІС після компіляції (у програмі MAX + plus II
9.23 Baseline) представлено на рис. 6
Рис. 6
Дана програмувальна інтегральна логічна схема (ПЛИС) складається з
68 висновків.
VCC = Висновок харчування
GND = підключається на «землю» GND
RESERVED = Невикористаний висновок, який повинен бути залишеним НЕпідключеним.
5. РОЗРОБКА Принципова електрична схема.
1. Роль чутливого елемента виконує лінійний фоточутливийприлад із зарядним зв'язком (ЛПЗС), мікросхема серії К1200 ЦЛ1. Напринципової електричної схеми, в рамках даної курсової роботи,представлений у вигляді роз'єму Х1 (Х1, Х2 - роз'єми серії 301-02-1-1-1).
2. Пристрій керування виконано на СБІСПЛ, DD1 (серія ЕРМ 7032 LC 44
- 6) і схемою Мікрогенератори, DD2 (SG-10) з робочою частотою 100кГц.
Завдання цього пристрою управління подати сигнали, які визначають роботу ЛПЗС,і що дозволяють зняти дані про величину биття деталі, по сигналу відмікроконтролера (елемент DD3-мікроконтроллер, МК, серії AT90S2313).
3. DA2 - мікросхема серії LM311 - компаратор. Служить для формуваннялогічних рівнів ( «0» і «1») на вході МК, а також для відсічення сигналунесучого частковий заряд з ЛПЗС.
4. DD4 - Мікрогенератори SG-11, з робочою частотою 4МГц.
5. DD5 - мікросхема серії КР1171СП42 - супервізор.
6. DD6 - мікросхема серії ADM202 - буфер обміну, служить для обмінуінформацією з персональним комп'ютером (ПК) через СОМ - порт (на схемі
ХР3).
7. Схема живлення приладу виконана на мікросхемі серії КР142ЕН5А (DA1)
- Стабілізатор напруги позитивної полярності, на виході якоївиробляється стабілізоване напруга +5 В, і конденсаторах С1-С3, С5-
С11, С1, С2-С16 конденсатори з ємністю 0,1 мкФ.
8. Дільник напруги, виконаний на резистор R1, R2, служить дляформування напруги, за яким відсікається сигнал несе частковийзаряд з ЛПЗС, це напруга становить 50мВ.
6. Перелік елементів
| Фор | Зон | Поз | | | Кількість | |
| мат | а |. | Позначення | Найменування | Кількість | Примітка |
| | | | | | | |
| | | | | Мікросхеми | | |
| | | | | Буфер обміну | | |
| | | | DD6 | ADM 202 | 1 | |
| | | | | Компаратор | | |
| | | | DA2 | LM 311 | 1 | |
| | | | | Мікрогенератори | | |
| | | | DD2 | SG-10 | 1 | |
| | | | DD4 | SG-11 | 1 | |
| | | | | Мікроконтролер | | |
| | | | DD3 | AT90S2313 | 1 | |
| | | | | ПЛІС | | |
| | | | DD1 | EP 1810 LC 20 | 1 | |
| | | | | Стабілізатор | | |
| | | | DA1 | КР142ЕН5А | 1 | |
| | | | | Супервізор | | |
| | | | DD5 | КР1171СП42 | 1 | |
| | | | | | | |
| | | | | Конденсатори | | |
| | | | C1-C16 | К10-17Б | 16 | |
| | | | | | | |
| | | | | Роз'єми | | |
| | | | X1, X2 | 301-02-1-1-1 | 2 | |
| | | | XP3 | DB-9M | 1 | |
| | | | | Резистори | | |
| | | | R1 | С2-29В-0, 125-1к-0.1% | 1 | |
| | | | R2 | С2-29В-0, | 1 | |
| | | | | 125-99К-0.1% | | |
| | | | R3 | С2-29В-0, | 1 | |
| | | | | 125-10к-0.1% | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | |
| | | | | | Розрахунково-графічної роботи |
| | | | | | |
| Изм. | Лист | № | Подп. | Дата | |
| | | Докум. | | | |
| Розробок. | Осипов | | | | Лiт. | Лист | Листів |
| | | | | | | | |
| | | | | Специфікація | | | |
| | | | | | |
| | | | | | |
-----------------------
N
n2
n1
CLK
ЛПЗС
АУ
До
СП
МК
БО
ПК
Г1
Г2
ССВ
RESET
Блок3
Блок2
Блок1
