Цифровой измеритель разбаланса тензомоста

Схема ДУ на микросхеме ОУ К140УД708 представлена на рисунке 7.

Рисунок 7 – Схема ДУ на микросхеме ОУ К140УД708

ДУ предназначено для усиления разности сигналов, поступающих с тензомоста. Так как измеряемое напряжение достаточно мало, коэффициент усиления ОУ должен быть большим. Он определяется отношением сопротивления резистора, включенного в обратную связь ОУ, к сопротивлению резистора во входной цепи.

Кu = R8/R5

Микросхема К1401СА3 предназначена для сравнения двух аналоговых сигналов и в зависимости от из значений формирования логического уровня выходного сигнала. Выходы микросхемы совместимы по логическим уровням с микросхемами ТТЛ серий.

Условное графическое обозначение микросхемы К1401СА3 показано на рисунке 8.

Рисунок 8 - УГО микросхемы К1401СА3

Назначение выходов микросхемы:

1, 7 - входы;

2, 6 – входы инвертирующие;

3, 5 - входы неинвертирующие;

4 - общий;

8 – напряжение питания.

 

Технические характеристики микросхемы:

- количество каналов – 2;

- напряжение питания – 4…30 В;

- время задержки – 300 нс;

- ток потребления – 1 мА;

- температурный диапазон  – 0…70ºС;

- напряжение компенсации  – 5 мВ.

Триггер реализован на микросхеме К561ТМ2. Она представляет собой сдвоенный D триггер с асинхронными входами установки и сброса. На триггере реализована схема управлении процессом измерения. УГО триггера представлена на рисунке 9.

Рисунок 9 – УГО триггера К561ТМ2

Назначение выходов микросхемы:

1, 13 – прямые выходы;

2, 12 – инверсные выходы;

6, 8 – асинхронные входы установки;

4, 10 – асинхронные входы сброса;

5, 9 – информационные входы;

3, 11 – входы синхронизации;

7 - общий;

14 – напряжение питания.

 

Генератор синхроимпульсов реализован на дискретных логических элементах. Рассмотрим схему генератора с кварцевым резонатором, выполненным на логических элементах ИЛИ-НЕ. Элемент DD1.1 охвачен здесь 100 %-ной отрицательной обратной связью и, следовательно, представляет собой просто усилитель с коэффициентом передачи 1. Элемент DD1.2 представляет собой логический инвертор, который в моменты переключения из одного состояния в другое вносит в цепь небольшое усиление, достаточное для компенсации потерь в кварцевом резонаторе и, значит, для возникновения незатухающего колебательного процесса. Напряжение на выходе генератора имеет вид последовательности прямоугольных импульсов.

Основная задача генератора с кварцевым резонатором - получение колебаний с весьма стабильной частотой. Для этого, нужно в максимально возможной степени уменьшить влияние на работу кварцевого резонатора подсоединяемой к нему внешней электрической цепи. Для этой цели добавлен элемент DD1.3.Частота автогенератора будет определяться только частотой кварца.

Схема генератора представлена на рисунке 10.

Рисунок 10 - Схема генератора импульсов

В схеме применяются двоичные и двоично-десятичные счетчики. Двоичный счетчик  реализован на микросхеме К555ИЕ19 применяется в качестве формирователя сигнала сброса. УГО и назначение контактов микросхемы представлены на рисунке 11.

 

Рисунок 11 - УГО и назначение контактов микросхемы К555ИЕ19

Микросхема представляет собой два идентичных четырехразрядных двоичных счетчика с индивидуальными входами тактирования и сброса. Сброс счетчика в исходное состояние происходит при подаче низкого уровня сигнала на вход R. При высоком уровне напряжения на входе R переключение счетчика осуществляется по переднему фронту ТИ.

Двоично-десятичные счетчики применяются в выходной схеме измерителя и реализованы на микросхемах К555ИЕ9. УГО счетчика и назначение контактов  микросхемы представлено на рисунке 12.

Рисунок 12 -  УГО и назначение контактов микросхемы К555ИЕ9

Микросхема представляет собой двоично-десятичный счетчик с асинхронным сбросом, дешифрирующим счетным входом и возможностью синхронной установки в произвольное состояние от 0 до 9. В качестве запоминающего элемента используется JK триггер с внутренней задержкой.

Счетчик имеет вход синхронизации С, вход установки нуля R, четыре информационных входа D1…D4, входы разрешения счета, предварительной записи и разрешения переноса.

 

В качестве элементов индикации применяются семисегментные светодиодные индикаторы АЛС324Б. Они представляют собой знакосинтезирующие устройства на основе соединения арсенид-фосфид галлия с общим анодом. Схема индикатора представлена на рисунке 13.

Рисунок 13 - Схема индикатора АЛС324А

Общий вид индикатора и расположение его сегментов представлено на рисунке 14.

 

Рисунок 14 - Общий вид индикатора и расположение сегментов

Включение сегментов индикатора осуществляется при подаче на соответствующий вход  напряжения низкого уровня. При подаче высокого уровня напряжения соответствующий сегмент гаснет.  На общий анод индикатора подается напряжение питания +5 В.

4.3 ОПИСАНИЕ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА ПО ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЕ

Схема электрическая принципиальная разрабатываемого прибора представлена в приложении В.

Питание прибора осуществляется от источника питания ±5В.

Питание на прибор подается через разъем ХР1. После включения питания напряжение ±5В подается  на питание аналоговых микросхем, цифровых микросхем серии К555 и общие аноды индикаторов. Конденсаторы на выходе разъема ХР1 используются в качестве фильтров для снижения помех в цепях питания прибора.

С выхода тензомоста на входы ДУ DA1 поступает сигнал разбалансировки, амплитуда которого изменяется в пределах 0…13 мВ. ДУ усиливает сигнал и передает его на вход аналогового ключа DА2, который предназначен для коммутации измеряемого сигнала и опорного напряжения на интегрирующий ОУ, реализованный на элементе DА3.

С выхода интегрирующего ОУ сигнал поступает на неинвертирующий вход компаратора DА5.1, инвертирующий вход которого подключен к общей шине. Если сигнал на неинвертирующем входе компаратора больше 0, то на его выходе формируется сигнал высокого уровня, в противном случае, на выходе будет напряжение низкого уровня. С выхода компаратора сигнал поступает на информационный вход триггера DD4.1, выходы которого управляют  аналоговым ключом DА2. В зависимости от состояния триггера на вход интегратора через ключ поступает либо сигнал с ДУ, либо опорное напряжение.

Кроме того сигнал с выхода триггера поступает на схему совпадения DD5.1, на второй вход которого поступает сигнал с выхода генератора, реализованного на элементах DD1.1, DD1.2, DD1.3. Пачка импульсов, которая формируется на выходе схемы совпадения DD5.1, поступает на счетный вход счетчика DD6. Таким образом по окончании процесса измерения на выходах счетчиков формируется код, равный измеренному разбалансу тензометра.  Далее результат измерений преобразуется дешифраторами DD9…DD11 в коды управления семисегментными светодиодными индикаторами выводится на катоды индикаторов.

После завершения процесса измерения на разрядах индикатора отображается значение разбаланса тензометра, выраженное в мВ.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения курсового проекта в соответствии с техническим заданием был разработан цифровой измеритель разбаланса тензомоста.

Схема измерителя реализована на базе элементов ТТЛ серии К555 и аналоговых микросхем отечественного производства.

В качестве индикатора применяется трехразрядный семисегментный светодиодный индикатор, работающий в статическом режиме.

На основе выбранного технического решения были разработаны схемы электрическая структурная и электрическая принципиальная. Составлен перечень элементов для принципиальной схемы.

Все этапы проектирования отражены в пояснительной записке, в которой представлены  все необходимые разделы. Она содержит 26 листов и 3 приложения.

 

ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Мартяшин А.И., Шахов  Э.К., Шляндин В.М. Преобразование  электрических параметров для систем контроля измерения. – М.: Энергия, 1976.

2. Шляндин В.М. Цифровые  измерительные устройства: Учебник  для вузов. – М.: Высшая школа, 1981 – 335с.

3. Гутников В.С. Интегральная  электроника в измерительных  устройствах. – Л. Энергоатомиздат. 1988.

4. Волович Г.И., Схемотехника  аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. – М.: Додэка, 2005 – 528с.; 2-е издание М.: Додэка, 2005 – 528с.

5. Вуколов Н.И., Михайлов  А.Н., Знакоинтезирующие индикаторы. Справочник. Под редакцией В.П. Балашова – М.: Радио и связь, 1987.

6. Топильский В.Б. Схемотехника измерительных устройств – М.: Бином. Лаборатория знаний, 2006 – 232с.

7. Булычев А.Л. и др. Аналоговые  и интегральные схемы: Справочник. А.Л. Булычев, В.И. Галкин, В.А. Прохоренко – 2-е издание – Мн.: Беларусь, 1993 -382с.

8. Интегральные микросхемы: Справочник. Под редакцией Б.В. Тарабрина. – М.: Радио и связь, 1983.

9. Афонский А.А., Дьяконов  В.П. Электронные измерения в нанотехнологиях  и микроэлектронике. под редакцией  проф. В.П. Дьяконова – М.: ДМК Пресс, 2009 - 248 с.

10. Микросхемы АЦП и  ЦАП. Додэка, 2005.

 

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ А

 

СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТРУКТУРНАЯ

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

 

СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ В

 

ПЕРЕЧЕНЬ ЭЛЕМЕНТОВ

 

Поз. обозн.	Наименование	Кол	Примечание
	Конденсаторы
	К10-17   ОЖО460.172ТУ
	К53-14   ОЖО464.214ТУ
С1…С2	К53-14-16В-220 мкФ±5%	2
С3…С18	К10-17-2б-Н90-0,1 мкФ±5%	16
С19	К10-17-2б-Н90-10 нФ±5%	1
	Микросхемы
DD1	К555ЛЕ1	1
DD2	К555ИЕ19	1
DD3	К555ЛА2	1
DD4	К561ТМ	1
DD5	К555ЛИ1	1
DD6… DD8	К555ИЕ9	3
DD9… DD11	К142ИД2	3
DA1,DA3	К140УД708	1
DA2	К5900КН8А	1
DA4	К1401СА3	1
	Резисторы С2-33 ОЖО.467.173ТУ
R1,R3,R4	C2-33-0,125-700 Ом±0,1%	3
R2	Тензорезистор 0,7BG	1
R5,R6	C2-33-0,125-1 кОм±0,1%	2
R7,R8	СП3-44а-0,25 -100 кОм+5%	2
R9	C2-33-0,125-10 кОм±0,1%	4
R10	C2-33-0,125-22кОм+5%	1
R11…R31	C2-33-0,125-420 Ом+5%	21
	Индикаторы
HL1…HL3	АЛС324А	3
	Резонаторы
ZQ1	РК169А-150кГц	1
	Разъемы
ХP1	PWL-4M	1