КП_МПС_Абрамов. Микропроцессорное устройство управления регулятором температуры по заданному закону

• Название: Микропроцессорное устройство управления регулятором температуры по заданному закону
• Дата: 10.01.2023
• Размер: 2.47 Mb.
• Имя файла: КП_МПС_Абрамов.doc
• Тип: Закон; #880544
• страница: 3 из 5

3.5 Проектирование блока управления термостатом
В курсовом проекте блок управления термостатом состоит из вентилятора, нагревателя и электронных схем, с помощью которых можно будет программно включать и выключать вентилятор и нагреватель для изменения температуры по заданному закону.

В данном случае достаточно применить мощный ключ, управляемый одним из битов порта микроконтроллера.

Так как термостат представляет собой закрытый объем, в котором осуществляется регулирование температуры, то можно сделать вывод, что охлаждение с помощью вентилятора будет протекать интенсивнее, если предусмотреть в закрытом объеме регулируемые жалюзи. Для управления ими можно назначить еще один из битов порта микроконтроллера, но в нашем случае привяжем их к управлению вентилятором. Когда мы подаем команду включить вентилятор, происходит его включение и открывание жалюзи, а по команде выключить вентилятор происходит его выключение и закрывание жалюзи.

Для управления нагревателем назначим бит Р3.5, а для управления вентилятором бит Р3.4. схема блока управления термостатом приведена на рисунке 3.11.



Рисунок 3.11 – Схема управления термостатом



На схеме оптопара U2 коммутирует контакты нагревателя к сети переменного тока, а оптопара U1 коммутирует контакты вентилятора к сети переменного тока, а также коммутирует контакты механизма открывания жалюзи.
4 Расчет потребляемой мощности и разработка блока питания
Для расчета потребляемой мощности достаточно просуммировать потребляемую мощность всех компонентов, входящих в состав схемы. Результаты расчета приведены в таблице. При расчете использованы максимальные напряжения питания, повышенные на 5%. В расчете не учитывается потребляемая мощность усилителей, связывающий МПС с внешними устройствами, поскольку их типы не заданы.

Компонент	Число	Напряжение питания, В	Потребляемый ток одной ИМС, мА	Потребляемая мощность, мВт
КР155ЛН6	2	5	40	400
КР1554ИР23	2	5	8	80
КР1554АП6	2	5	8	80
КР572ПВ3	1	5	2,5	12,5
AT89C51	1	5	75	393,75
К514ИД2	1	5	65	325
К1113ПВ1	1	5	10	50
Всего				1341,25

Для получения полной потребляемой мощности необходимо просуммировать полученное значение (2481,25) и потребляемую мощность модуля памяти, равную 1440,15 мВт.

Таким образом потребляемая мощность МПС равна 2781,4 мВт.

К разрабатываемому блоку питания (рисунок 4.1) предъявляется следующее требование: обеспечение выходных напряжений +5 В (ток 900 мА), +15 В (ток 1 мА) и -15 В (ток 0,015 мА). Схема блока показана на рисунке 4.1. Его основу составляет трансформатор T. Сетевая обмотка трансформатора подключается к бытовой сети переменного тока (U=220В, F=50Гц). На первой вторичной обмотке генерируется напряжение U₂₁=10В, а на второй U₂₂=20В. Напряжение на первой вторичной обмотке получаются исходя из формулы: U_II = B*Uн, где Uн - требуемое постоянное напряжение на нагрузки; U_II - переменное напряжение, которое должно быть на вторичной обмотке сетевого трансформатора; В - коэффициент, зависящий от тока нагрузки.
Отсюда U₂₁ = 2,4*5 В = 12 В (для тока нагрузки 1 А).

Определим максимальный ток, текущий через каждый диод выпрямительного моста: I_Д = 0,5*С*Iн, где I_Д - ток через диод, А; Iн - максимальный ток нагрузки, А; С - коэффициент, зависящий от тока нагрузки.

Получим I_Д = 0,5*0,9*2 = 0,9 А.

Подсчитаем обратное напряжение, которое будет приложено к каждому диоду выпрямителя: Uобр = 0,9*Uн, где Uобр - обратное напряжение, В; Uн - напряжение на нагрузке, В.

Тогда, Uобр = 0,9*5 В = 4,5 В.

В соответствии с этими данными выберем диоды: КД202Б (I_пр = 3А; Uобр = 50 В; Uпр = 1 В).

Определим емкость конденсатора фильтра: Сф=Iн*dU / (2*Fc), где Iн - ток, потребляемый нагрузкой источника, dU-пульсации напряжения (принято 5мВ), Fc=50Гц - частота напряжения в обмотке. Получаем С1=45 мкФ. Выбирается конденсатор К50-35 - 50 мкФ.

В качестве конденсатора С5 используется КД1 - 0,1 мкФ. Напряжение с выхода фильтра поступает на вход ИМС DD1 интегрального стабилизатора 142ЕН5А (I_пр.max=3А, U_ст=5В), с выхода которой снимается стабильное напряжение +5В.

Вторая вторичная обмотка имеет вывод средней точки, что используется для получения двуполярного напряжения. Диодный мост, построенный на VD5-VD8 (Д7А: I_пр.max=0.3А, U_обр=50В, U_пр=0,4В), электролитические конденсаторы С3, С4 (К50-35 - 50 мФ) и блокировочные конденсаторы С6,C7 (КД1-0,1 мФ) выбираются по тем же принципам, что и для пятивольтовой цепи. Для стабилизации напряжения применяется простейшая схема параметрического стабилизатора на стабилитроне VD9 (VD10 - для -15В). Параметры этого стабилитрона (типа Д814Д) следующие: U_ст=15В, I_ст=25мА. Рассчитать номиналы баластных резисторов R1 и R2 можно по следующей формуле:
R = (0,9*U₂-(2*U_пр+ U_ст)) / (I_cc+I_ст), где

U₂=20В - напряжение на вторичной обмотке трансформатора; U_пр=0,5В - падение напряжения на диоде VD5-VD8 при прямом включении, I_cc-ток, потребляемый нагрузкой, I_ст-ток стабилизации стабилитрона.

Расчет дает R1 = 75 Ом, R2 = 82 Ом.



Рисунок 4.1 - Схема источника питания МПС




5. Разработка и расчет модуля памяти
Типичный модуль памяти можно разделить на три функциональных устройства:

1. 
   матрица накопителя;
   
2. 
   логика управления и синхронизации;
   
3. 
   интерфейс шины.
   

ША

ШД

ШУ


Рисунок 5.1 Структурная схема модуля памяти
Матрица накопителя модуля памяти состоит из идентичных БИС и представляет собой запоминающую среду. Микросхемы памяти организованы в матрицу из N_R строк и N_C столбцов. Для получения нужной длины слова (числа бит в слове) каждая строка содержит несколько БИС, каждая из которых представляет часть слова.
Логика управления воспринимает сигналы считывания и записи с шины управления (ШУ) системной шины, а также старшие разряды с шины адреса (ША). Из старших разрядов шины адреса формируется сигнал выбора модуля. Логика интерфейса шины управляет направлением передачи данных и адресов при обращениях к модулю памяти. При записи в память данные с ШД направляются в матрицу накопителя, при считывании – данные передаются в противоположном направлении. Адрес с ША при обращении должен запоминаться в регистрах интерфейса шины. Старшие разряды направляются в логику управления для выбора одной из строк матрицы, а младшие разряды подключаются на адресные входы всех БИС матрицы, но выбираются только одно слово данных из БИС разрешенной строки.
Требуется разработать функциональную схему модуля памяти ОЗУ и ПЗУ и сделать ее расчет. Разработать схемы дешифрации модуля памяти, выбрать конкретные микросхемы для схем дешифрации.

Исходные данные:

1. 
   Тип микропроцессора – ОЭВМ MCS-51 (AT89C51);
   
2. 
   Объем каждого субмодуля – 2Кх8;
   
3. 
   Тип микросхем:
   

- ОЗУ – К537РУ14Б (4Кх1);

- ПЗУ – КР556РТ13 (1Кх4);
5.1 Модуль ОЗУ на базе микросхемы КР537РУ14Б.

Модуль ОЗУ предназначен для хранения оперативных данных, как было сказано выше. То есть он должен выполнять следующие функции:

- хранение данных;

- считывание данных;

- запись данных;

Входными сигналами для данного модуля являются сигналы шины управления (CS,RD,WR), а также сигнала шины адреса. Выходными же сигналами являются сигналы, выставляемые на шину данных при считывание данных из м/с.

Микросхема КР537РУ14Б имеет следующие характеристики:

Информационная емкость - 4096 бит;

Внутренняя организация - 4Кх1;

• 
  U_cc – 5 В;
  
• 
  U_1L – 0.8 В;
  
• 
  U_1H – 2 В;
  
• 
  U_0L – 0.4 В;
  
• 
  U_0H – 2.8 В;
  
• 
  I_п.х. – 5 мкА;
  
• 
  I_{п. д.} – 35 мА;
  
• 
  I⁰_вх. – 3,2 мА;
  
• 
  I¹_вх. – 2 мА;
  
• 
  Pcc – 20 мВт;
  
• 
  С – 50 пФ;
  
• 
  t_счит. (t_A(A)) – 14 нс;
  
• 
  t_CY (WR) – 130 нс;
  
• 
  t_W(WR) – 90 нс;
  
• 
  t_W(CS), WR – 90 нс;
  
• 
  t_W (CS), RD – 130 нс;
  
• 
  t_{SU(A - CS)}=20нс;
  

Рисунок 5.2. Цоколевка микросхемы ОЗУ КР537РУ14Б
Таблица 3. Таблица истинности м/с КР537РУ14Б

CS	WR/RD	A	D1	D0	Режим работы
1	Х	Х	Х	Z	Хранение
0	0	А	D	Z	Запись
0	1	А	X	D	Считывание

5.2. Модуль ПЗУ на базе микросхемы КР556РТ13
Модуль ПЗУ предназначен для хранения и считывания информации.

Для данного модуля входными сигналами являются сигналы шины управления и шины данных, а выходными являются данные выставляемые на шину данных при чтении ПЗУ.

Микросхема ПЗУ КР556 РТ13 имеет следующие характеристики:

Информационная емкость 4096 бит;

Внутренняя организация 1Кх4;

• 
  U_cc – 5 В;
  
• 
  I_пот. – 140мА;
  
• 
  I⁰_вх. – 0,25 мА;
  
• 
  I¹_вх. – 40 мкА;
  
• 
  P_cc – 735 мВт;
  
• 
  t_A(A) - 60 нс;
  
• 
  С – 30 пФ;
  
• 
  t_{SU(A - CS)}=40нс;
  

Рисунок 5.3. Цоколевка микросхемы ПЗУ КР556РТ13


Таблица 4. Таблица истинности м/с КР556РТ13

CS1	CS2	A	D	Режим работы
M	M	Х	Roff	Хранение
0	0	А	Данные в прямом коде	Чтение

5.3 Разработка карты памяти

В 0000h нешняя память ОЗУ 2 07FFh Кх8

0800h Внутренняя память ОЗУ 6 FFFFh 2К*8

Рисунок 5.4. Карта памяти ОЗУ

0000h

Внешняя память П 03FFh ЗУ 1Кх8

В 0400h нешняя память П 07FFh ЗУ 1Кх8

0800h Внутренняя память ПЗУ 6 FFFFh 2К*8

Рисунок 5.5. Карта памяти ПЗУ

Таблица 5. Распределение адресов карты памяти

A15	A14	A13	A12	A11	A10	A9	A8	A7	A6	A5	A4	A3	A2	A1	A0
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0000h 00FFh
0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1
0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0100h 01FFh
0	0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1	1
0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0200h 02FFh
0	0	0	0	0	0	1	0	1	1	1	1	1	1	1	1
0	0	0	0	0	0	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0300h 03FFh
0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0400h 04FFh
0	0	0	0	0	1	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1
0	0	0	0	0	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0500h 05FFh
0	0	0	0	0	1	0	1	1	1	1	1	1	1	1	1
0	0	0	0	0	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0600h 06FFh
0	0	0	0	0	1	1	0	1	1	1	1	1	1	1	1
0	0	0	0	0	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0700h 07FFh
0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1

5.4 Разработка дешифратора для модуля памяти
Для дешифрации адресного пространства используем микросхемы мелкой логики:

• 
  К564ЛЕ10 (3ИЛИ-НЕ) – DD6;
  
• 
  КР1564ЛИ1 (4 эл. 2И) – DD7
  
• 
  К155ЛН6 (6 эл. НЕ) – DD2, DD8;
  

Рисунок 5.6. Схема дешифрации
С помощью микросхемы DD6 (К564ЛЕ10) выделяем диапазон 0000h-07FFh адресного пространства для ОЗУ и ПЗУ. Затем сигналом PSEN мы выбираем микросхему ПЗУ, а сигналом с порта P3.7 MCS-51 мы выбираем микросхему ОЗУ. Из-за внутренней организации микросхемы ПЗУ КР556РТ13 (1Кх4) диапазон адресов 0000h-07FFh разбиваем на два поддиапазона (0000h-03FFh и 0400h-07FFh) с помощью микросхем DD7 (КР1564ЛИ1) и DD2 (К155ЛН6).
5.5 Проверка согласования микросхем МПС по току.

Исходные данные:
а) б) в)



Рисунок 5.7. Цоколевка микросхем: а) К564ЛЕ10 б) К155ЛН6 в) КР1564ЛИ1




а ) б)