2. Проектирование цифровой части устройства
Начало симуляции:
Отладка работы по шагам, величина 10мС. Вывод двух средних сегментов указывает на ожидание старта счета.
Рис.3 Ожидание смены уровня на порте PD3
Сигнал с первой оптопары:
Рис.4 Начало счета
В данном положении устройство производит счет, одновременно с этим по очереди мигают средние сегменты, регистрируя такты счета.
Сигнал со второй оптопары:
Рис.5 Конец счета
Рис.6 Вывод информации
Микроконтроллер вышел из подпрограммы счета, пересчитал константу счета во время и выводит ее на порт “B”, если значение не превышает заданную величину. Время счета 70 мс.
Динамическая индикация, первая цифра:
У двух индикаторов выводы сегментов A,B…G запараллелены, в данный момент происходит вывод первой цифры.
Рис. 7 Динамическая индикация, первая цифра.
Код цифры семь выводится на PB0…PB6, и подается логический ноль на землю первого индикатора.
Рис. 8 Динамическая индикация, вторая цифра.
Вывод ошибки:
Константа счета больше максимального значения, в следствии чего происходит вывод кода ошибки:
Рис. 9 Вывод ошибки
Снятие осциллограмм с помощью логического анализатора в среде Proteus 8.
Выводы индикатора A,B…G подключены соответственно к A0,A1…A6, A14 и A15 фиксируют наличие логического нуля на индикаторе.
Рис. 10 Осцилограмма сегментов индикатора, вывод кода ошибки
При выводе кода ошибки, меняются уровни на сегментах B,С и D, что соответствует входам А1,A2 и А3 логического анализатора. Выводимый код при нуле А15: 1,1,1,0,1,1,1. Данный код соответствует букве “R” второго индикатора. Код при нуле А14: 1,0,0,1,1,1,1, соответствует букве “Е”.
Рис.11 Обозначение сегментов индикатора
Симуляция работы измерителя скорости с использованием генераторов прямоугольных импульсов:
Рис. 12 Схема устройства с генераторами импульса.
С начала запуска симуляции происходит вывод «--» на индикаторы, следовательно время нарастания импульса нужно выбрать таким чтобы микроконтроллер не успел заметить первой смены уровня на входном порте PD2, выбираем 1n. Для обеспечения времени между следованиями изменения уровня на портах PD2, PD3 на первом генераторе выставляю коэффициент заполнения 10%, на втором 60% и разное значение максимального напряжения.
Рис. 13 Меню параметров генераторов
Результат счета 10 мС, проверяем значения с помощью аналогового анализатора:
Рис. 14 Осциллограмма сигналов с выходов генераторов импульса Pulse 1 и Pulse 2.
Результат измерений подтверждает верный счет времени, 12мС – 2мС = 10мС.
3. Проектирование аналоговой части устройства.
Проектирование мультивибратора:
Рис. 15 Схема устройства с Н.Ч. генеротором
После каждого цикла измерения происходит звуковой сигнал. Для этого происходит вывод логической единицы на порт PB7. Далее транзистор VT 1 замыкает контактное реле. Он нужен для увеличения входного сопротивления схемы коммутации, и увеличения напряжения с 5 до 12 вольт.
Снятие осциллограмм в среде Proteus 8.
После проектирование мультивибратора необходима отладка его работы. Для этого использую цифровой осциллограф и подключаю каналы А и В к выходам схемы, на коллекторы транзисторов.
Для изначальной индикации работы схемы использую активный светодиод и конденсаторы. Эти элементы в ходе работы схемы показывают, как текут токи в ветвях.
Снятие осциллограмм:
Рис. 16 Осциллограмы сигнала на коллекторах транзисторов
Частота выходного сигнала мультивибратора 52 Гц, величина напряжения питания 15 вольт.
Снятие характеристики на большом времени:
Рис.17 Переходной процесс, установление колебаний
Снятие характеристик, используя аналоговый анализ:
Рис.18 Осцилограмма выходного сигнала
Исследование зависимости изменения частоты колебаний от изменения напряжения.
Чтобы построить данную характеристику требуется создать источник линейно изменяющегося напряжения, причем он должен обеспечить установление колебаний. Для этого я использовал генератор импульса со следующими параметрами:
Рис. 19 Параметры генератора линейно изменяющегося напряжения.
Рис. 20 Осциллограмма генератора линейно изменяющегося напряжения.
Схема измерения:
Рис.21 Схема для снятия зависимости частоты от питающего напряжения.
Исследуемую характеристику снимаю с коллектора транзистора VT2.
Рис. 22 Осциллограмма колебаний мультивибратора с линейно изменяющимся питающим напряжением.
Из-за изменения напряжения питания частота генерируемых импульсов практически не меняется, но происходит постепенное изменение формы сигнала:
Рис.23 Форма сигнала при напряжении питания мультивибратора 2.5 В и 12 В.
В следствии чего изменяется спектр сигнала:
Рис.24 Спектр сигнала при напряжении питания мультивибратора 2.5 В и 12В.
Анализ схемы на переменном токе «AC sweep», проводим изменяя емкость конденсатора С2. Значения емкости: 10u, 8.2u, 6.4u, 4.6u, 2.8u, 1u.
Рис.25 Значения констант в анализе на переменном токе.
Рис.26 Семейство характеристик при анализе на переменном токе, меняется емкость.