Разработка аппарата измерения торцевого биения

Рис.1

3. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ ПРИБОРА

<

Рис.2

Описание элементов функциональной схемы прибора, рис.2:

ЛПЗС - линейный фоточувствительный прибор с зарядовой связью

АУ - автомат управления

МК - микроконтроллер

БО - буфер обмена данными

ПК - персональный компьютер

К - компаратор

Г1,Г2 - микрогенераторы

ССВ - схема супервизора

СП - схема питания устройства

Принцип работы прибора по функциональной схеме:

С приходом сигнала пуск с ПК, микроконтроллер подает сигнал на УУ выполненного на ПЛИС, а тот в свою очередь формирует сигналы для управления ЧЭ (ЛПЗС), ЛПЗС выдает данные, которые, проходя через компаратор и попадают на МК. МК обрабатывает данные и передает их через БО на ПК.

4. РАЗРАБОТКА АУ.

4. 1 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ АУ.

<

Рис.3

На рис.3 представлена структурная схема, которая предназначена для формирования управляющих сигналов для ЛПЗС.

Используемые входные сигналы:

1. RESET - по этому сигналу происходит запуск схемы ПЛИС

2. CLK - сигнал тактовых импульсов, задающих работу ПЛИС

Выходные сигналы:

n1, n2, N - сигналы, которые выработала ПЛИС для управления ЛПЗС.

4. 2 РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ.

<
>

Рис. 4

Данная схема (рис.4) отображает внутреннюю структуру АУ, построенную на 20-и D триггерах, отмеряющих количество импульсов, для управляющих сигналов, 1-ом счетчике, 5-ти инверторах, задающих логический уровень, фронт или срез, и элементах логическое «И» и «ИЛИ-НЕ».

4. 3 ОПИСАНИЕ РАБОТЫ СХЕМЫ АУ.

АУ формирует управляющие сигналы за счет тактовых импульсов поступающих с генератора на вход CLK, и сигнала сброса АУ - RESET. Схему можно разбить на три, схожим по функциям, блока, каждый из которых формирует свой выходной сигнал, в строгой последовательности. Первый блок формирует сигнал «n1», равный 10t, где t - период одного тактового импульса, второй - формирует сигнал «n2», равный 4t, третий блок формирует сигнал «N» - это 1024 импульса, предназначенных для вывода данных с ЛПЗС.

Первый блок (Блок1) состоит из 12 (двенадцати) D-триггеров. Инверторы в схеме АУ служат для формирования требуемого сигнала (среза или фронта, высокого уровня либо низкого). С появлением низкого логического уровня на входе RESET, разрешаем работу D - триггеров. С приходом первого тактового импульса, первый триггер установится в единицу. Единица установится на входе 2 (второго) и 12 (двенадцатого) D-триггеров, сигнал «n1» будет сформирован 12 (двенадцатым) триггером, путем установки его в единицу с приходом второго тактового импульса, и сбросом его с приходом 11 (одинадцатого) импульса. Сброс формируется за счет линии задержки выполненной на 10 (десяти) D - триггерах.

Сигнал «сброс» для второго блока (Блок2) берется с выхода Q предпоследнего триггера линии задержки блока (Блок1) (для совпадения среза сигнала с первого блока (Блок1), и фронта, сигнала со второго блока (Блок2)). Сигнал «n2» формируется с 6 (шестого) триггера Блока (Блок2) аналогично формированию сигнала «n1». Линия задержки сформирована на четырех D - триггерах.

Срез сигнала «n2» служит разрешающим, по средством триггера в третьем блоке (Блок3), работу одиннадцати разрядного счетчика и разрешает проход тактовых импульсов, по средством элемента логическое «И». Счетчик отсчитывает 1024 импульса и сбрасывает D - триггер, тем самым, пропустив 1024 импульса на выходе элемента логическое «И» установится логический ноль. Это и составляет управляющий сигнал для ЛПЗС - «N».

Временная диаграмма представлена на рис.5а и 5б.

<
Рис.5а (в начальный момент времени)>

<
>

Рис.5б (в конечный момент времени)

4. 4 МИКРОСХЕМА ПЛИС.

Расположение выводов ПЛИС после компиляции (в программе MAX+plus II 9.23 Baseline) представлено на рис. 6

<
>

Рис. 6

Данная программируемая интегральная логическая схема (ПЛИС) состоит из 68 выводов.

VCC = Вывод питания

GND = подключается на «землю» GND

RESERVED = Неиспользованный вывод, который должен быть оставленным не подключенным.

5. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ.

1. Роль чувствительного элемента выполняет линейный фоточувствительный прибор с зарядовой связью (ЛПЗС), микросхема серии К1200 ЦЛ1. На принципиальной электрической схеме, в рамках данной курсовой работы, представлен в виде разъема Х1 (Х1,Х2 - разъемы серии 301-02-1-1-1).

2. Устройство управления выполнено на СБИСПЛ, DD1 (серия ЕРМ 7032 LC 44 - 6) и схеме микрогенератора, DD2 (SG-10) с рабочей частотой 100кГц.

Задача данного устройства управления подать сигналы, задающие работу ЛПЗС, и позволяющие снять данные о величине биения детали, по сигналу от микроконтроллера (элемент DD3-микроконтроллер, МК, серии AT90S2313).

3. DA2 - микросхема серии LM311 - компаратор. Служит для формирования логических уровней(«0» и «1») на входе МК, а также для отсечки сигнала несущего частичный заряд с ЛПЗС.

4. DD4 - микрогенератор SG-11, с рабочей частотой 4МГц.

5. DD5 - микросхема серии КР1171СП42 - супервизор.

6. DD6 - микросхема серии ADM202 - буфер обмена, служит для обмена информацией с персональным компьютером (ПК) через СОМ - порт (на схеме ХР3).

7. Схема питания прибора выполнена на микросхеме серии КР142ЕН5А (DA1) - стабилизатор напряжения положительной полярности, на выходе которой вырабатывается стабилизированное напряжение +5В, и конденсаторах С1-С3, С5-С11, С1,С2-С16 конденсаторы с емкостью 0,1мкФ.

8. Делитель напряжения, выполненный на резисторах R1,R2, служит для формирования напряжения, по которому отсекается сигнал несущий частичный заряд с ЛПЗС, это напряжение составляет 50мВ.

6. Перечень элементов

11

<
>

N

n2

n1

CLK

ЛПЗС

АУ

К

СП

МК

БО

ПК

Г1

Г2

ССВ

RESET

Блок3

Блок2

Блок1