Государственный Университет Аэрокосмического Приборостроения диплом
| Вид материала | Диплом |
- Программа, методические указания и контрольные задания для студентов специальности, 1197.59kb.
- Совершенствование системы управления инновацИями в фармацевтической отрасли, 375.66kb.
- Оценка эффективности управленческих решений на основе анализа стоимости интеллектуального, 252.1kb.
- Формирование системы перспективного и стратегического управления инновационным и инвестиционным, 743.53kb.
- Разработка стратегии и системы оценки кадрового потенциала инновационного предприятия, 426.6kb.
- Алгоритмы параметрической идентификации в системах автоматического управления сложными, 388.09kb.
- Оценка и анализ факторов инновационной деятельности промышленного предприятия, 478.42kb.
- Оценка эффективности инновационно-инвестиционных проектов, реализуемых на основе государственно-частного, 379.93kb.
- Авиа и ракетотехника Авиационные двигатели и энергетические установки, 411.75kb.
- Методическое обеспечение организации труда при планировании мелкосерийного производства, 603.15kb.
3.2 Разработка принципиальной схемы
3.2.1 Выходной каскад измерительной части
Как видно из структурной схемы, сканирующие импульсы, формируемые ПЛИС, поступают на пьезоизлучатель. Мощности выходных буферов ПЛИС недостаточно для работы с пьезоизлучателем. Кроме того, для увеличения мощности излучаемых импульсов необходимо иметь возможность подавать напряжение выше питающего основную часть схемы (т.е. 5 В). Отсюда следует необходимость использования дополнительной схемы выходного усилителя мощности.
Предлагаемая принципиальная схема усилителя представлена на рисунке 19. Пьезопреобразователь подключается к разъёму J1 На разъём J2 подаются входные импульсы вида, представленного на рисунке 20.
Каскад состоит из двух идентичных сборок дифференциальных пар и предусилителя. Рассмотрим работу одной из сборок.
В исходном состоянии транзистор предусилителя закрыт. Также закрыты и транзисторы Q1 и Q5. При подаче лог. 1 на вход транзистор предусилителя открывается. При этом напряжение на базы транзисторов Q1 и Q5 подаётся напряжение с делителя, образованного транзисторами R1, R3 и R7, транзисторы открываются. Q1 подключает один вход пьезопреобразователя к источнику питания, а Q5 соединяет другой вход с общим проводом. Аналогично при подаче лог.1 открывается другая пара транзисторов, и пьезопреобразователь подключается к Vcc и земле, но с обратной полярностью.
Рисунок 20 - Входные импульсы.
Наличие временного зазора между противофазными импульсами обусловлено необходимостью исключения сквозных токов через дифференциальный каскад. Минимальная длительность зазора определяется быстродействием транзисторных ключей.
3.2.2 Предварительный усилитель приёмной части ультразвукового измерителя дальности
Мощности принимаемых отражённых ультразвуковых импульсов недостаточно для подачи их непосредственно на вход триггера остановки счёта, интегрируемого в ПЛИС. Поэтому требуется разработка дополнительного предусилителя принятого сигнала.
Требования к данному узлу приведены в таблице 4.
Таблица 4 - Требования к предусилителю
| Наименование | Значение |
| | |
| Входное сопротивление усилителя | не менее 100 ком |
| Выходное напряжение | не менее 2,5 В |
| Коэфииициент усиления по напряжению | 103 |
| Потребляемый ток | не более 10 мА |
| Напряжение питания | 5В |
Предлагаемая принципиальная схема узла представлена в приложении Е.
Узел состоит из входного трёхкаскадного усилителя, порогового устройства, выполненного на диодных ограничителях и выходного усилительного каскада.
Входной усилитель обеспечивает усиление сигнала, поступающего от пьезодатчика, до требуемого уровня. Предварительно принимаем, что один каскад может обеспечить коэффициент усиления не менее 10. Следовательно, достаточно использовать 3 каскада, включенные последовательно.
Пороговое устройство служит для снижения вероятности ложных срабатываний от шумовых сигналов. Принцип действия основан на нелинейности ВАХ диодов. Если аппроксимировать её прямыми линиями, то уровень отсечки будет составлять примерно 0,7 В. Для симметричного двухстороннего ограничения усиливаемого сигнала снизу используется симметричное включение пары диодов. Требуемый порог ограничения (около 1,5 В) получается путём последовательного включения двух пар диодов. Этот порог также определяет требуемое выходное напряжение предыдущих усилительных каскадов.
Выходной каскад служит для согласования узла со входным сопротивлением ПЛИС, а также для ограничения выходного сигнала сверху, преобразовывая таким образом его в последовательность прямоугольных импульсов.
3.2.3. Разработка логической схемы измерительной части
Как было показано выше в пункте 3.1.4, большая часть измерительной части блока будет реализовываться на основе ПЛИС. Так как разрабатываемый блок должен иметь 4 канала измерения дальности, то для обеспечения возможности независимого проведения измерений структуры измерительной части должны быть продублированы в каждом из каналов. Вначале выполним разработку данного узла для одного из каналов измерения.
Согласно структурной схеме, узел должен содержать делители опорной частоты, формирователь импульсов ультразвуковой частоты, счётчик времени и схемы управления. Схема, реализующая вышеперечисленные узлы, представлена в приложении Ж.
Схема собрана в графическом редакторе среды разработки Max+ 10.0 из готовых библиотечных модулей программы.
Тактовая частота 20 МГц поступает с основного тактового входа ПЛИС. Через повторители она проходит на тактовые входы микроконтроллера (выход PIC_CLK) и контроллера шины CAN (CAN_CLK). Для формирования ультразвуковых импульсов и тактового сигнала счётчика импульсов используется сигнал 10 МГц, получаемый из основного делением на 2. Эту операцию выполняет узел freqdiv.
Далее для формирования ультразвуковых импульсов сигнал 10 МГц делится на 125 при помощи узла счётчика с программируемым коэффициентом пересчёта LPM_COUNTER. Полученный сигнал удвоенной относительно рабочей частоты излучателя используется для получения противофазных сигналов основной частоты. Они формируются при помощи D-триггера и инвертирующего логического элемента. Два элемента «И» служат для формирования противофазных импульсов определённой длительности. Когда на их общий вход подано напряжение логической 1 противофазные сигналы проходят на выходной каскад усилителей мощности и далее на пьезоизлучатель. Если подано напряжение лог. 0 на выходах также устанавливается напряжение лог. 0, и выходные каскады усилителей мощности закрыты.
Измеритель временных интервалов состоит из предварительного делителя на 10, реализованного на узле программируемого делителя LPM_COUNTER, и узла счётчика, также выполненного на основе LPM_COUNTER, но без фиксированного коэффициента пересчёта. Поскольку тактовым для счётчика является сигнал частотой 1 МГц, то происходит отсчёт времени непосредственно в микросекундах. Счётчик 16-разрядный, что даёт возможность измерять временные интервалы до 216 = 65536 микросекунд.
Запуск отсчёта времени осуществляется активным сигналом clk_en. Сброс счётчика и делителя в исходное состояние осуществляется кратковременной подачей сигнала aclr.
После выполнения цикла измерения значение временного интервала, отсчитанного счётчиком, необходимо передать для обработки в микроконтроллер. Для упрощения подключения и считывания данных используем один из параллельных портов ввода-вывода микроконтроллера. Однако поскольку сам микроконтроллер, а также его порты ввода-вывода являются восьмиразрядными, для обеспечения возможности считывания 16-битного значения счётчика используем мультиплексирование шины данных.
Мультиплексирование осуществляет компонент BUSMUX. При подаче на его вход напряжения лог. 0 на выход поступает значение младших 8 бит счётчика, а при подаче 1 – старших.
Длительность ультразвуковых импульсов задаётся делением сигнала 80 кГц на 16 с помощью узла делителя freqdiv. Таким образом, длительность импульсов составляет 16 / 80 = 0,2 мс.