Болл С.Р. Аналоговые интерфейсы микроконтроллеров (2007) (1264220), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Значительная нагрузка или слишком низкая температура могли привести к значительной величине смещения для обеспечения необходимого нагрева. В подобных случаях понадобится применение дополнительных датчиков. Далее, такие параметры системы, как смещение или усиление могут быть вычислены или взяты из сформированной заранее таблицы. 11.4. Управление цепями переменного тока В некоторых устройствах требуется управление цепями переменного тока для включения и выключения светильников, двигателей, нагревателей и т. п. Простейший метод управления основан на применении твердотельных реле (Бойд-Згаге Ве)ау, ВЗК). Как показано на Рис.
11.4, в полупро- 292 ° Глава П. Аналоговая схемотехника водннковое фотореле могут входить оптопара светодиод-фототиристор или оптопара светодиод-фотосимистор, вместо маломощного фототирис- тора. Некоторые силовые фотореле снабжены металлической плоскостью на нижней поверхности для крепления к радиатору. Выводы цепей переменного тока Рас.
11.4. Полупроводниковое фотореле на оптопарах светодиод-фототиристор или светодиод-симистор )окоограничивающий +Н логической схемы Ас узочный истор В од йу вания пРоцессора б) в) ч120 В ОВ -120 В Пересечение нуля в) Рис. 11.5. Управление полупроводниковым фотореле Вход управления ПО ПОСТОЯННОМУ напряжению Управляющий сиги на выищ микропроцессорно системы (при низ логическом Пю сигнала на нагруз подается питан Этот вне щний диод в обратном включении предотвращает пробой светодиода оптрона (ор(о(во(а1ог) при подаче напряжения обратной полярности.
Диодпроводит токвтечение отрицательной полуволны, защищая светодиод от нежелательного отрицвтелыюго напряжения. 11.5. Схемы контраяя наярязнения питания ° 293 Во многих случаях требуется переключение управляющего элемента в момент перехода сигнала переменного напряжения через О (Рис. 11.5б). Если реле переключится, когда напряжение сигнала не равно нулю, то на нагрузке появится импульс, вместо плавного синусоидального сигнала.
Такой импульс может вывести из строя отдельные устройства. К тому же, крутой фронт импульса приведет к формированию мощных электромагнитных помех. Наконец, через нагрузку потечет чрезмерный ток при приложении высокого импульсного напряжения (Рис.11.5а). В настоящее время можно приобрести твердотельное реле с встроенной функцией переключения в момент перехода переменного напряжения через О.
В некоторых случаях удается осуществлять переключение реле в момент перехода переменного напряжения через ноль программными средствами. На Рис. 11.5в показан способ такого переключения: оптрон подключается к сети переменного тока через ограничивающий ток светодиода резистор. Каждый раз, когда напряжение в сети переходит через О, оптрон выключается и генерирует прерывание микропроцессора.
Все переключения внешних нагрузок осуществляются при запуске программы обработки прерывания. Обычно, для получения высокоскоростной реакции цепи, программа вне кода обработки прерывания устанавливает флаги для определения, какие именно устройства переменного тока должны быть включены.
Программа обработки прерывания считывает эти флаги и включает то исполнительное устройство, какое нужно включить в соответствии с заданным программой алгоритмом. Такой подход обеспечивает минимальную задержку между прерыванием и включением исполнительного устройства. 11.5.
Схемы контроля напряжения питания В настоящее время доступно большое количество ИС для осуществления контроля напряжения в микропроцессорных системах. Одним из примеров может служить ИС супервизора питания Т7.7770 фирмы Техаз 1яз~титепгз. ИС Т1.7770 содержит два компаратора для контроля напряжения по двум входам. В основном, эти устройства обеспечивают сброс микропроцессора при падении напряжения ниже определенной величины (1 В для ТЕ7770), а затем возврат после заданного промежутка времени из состояния сброса при восстановлении нормальной величины напряжения.
Такой подход гарантирует, что микропроцессор будет в состоянии сброса все время, пока напряжение питания будет вне допустимых пределов. Хотя многие контролирующие напряжение питания ИС нацелены на мониторинг напряжения блоков питания микропроцессорных систем, их можно приспособить и для используемых в других целях блоков питания. 294 ° Глава 11. Аналоговая схемотехника Например, олин из входов ИС применяется для контроля напряжения питания микропроцессора, а другой вход — для контроля высокого напряжения питания двигателя. В некоторых случаях можно использовать резистивные делители напряжения для приведения контролируемых параметров к диапазону работы ИС.
11.6. Управление биполярными транзисторами Биполярные транзисторы часто применяются в исполнительных цепях микропроцессорных систем. На Рис.11.ба показана схема включения транзистора. Когда на выходе микроконтроллера ВЫСОКИЙ уровень, в базу транзистора поступает ток, и транзистор открывается. Нзгртзочный резистор с напрмкением с напряжением ингения+5 В ингения+3.3 В Непрякение ЪГ! р-и-р-типе з вы Микро Нзгрузочный реэистор я1 Нзп к узочный резистор Ф Рвс.
11.б. Управление биполярными транзисторами 11.б. Управление биполярныии вранзисгпорами ° 295 Когда на выходе микроконтроллера устанавливается НИЗКИЙ логический уровень, транзистор закрывается. Можно сформулировать следующие требования к сигналам управления биполярным транзистором: ° Напряжение на выходе микроконтроллера должно превышать 0.8 В лля устойчивого открывания транзистора. ° Необходимо обеспечить высокий ток базы для работы транзистора в режиме насыщения. ° С другой стороны, максимальный ток базы должен быть ограничен для предотвращения выходатранзистораизстроя.
° Низкий уровень сигнала должен создавать достаточно низкое напряжение на выходе для уверенного закрытия транзистора. Это обычно не составляет проблемы, пока нет необходимости создания на выходе большого тока. Ток базы можно вычислить по следующей формуле: Наарялсение высокою уровня — Гвэ Сопрогпивлениерезисгпора базы Резистор в цепи базы транзистора — это й1 (на рисунке). Напряжение высокого уровня — это напряжение обычного логического уровня. Это напряжение может изменяться в зависимости от сопротивления нагрузки, так напряжение на логическом выходе, которое обычно связано с напряжением питания, может оказаться слишком низким, если источник питания обладает недостаточной мощностью. Напряжение между базой и эмитгером транзистора, Увэ, составляет обычно 0.6...0.8 В.
Насколько напряжение коллектора транзистора может приблизиться к потенциалу земли, зависит от сопротивления нагрузки н тока базы. Максимальный ток коллектора примерно равен току базы, умноженному на коэффициент передачи по току. Коэффициент передачи по току маломощных транзисторов может составлять несколько сотен, поэтому при токе базы в несколько мА можно получить ток коллектора в сотни мА.
Мощные транзисторы обладают коэффициентом передачи не выше 10...20, в результате довольно трудно управлять такими транзисторами прямо с выхода микроконтроллера — усиление транзистора может оказаться недостаточным для насыщения и создания высокого тока в нагрузке. Следовательно, для управления мощными цепями может понадобиться дополнительный транзистор, создающий достаточный ток базы мощного транзистора. Простое решение при использовании биполярных транзисторов— установить оптимальный ток базы, равный примерно половине макси- 296 ° Глава 11.
Аналоговая схемотехника мально допустимого тока. Если при этом не обеспечивается достаточный ток коллектора, или если микроконтроллер не сможет развить требуемый ток базы, тогда надо рассмотреть возможность применения другого драйвера. Примечание. Помните, что параметры транзисторов значительно варьируются от образца к образцу.
Поэтому нельзя проектировать схему с расчетом на максимвльный коэффициент передачи транзисторов, а перед применением транзисторов желательно измерять их параметры. 11.6.1. Преобразование логических уровней Биполярный транзистор может оказаться полезным для передачи сигналов между цепями с разными напряжениями логических уровней. На Рис. 11.66 приведен пример использования транзистора для согласования микроконтроллера с питанием +5 В и внешних элементов в системе с питанием +3.3 В. Коллектор транзистора подключается к источнику питания +3.3 В через резистор. 11.6.2. Скорость переключения Одна из проблем при подключении транзистора прямо к выходу микроконтроллера кроется в скорости переключения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
