63920 (589063), страница 2
Текст из файла (страница 2)
R35,R38 =1 кОм
R36,R37,R39,R40,R41,R42 = 22 кОм
R51,R52=100 Ом
1.3.2Выбор элементной базы
В настоящее время существует несколько технологий производства интегральных микросхем: транзисторно-транзисторная логика(ТТЛ), транзисторно-транзисторная логика с диодами Шоттки(ТТЛШ), МОП(МДП) и КМОП транзисторная логика, эмиттерно-связанная логика(ЭСЛ), интегральная инжекционная логика(И2Л). Каждая технология имеет свои достоинства и недостатки. Наиболее распространены МДП и ТТЛ микросхемы, опишем их.
Микросхемы МДП транзисторной логики обладают большой помехозащищённостью по сравнения с микросхемами других типов, высокой нагрузочной способностью, высокой степенью интеграции, однако имеют низкое быстродействие. В этих микросхемах используют для питания и управления напряжения одинаковые полярности, что облегчает задачи последовательно соединения элементов. В микросхемах этой логики используется положительный и отрицательный уровни напряжения, что только усложняет работу проектировщиков. Наиболее распространенные серии: К176, К561, КР1561 и КР564.
ТТЛ микросхемы имеют высокое быстродействие, обширную номенклатуру, хорошую помехоустойчивость. Однако они обладают большой потребляемой мощностью. К настоящему времени разработано большое количество модификаций микросхем ТТЛ, связанных с повышением нагрузочной способности, уменьшением задержек распространения сигналов, обеспеченьем возможности объединения выходов микросхем, уменьшением потребляемой мощности, расширением выполняемых функций. Однако самые распространенные серии ТТЛ микросхем: К155, К555, К531, КР1533 и КР1531. Они различаются по многим электрическим параметрам(потребляемая мощность, входные и выходные токи и пр.), однако напряжение питания у них одинаковое(Uи.п.=5В±10%), а входные и выходные логические уровни совместимы. Полная электрическая и конструктивная совместимость однотипных микросхем из разных серий снимает многие проблемы проектирования электрических схем. Микросхемы ТТЛ ещё отличаются тем, что высокому уровню напряжения соответствует питающее напряжение Uи.п., а низкому уровню – нулевой потенциал(потенциал земли, заземленный вход) или отсутствие напряжения(разомкнутая цепь). Микросхемы ТТЛ имеют большой процент выхода, низкую стоимость, обладают широким функциональным набором и удобной для практического использования.
Точно определить какие микросхемы лучше МДП или ТТЛ нельзя: недостатки одной серии отсутствуют в другой и наоборот. А когда стоит вопрос о применении микросхем, в первую очередь обращают внимание на требуемые параметры. Например, когда не нужно такое высокое быстродействие как у микросхем ТТЛ-серии, а необходима минимальная потребляемая мощность, применяют интегральные микросхемы КМОП-серии.
Магниторезистивные датчики серии HMC1022 отличаются высокой чувствительностью и позволяют измерять самые малые изменения магнитного поля. Они применяются в магнитометрии для решения различных задач: определения угла поворота, положения объекта относительно магнитного поля земли, измерения частоты вращения зубчатых колес и др.
Принцип работы магниторезистивных датчиков основан на изменении направления намагниченности внутренних доменов слоя пермаллоя (NiFe) под воздействием внешнего магнитного поля. В зависимости от угла между направлением тока и вектором намагниченности изменяется сопротивление пермаллоевой пленки. Под углом 90° оно минимально, угол 0° соответствует максимальному значению сопротивления.
Конструкция магниторезистивных датчиков Honeywell состоит из четырех пермаллоевых слоев, которые организованы в мостовую схему. Кроме того, на плату датчика добавлены две катушки: SET/RESET и OFFSET. Катушка SET/RESET создает легкую ось, которая необходима для поддержания высокой чувствительности датчика, катушка OFFSET предназначена для компенсации воздействия паразитных магнитных полей (созданных, например, каким-либо ферромагнитным объектом или металлическими предметами).
Датчики позволяют измерять самые слабые магнитные поля (от 30 мкГаусс) с последующим их преобразованием в выходное напряжение. В конструкции датчика могут быть объединены несколько мостовых схем, образуя, таким образом, двух- и трехосевые сенсоры.
К числу преимуществ магниторезистивных датчиков можно отнести:
• отсутствие зависимости от расстояния между магнитом и датчиком;
• широкий диапазон рабочих температур (от –55 до 150°С);
• датчики зависят только от направления поля, а не его интенсивности;
• долгий срок службы, независимость от магнитного дрейфа.
Микросхема К561ИЕ16 содержит два независимых 4-разрядных двоичных счётчиков с параллельным выходом. Для повышения быстродействия в ИС применён параллельный перенос во все разряды. Подача счётных импульсов может производится либо в положительной полярности (высоким уровнем), либо в отрицательной полярности (низким уровнем).
К561ИЕ16 представляет из себя вычитающий счетчик - делитель, который может быть запрограммирован чтобы делить входную частоту на любое число от 3 до 15999. Выходной сигнал является импульсом с шириной равной периоду тактовой частоты, который повторяется с частотой в "N" раз меньше входной. Счетчик предустанавливается 16-ю входными сигналами.
Три входа Ka, Kb, Kc определяют модуль деления первой и последней секций счетчика в соответствии с таблицей истинности. Каждый раз, когда первая (самая быстрая) счетная секция проходит один цикл, она уменьшает на 1 число загруженное в трехдекадную промежуточную ступень и в последней счетной секции, которая состоит из триггеров не нуждающихся в работе первой секции. Например, в режиме 2 в первой счетной секции нужен только один триггер. Поэтому последняя счетная секция имеет три триггера, которые могут быть предустановлены в значение до 7-ми в позиции "тысячи". Если для первой секции желательно установить значение 10 то Ka, Kb, Kc устанавливаются в значения 1, 1, 0 и входы 1-4 используются чтобы установить первую счетную секцию и не могут быть использованы для загрузки последней секции. Промежуточная ступень счетчика состоит из трех десятичных счетчиков, устанавливаемых входами 5-16.
Входы выбора режима устанавливают максимальное значение 9999 (когда первая счетная секция делит на 5 или 10) или 15999 (когда первая счетная секция делит на 8, 4 или 2).
Три декады промежуточного счетчика могут быть установлены в двоичное значение 15, а не в десятичное 9 и со своим весом (1, 10, 100) умножается на значение MODE. Например, для MODE=8, числа с которых может начать считать счетчик могут быть следующими:
| 3-я декада | 1500 |
| 2-я декада | 150 |
| 1-я декада | 15 |
| последняя счетная секция | 1000 |
Сумма этих чисел (2665) умножается на MODE (8) и равна 21320. Первая счетная секция может быть установлена в 7. Поэтому в режиме 8 максимальный устанавливаемый коэффициент равен 21327.
Наибольшее возможное число деления показано в колонке "Расширенный диапазон" в таблице.
Управляющие входы Kb и Kc могут быть использованы для перевода счетчика в состояние "Master preset". В этом состоянии триггера счетчика загружаются значениями входов данных, но счет начинается только после изменения режима.
Перед установкой режима 5 сначала должен быть установлен режим "Master preset".
Когда устанавливается режим "Master preset", он должен длиться не менее трех полных тактовых циклов.
После режима "Master preset" когда входы изменились в один из режимов, следующий положительный фронт тактового импульса изменяет внутреннее состояние микросхемы так, что декремент счетчиков начнется по следующему положительному фронту тактового импульса. Таким образом, после режима "Master preset" должен пройти один лишний тактовый импульс прежде чем выход перейдет в состояние H. Высокий потенциал на входе El заставит счетчик сохранять состояние H с того момента, когда появится выходной импульс, до тех пор, пока на вход El не будет подан потенциал L. Если El=L, выход будет оставаться в состоянии H только один тактовый цикл.
Чтобы разделить частоту на какое-либо число, его значение можно определить по формуле:
N= [MODE] * [1000*Decade 5 Preset + 100*Decade 4 Preset +
10*Decade 3 Preset + 1*Decade 2 Preset] + Decade 1 Preset
Здесь MODE- коэффициент деления первой счетной секции.
Чтобы вычислить значения Preset для каждой декады нужно исходное N разделить на избранный режим.
Пример: N=8479, MODE=5
N/MODE= 8479/5 = 1695 + Остаток (4).
Входы: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Значения: 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0
Проверка:
N= 5(1000*1 + 100*6 + 10*9 + 1*5) + 4 = 8479
Микросхема серии LM324N(КР1401УД2А) представляет собой операционный усилитель, на основе которого можно создать различные по назначению радиотехнические устройства. Операционный усилитель – это усилитель с большим коэффициентом усиления и непосредственными связями, применимый а основном в качестве активного элемента в схемах с обратными связями. При достаточном коэффициенте усиления ОУ по напряжению передаточная характеристика устройства вместе c цепями обратной связи может являться функцией только параметров цепей обратной связи, не зависящих от усиления. Помимо выполнения с помощью ОУ традиционных математических операций, таких как суммирование, вычитание, интегрирование и дифференцирование, на ОУ реализуют различные УПТ, усилители переменного напряжения, логарифмические усилители, видео усилители, усилители ограничители, активные фильтры, модуляторы и демодуляторы, функциональные преобразователи, генераторы гармонических колебаний, стабилизаторы напряжение и тока
Рис. 1.3.2.1 Схема операционного усилителя LM324N(КР1401УД2А)
1.3.3 Описание принципа действия устройства
Прибор состоит из двух идентичных двухкоординатных магнитометров, построенных на основе взаимноортогональных двухосных магниторезистивных преобразователей HMC1022 фирмы Honeywell. Магнитометры расположены на некотором расстоянии друг от друга (измерительная база 1 метр) на концах немагнитной штанги (алюминиевый профиль Г-образного сечения) таким образом, чтобы магниторезистивные преобразователи находились в одной плоскости и их измерительные оси были параллельны и одинаково ориентированы. Поворотом штанги (вручную) можно задавать различную ориентацию плоскости преобразователей относительно поверхности Земли. Магнитометры соединены с блоком питания, управления и вычитателей. Для индикации показаний используется аналоговый вольтметр. Блок питания, управления и вычитателей и вольтметр расположены посередине штанги. Снизу к штанге крепится аккумуляторная батарея. Сверху установлена ручка для переноски.
В качестве датчика магнитного поля использован двухкоординатный магниторезистивный преобразователь на микросхеме TD1 HMC1022 фирмы Honeywell. Для работы этого датчика необходимы сигналы сброса/установки (импульсы тока амплитудой до 0.5 А длительностью около 1 мксек). На вход S/R магнитометра подаются прямоугольные импульсы с блока питания, управления и вычитателей. Микросхема DD3 предназначена для формирования фронтов и спадов импульсов. С выхода микросхемы DD3 прямоугольные импульсы через дифференцирующие цепочки R55C10, R56C9 подаются на транзисторы VT4, VT5. Через конденсаторы C13, C14 импульсы сброса/установки подаются на соответствующие входы микросхемы TD1.
Выходные сигналы (пропорциональные составляющей индукции магнитного поля по соответствующей координате) с датчика TD1 подаются на дифференциальные входы усилителей DA1, DA2 (AMP04 фирмы Analog Devices). Для установки нулевого выходного сигнала в отсутствие магнитного поля используются цепочки R4R5R6, R7R8R9. Коэффициент усиления усилителей DA1, DA2 (соответствующий коэффициенту преобразования 1 В/Гс или 10 мВ/мкТл) задается с помощью резисторов R18 и R21. Через токоограничивающие резисторы R30, R31 сигналы поступают на выход преобразователя (OUTA, OUTB). Для питания магнитометра используются напряжения +12, +5 и +2.5 В (Vref), поступающие от блока питания, управления и вычитателей. Напряжение +12.6 В с аккумуляторной батареи через защитный диод VD2 подается на контакт +12 В (для питания узлов измерителя) и на стабилизатор напряжения +5 В (DA7). Для работы усилителей магнитометра от источника однополярного напряжения служит источник опорного напряжения Vref (+2.5 вольт) на элементах R54 и DA6 (TL431C).
Для формирования сигналов сброса-установки (S/R) служит генератор на микросхемах DD1, DD2. На выходе генератора могут присутствовать четыре разновидности сигнала S/R (режим работы выбирается переключателями S1,S2,S3): прямоугольные импульсы частотой 20 Гц и скважностью, равной 0.5; прямоугольные импульсы частотой 0.2 Гц и скважностью, равной 0.5; прямоугольные импульсы частотой 0.2 Гц и скважностью, равной примерно 0.05; нулевой уровень.
Вход вольтметра подключается к выходам магнитометров, а также к выходам вычитателей. Вольтметр может работать с открытым или закрытым входом, в зависимости от положения переключателя S1. Закрытый вход позволяет отделить переменную составляющую сигнала от постоянной, что в сочетании с разнообразием форм сигнала S/R существенно расширяет возможности устройства. Вольтметр построен по схеме преобразователя напряжение-ток (DA1.2). Для индикации полярности входного напряжения использован узел на микросхеме DA1.3, транзисторах VT1, VT2 и светодиодных индикаторах HL1, HL2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
