курсовая. Предусмотреть 5 5 1 структурная схема системы управления 6

• Название: Предусмотреть 5 5 1 структурная схема системы управления 6
• Анкор: курсовая
• Дата: 15.02.2023
• Размер: 1.85 Mb.
• Имя файла: Kursovaya (1).docx
• Тип: Документы; #937576
• страница: 11 из 12

Обоснование выбора интерфейса управления ЖК индикатором

Для повышения функциональности ЖКИ, упрощения программного обеспечения и аппаратной реализации интерфейсов в настоящее время широко применяются символьные ЖК-модули со встроенным контроллером знакогенератора и драйвером управления. Для связи с микроконтроллером используется простой параллельный интерфейс.

В большинстве таких модулей используется контроллер HD44780 или его аналоги. Де-факто, протокол данного контроллера от Hitachi Semiconductor стал стандартом, что сделало возможным использование программных библиотек. Контроллер поддерживает до 80 цифробуквенных символов для поддержки модулей с конфигурацией 2x14, 2x16, 2x20, 2x24, 2x40, 4x20 символов.

Чаще всего для подключения ЖКИ, аналогичных HD44870, используется однорядный разъем с 14 контактами, расположенными в линию с шагом 0,1 дюйма. Назначение этих контактов указано на рисунке 2.12.

Так в нашем случае MSP430F1491 имеет достаточное количество линий ввода-вывода, будем использовать 8-битную шину данных порта P4. При этом следует учитывать наличие еще трех служебных линий (E, R/W, R/S).

4.6 Организация интерфейса

Обмен данными по интерфейсу RS-485 осуществляется сигналами, отличными от уровней ТТЛ и непосредственный обмен данными между разработанным модулем и другими модулями ADAM-4000 невозможен. Поэтому для организации указанного обмена данными следует предварительно выбрать соответствующую схему согласования уровней сигналов, т.е. трансивер.

При создании трансиверов применяют гальваническую развязку питания, цифровые изоляторы, а также некоторые пассивные элементы защиты. Как правило, при добавлении ESD-защиты (от статического электричества) получается от трех до шести микросхем (при развязке с помощью оптронов). Интегрированные в кристалл трансивера защиты дают возможность сэкономить на дополнительных микросхемах и пассивных элементах.


Рисунок 2.12 Назначение контактов ЖК индикатора типа HD44870.

При выборе трансиверов основным критерием является низкая цена и ми-

нимальное энергопотребление. Поэтому сразу следует отказаться от микросхем трансиверов RS-485, требующих трех источников питания +5 В и ±12 В.

На рисунке 2.13 приведена схема изолированного интерфейса RS-485, используемая во многих модулях системы сбора данных ADAM-4000.



Рисунок 2.13 Типовая схема изолированного интерфейса RS-485.

Питание организовано на базе высокоэффективного модуля DCH010505D компании Texas Instruments (TI), имеющего гальваническую развязку 3 кВ в стандартном SIP-7 корпусе.

Для развязки линий передач использован цифровой изолятор ISO7231A, имеющий скорость передачи данных 1 Мбит\c, емкостную развязку 4 кВ и наименьшие среди аналогов задержки. Трансивер RS-485 SN65HVD1781 от TI выдерживает большое напряжение (16 кВ ESD), приложенное к линиям передачи.

Используя трансивер SN65HVD1781, можно решить часть проблем, с которыми могут столкнуться разработчики, использующие стандартные решения для RS-485. Предложенный вариант является одним из самых надежных, однако используя более современный скоростной (до 20 Мб\с) изолированный трансивер ISO3085 интерфейса RS-485 можно еще более уменьшить его схему и повысить качество. Схема, приведенная на рисунке 2.14, была принята за основу организации изолированного интерфейса RS-485 разработанного модуля ввода.


Рисунок 2.14 Изолированный трансивер интерфейса RS-485.

Трансивер ISO3085 поддерживает «горячее подключение», полностью соответствует спецификациям стандарта RS-485, обладает высокой отказоустойчивостью в экстремальных условиях и имеет срок службы более 25 лет при 125°С.

Встроенный изолятор с максимальным напряжением пробоя 4 кВ, защита от статических напряжений 16 кВ обеспечивают весьма эффективную защиту разработанного модуля при его работе даже в экстремальных условиях эксплуатации (от минус 55 до плюс 125°С). Схема изолированного трансивера приведена на рисунке 2.15.
Рисунок 2.15 Схема изолированного трансивера ISO3085.

Для расчета надежности применим аналитический метод. Он целесообразен при проектировании радиоаппаратуры и при анализе статистических данных,

полученных в процессе эксплуатации или испытаний.

Суть расчета: определение числовых значений основных показателей

надежности: вероятности безотказной работы P(t), интенсивности отказов ^(t) и
наработки на отказ То. Расчет производят по известным интенсивностям отказов

элементов

_i (t) , которые входят разработанный модуль.

Расчет ведется с помощью ориентировочного метода. При этом считается что изделие работает при температуре окружающей среды +20 С, а все компоненты имеют коэффициент нагрузки К_н=1. Метод можно использовать только на этапе проектирования с целью оценки максимального уровня надежности.

В период нормальной эксплуатации радиоаппаратуры интенсивность отказов ее компонентов подчиняется экспоненциальному закону распределения. По-

этому суммарную интенсивность отказов стоянной во времени:

(t)

можно считать величиной по-

k

^Ni i

i 1

const ^{, (2.15)}

где

_i (t) интенсивность отказов i-го элемента,

Ni – количество однотипных i-х элементов, kколичество групп элементов.

В этом случае вероятность безотказной работы устройства за время t определяет выражением

Р(t) e

^t . (2.16)

Для аналитического расчета надежности используем принципиальную электрическую схему разработанного модуля аналогового ввода, данные управляющих файлов разработанной печатной платы и справочные данные по интенсивности отказов отдельных радиокомпонентов схемы.

В таблице 2.1 приведены результаты расчета основных показателей надежности разработанного модуля аналогового ввода.
Таблица 2.1 Данные расчета надежности модуля

Наименование элемента	Обозначение по схеме	Количество, Ni	Интенсивность отказов, i 10 6 , 1/ч	N ·10-6, i i 1/ч
Конденсаторы К10-17	С	15	0,1	1,5
Конденсаторы К50-35	С	6	0,25	1,5
ИС аналоговые	DA	4	0,03	0,12
ИС цифровые	DD	7	0,02	0,14
Резисторы С2-33	R	23	0,2	4,6
Переменный резистор CG3-16	R	1	0,8	0,8
Индикатор DV16100	HG	1	1,4	1,4
Разъемы	Х	6	0,4	2,4
Резонатор кварцевый	ZQ	1	1,3	1,3
Фильтры НЧ	А	2	1,8	3,6
Паяные соединения	-	357	0,01	17,36

Итого λ_Σ=17,36·10^-6 1\час

Наработка на отказ разработанного модуля составит:
^{Т0 57604}≈ 57,6 тысячи часов (2.17)
или более 6,5 лет непрерывной работы. Вероятность безотказной непрерывной

работы за 1000 часов составит

P_c(t)

_{e 0}t

е^0,017 =0,983.

Проведенные расчеты показывают, что разработанный модуль ввода обладает высокой надежностью. Это позволит минимизировать его сервисное обслуживание, т.к. в процессе работы потребуется 1 внеплановый ремонт в течение 10 летнего срока службы.