Й.Янсен Курс цифровой электроники. Том 3. Сложные ИС для устройств передачи данных (1987) (1092083), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Интересно сравнить сказанное о регулирующем контуре с тем, что происходит в схеме стабилизатора напряжения. В данной схеме также имеется цепь отрицательной обратной связи, которая поддерживает питающее напряжение постоянным в очень узком диапазоне. Эталонным элементом является диод Зенера (полупроводниковый стабилитрон). Здесь также выходное напряжение изменяется прв изменении эталонного. При этом в случае несоблюдения соответствующих требований источники питания могут стать нестабильными. Тогда регулирование становится инерционным и может компенсировать только медленные изменения выходного напряжения. Для устранения быстрых изменений к выходным клеммам источника питания подключают сглаживающий конденсатор.
Для источников тока существуют два способа регулирования (апалогично управлению процессом): аналоговый и цифровой. В управлении процессом участвуют обычно многие входные переменные, которые поступают с различных чувствительных элементов.
Благодаря инерционности процесса отпадает необходимость постоянного определения того, какие именно измеряемые величины имеются в этот момент. Используя систему сбора и обработки данных, можно по мере необходимости выбирать тот или иной чувствительный элемент и по команде вычислительной машины с помощью аналого-цифрового преобразователя определить численное значение измеряемой величины на выходе датчика. Благодаря системе сбора и обработки данных упрощается устройство сопряжения между вычислительной машиной или другими автоматическими устройствами управления и различными чувствительными элементами измерительных устройств. Если же требуется провести аналого-цифровое пре. образование, то с помощью переключения каналов можно при 14' Глава 8 необходимости выбрать определенный датчик и подключить его к аналого-цифровому преобразователю.
Тогда устройство сопряжения будет менее дорогостоящим. 3.3. Схемы устройств сопряжения для управления процессом При разработке управляющих автоматов обычно много времени и средств требует разработка устройств сопряжения между автоматами и чувствительнымн элементамн или схемами управления регулируемым процессом. До недавних пор стоимость этих схем часто в несколько раз превосходила затраты на вычислительную машину и программное обеспечение. Причина заключается в том, что вычислительная машина стала предметом широкого потребления, а схемы сопряжения выпускаются в индивидуальном исполнении„ так как оии предназначены для решения специфических проблем управления определенным процессом.
Таким образом, можно говорить о выпуске схем сопряжения в виде «заказных ИС» очень малыми партиями. В связи с быстро возрастающими потребностями в выпуске систем автоматического регулирования процессами в последние годы существенно возрос спрос на устройства сопряжения, что привело к появлению интегральных схем или модулей, предназначенных специально для этих целей. В связи с этим следует назвать аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи, твердотельные реле и элементы оптоэлектронной связи, которые служат для получения надежной разнязки между цепями со слабым н сильным током как по соображениям безопасности, так н для предотвращения поступления помех от регулирующих устройств к управляющим автоматам нли нычислительной машине. Устройства сопряжения отличаются схемами управления по переменному и постоянному току, входными цепями, которые с помощью оптоэлектронной связи переносят напряжение с измерительных сопротивлений и измерительного трансформатора сильноточных схем к слаботочным схемам (к вычислительной машине), а также чувствительными элементами, регистрирующими давление газа, температуру, степень влажности и т.
д. н имеющими такое низкое выходное напряжение, что его необходимо усиливать перед передачей этих измеряемых величин. На рис. 3.1 — 3.4 представлены перечисленные устройства. Что касается твердотельных реле, то эти полупроводниковые силовые выключатели обеспечивают возможность включения при переходе сетевого напряжения через нулевой уровень, что необходимо для предотвращения помех. Для подавления помех, вызванных переключением, к симнстору подключен фильтр с элементами Я и С для подавления или ослабления возможных пи- 213 Связь устройств обработки с внешней средой г' пгрд" сгю гпсго Ясгиг дгпд Рвс, Звп Управление цепью переменного тока с помощью логвческогоскгиаиа, Цпггд дгбд г пеРепггпгг ннвгп Рис.
3.2. Управлеяие цепью постоянного тока с вомощью логического сигнала. дгпд поспни ипс пгпгпгпг гпсгв вский Рве, 3,3. Преобразование постоянного или перемениогонапряженив в лога ческий сигнал. ков, возникающих прн переключении н налнчнн индуктивной нагрузки. В случае когда намеренный сигнал должен быть преобразован в цифровой двоичный код, необходимо применение аналогоцифрового преобразователя. Как уже упоминалось, аналогоцифровое преобразование бывает длительным н может привести к ошибкам.в случае, если измеряемая величина кратковременна. В этом случае требуется уснлптель считывания с хранением 214 Глава 8 (Багпр!е-апд-)>о1д-ашрИ11ег), который фиксирует аналоговое значение измеряемой величины в процессе считывания, что обеспечивает возможность работы аналого-цифрового преобразователя.
На рис. 3.5 показана схема устройства сопряжении с аналого-цифровым преобразователем. В этой схеме применяется система сбора и обработки данных; в ее составе имеется мультиплексор, входы которого в свою очередь выбираются при помощи адресации мультиплексных адресных регистров. Адресация выполняется с помощью автоматических устройств или вычислительных машин, управляющих процессом. Бы>ее — гнвленнвене, /ебе авгг ввел>е>ла) оевеее втве Рис. 3.4. Преобразование аналоговой величины в наври>кение, ток илн частоту. После мультиплексора включен измерительный усилитель, предназначенный для усиления сигнала, поступаюшегосвыхода мультиплексора, до такого уровня, которыйвосприннмаетсяусилнтелем считывания с хранением. Этот усилитель отпирается импульсом считывания и принимает снгнал, поступающий с выхода измерительного усилителя. В период между двумя импульсами считывания аналогоцифровой преобразователь преобразует аналоговое значение напряжения в двоичный код.
Мы видим, что во время выбора каналов осуществляется также и считывание. Усилитель считывания с хранением, фиксирующий аналоговое напряжение, может принимать измеряемую аналоговую величину от выбранного канала. Между чувствительными элементами и входами аналоговых мультиплексоров находятся элементы оптоэлектронной связи для обеспечения необходимой развязки между схемами с сильным и слабым током. Импульс считывания должен быть достаточно длительным, чтобы усилитель считывания с хранением мог принимать аналоговую величину напряжения. Следует отметить, что схема имеет общее время установки.
Как показано на рис. 3.6, внутренние сопротивления и монтажные емкости, обведенные на схеме штриховой линией, образуют интегрирующую цепочку, пре- 215 Связь устройств обработки с внешней средой пятствующую мгновенному подъему выходного напряжения до требуемой величины. Период считывания должен немного превышать время установки, чтобы можно было фиксировать правильное значение напряжения. Период считывания должен быть в 10 раз больше постоянной времени интегрирующей цепочки.
В аналоговом мультиплексоре в качестве аналоговых переключателей использованы полевые транзисторы. Величина внутдвопугяпид капов о пад ОДА ва сгтвд пкаггввдиа квнап и ппрксптрм меигпвмс' ссра й прпь< свс Одрвхпввп~т Пспшпедка Рпс. З.б. Схема устройства сопряження с аналого-цифровым преобравова- реннего сопротивления Иее этих переключателей 1полевых транзисторов) составляет порядка нескольких сотен ом. Показанный на рис. 3.6 последовательный резистор Йв при управлении от операционного усилителя 10У) может иметь более низкоезначение сопротивления, так как в этом случае требуется меньшее усиление.
Прн непосредственном управлении от фототранзистора как элемента оптоэлектронной связи величина 1св может достигать нескольких десятков килоом. На рис. 3.7 показан фрагмент схемы сбора и обработки данных. Переключатели на комплементарных полевых транзисторах включаются логическим устройством, которое состоит из декоднрующей и управляющей схем. Каждый из 16 переключателей может быть активизирован путем адресации цепей выбора каналов, так что передается только сигнал, появляю1цийся на адресованном входе.
Декодирующая схема имеет такжевход для возможного ступенчатого переключения нескольких анало- Глава 8 71рнигоииненйои 1 1 ген ! Ф бев ! бноноеобыо бнибм Рис. З.б. Внутренние сопротивления и монтажные емкости, образующие интегрирующую ггепонку, которая препятствует мгновенному подъему напряжения на входе измерителыюго усилителя. ти Минин е бхоби| Конон (6 бмбои нинино Гиенвоново ни иооиоди- еобинин говых переключателей каналов.
Входы переключателя защищены от статических напряжений диодами. В настоящее время схемы сбора и обработки данных, включая аналого-цифровой преобразователь и усилитель считывания с хранением, располагаются на одном кристалле, в результате чего существенно сокращается требуемое время установки схем. 3.4. Аналоговые схемы сравнения (номпараторы) Как было сказано в предыдущих главах, аналоговая схема сравнения (компаратор) применяется для преобразования напряжения измерительного сопротивления или чувствительного Рнс. 3.7. Фрагмент схемы сбора панщех. Ч 1 1 1 1онооиеобми †'-обихои 1 1 1 1 1 1 1 1 Связь ст айств обработки с внешней средой элемента в сигнал с определеннымн логическими уровнями напряжения (ОЛ) для управления ТТЛ-схемами. Примером такой схемы является, например, устройство ).МЗЗ9А, показанное на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
