Розробка пристрою спряження тахометричного перетворювача з ЕОМ

3.2 Розробка пристрою спряження тахометричного перетворювача з ЕОМ

Для реалізації пристрою для вимірювання та контролю кутової швидкості необхідно реалізувати пристрій для спряження тахометричного перетворювача з ЕОМ.

Розробляємий пристрій орієнтован на дослідження перехідних режимів ЕМПЕ, тобто нас в даному випадку не цікавить робота пристрою у реальному часі. Але це не значить, що його роботу у реальному часі неможливо реалізувати. Для цього необхідно змінити алгоритм його роботи так, щоб після кожного вимірювання проводилось обчислення кутової швидкості та вивід її значення.

Вихідний сигнал тахометричного перетворювача перетворюється у цифровий код за допомогою аналого-цифрового перетворювача. Розрізнювальна здатність пристрою за кутом повороту залежить від числа розрядів АЦП та визначається виразом

, (3.8)

де - розрізнювальна здатність за кутом повороту; n - кількість двійкових розрядів АЦП.

Задаємось значенням кутової ширини прорізі діафрагми =1⁰ виходячи з умов технічного завдання =0.1⁰, визначаєм необхідну кількість двійкових розрядів.

, (3.9)

З цього виразу слідує, що необхідно вибрати 12-розрядний АЦП.

Швидкодія АЦП повина бути максимально можливою, що забезпечить вимірювання максимально можливої кутової швидкості, верхнє значення якої обмежується частотними властивостями фотоприймачів. Вимірювання низьких кутових швидкостей можливо забезпечити шляхом зменьшення тактової частоти АЦП чи програмно.

Цим умовам задовільняє АЦП фірми ANALOG DEVICES AD1671. Параметри цієї мікросхеми наступні [11]

Час перетворення - 800 нс

Частота дискретизації 1.25 МГц

Вбудований пристрій вибірки зберігання

Низка споживаєма потужність

Індикація вихіду вхідного сигналу за межі діапазону

Для узгодження роботи процесора з АЦП необхідно використати порт уведення-виведення.

Обираємо двунаправлений програмований паралельний порт уведення-виведення вітчизняного виробництва К580ВВ55.

Ця мікросхема уявляє собою програмований порт, який включає в себе три двунаправлених порти.

Порт ініціалізується схемою ініціалізації INIT, за допомогою якої формується сигнал вибірки порту CS та на його входи А0 та А1 подаються сигнали, які визначають режим його роботи.

Генератор з кварцевою стабілізацією частоти, що запускає АЦП, запускається програмно через порт, коли в нього записується керуюче слово «початок вимірювань». Вихідний сигнал генератору блокується керуючим словом «кінець вимірювань».

Крім запуску АЦП, вихідний сигнал генератору є сигналом запиту на переривання, використовується переривання 10, яке найчастіше за все резервується для підключення зовнішних пристроїв. По кожному імпульсу запуску процесор переходить до обробки цього переривання, тобто переходить до підпрограми, яка очікує, коли АЦП закінчить перетворення, а потім здійснює зчитування данних з порту уведення-виведення до ОЗУ.

4 Електричні розрахунки

4.1 Електричні розрахунки лінійних фотоприймачів

Розрахуємо номінали елементів лінійних фотоприймачів. Для обох фотоприймачів використовується одне і те саме джерело світла, яке має конденсорну лінзу, що дозволяє забезпечити рівномірний світловий потік по всій освітлюємій поверхні.

При настройці тахометричного перетворювача шляхом регулювання сили світла підбирається необхідний рівень вихідної напруги фотоприймача. Він повинен дорівнювати 5 В, тому як на такий вхідний сигнал розрахован аналого-цифровий перетворювач AD1671, який використовується у розроблюємому пристрої.

Номінальний фотострум фотодіоду ФД-24К дорівнює 100 мкА.

Обчислюєм опір резистору R₃(див. графічну частину)

50 кОм (4.1)

Обираємо резистор С2-23-52 кОм.

Задаємось вихідною напругою лінійного фотоприймача, що виконує функції детектору заднього фронту U=5 В. Номінальний фотострум фотодіоду дорівнює 50 мкА. Знаходимо опір резистору R₅.

100 кОм (4.2)

Обираємо резистор С2-23-100 кОм.

В якості балансировочних резисторів обираємо резистори СП-5-150 кОм у відповідності з рекомендаціями [19].

4.2 Обґрунтування вибору елементів генератору з кварцевою стабілізацією частоти

У відповідності з [19], для того, щоб вивести в лінійний режим логічні елементи К555ЛН1 необхідно використати резистори опором 500 Ом. Тому обираємо резистори R₁ та R₂ С2-23 520 Ом.

Для того, забезпечити стійку роботу пристрою, щоб АЦП міг перетворити миттєве значення напруги не раніш ніж з’явиться наступний імпульс його запуску, необхідно частоту генератору вибрати на порядок менше ніж частота дискретизації АЦП. Тому обираємо кварцевий резонатор РК86 - 100 кГц.

4.3 Обґрунтування вибору елементів компаратору напруг

Компаратор напруг реалізовано на мікросхемі К521СА3, яка має вихід з відкритим колектором, що обумовлює використання зовнішнього опору навантаження. При використанні однополярного живлення +5 В та для отримання на виході сигналів ТТЛ рівня при роботі на високоомне навантаження, необхідно використати резистор опором 1 кОм [14]. Обираємо резистор С2-23 1 кОм.

Елементи R₇ C₃ є елементами фільтру за джерелом живлення. Стандартні значення цих елементів R₇ = 100 Ом, C₃