В данной статье рассматривается МП-система измерения сопротивления. Данная система способна проводить измерение сопротивлений в диапазоне от 1 Ом до 1 кОм с точностью 1 %. Основой системы является 8-разрядный АЦП К1107ПВ2.
Ключевые слова: сопротивление, омметр, система измерения, аналогово-цифровой преобразователь, светодиод, микросхема
In this article, the MP system for measuring resistance is considered. This system is capable of measuring resistance in the range from 1 ohm to 1 kohm with an accuracy of 1 %. The base system is an 8-bit A / D converter K1107PV2.
Key words: resistance, ohmmeter, measuring system, analog to digital converter, light-emitting diode, chip
Принцип работы данной системы состоит в следующем. При неизменном токе сопротивление образца будет прямо пропорционально напряжению на зажимах. Таким образом, для реализации системы необходим источник стабилизированного тока. Для измерения сопротивления с максимальной точностью 1 % достаточно 3 десятичных или 8 двоичных разрядов. Однако, для поддержания принятой точности необходимо переключение пределов измерений. В данной работе приняты следующие пределы измерения: 2 Ом, 20 Ом, 200 Ом, 2 кОм.
На рисунке 1 представлена структурная схема омметра.
Результат измерения выводится на 4-х разрядный 7-и сегментный светодиодный индикатор красного свечения. Все цифровые элементы ТТЛ или ТТЛ-совместимые. Для переключения пределов измерения применены малогабаритные реле 112.3747, рассчитанные на номинальное напряжение 12В. Интегральная полупроводниковая ИС К1107ПВ2 представляет собой быстродействующий 8-разрядный аналого-цифровой преобразователь.
Рис. 1. Структурная схема «Омметра»
— масштабный усилитель постоянного тока
Rизм — измеряемое сопротивление
J — ступенчато регулируемый источник тока.
PIO — программируемый параллельный адаптер КР580ВВ55А
ADC –аналого-цифровой преобразователь К1107ПВ2
X/Y — преобразователь кода для 7-сегментного индикатора К155ПП5
DPY — светодиодный 7-сегментный индикатор типа АЛС324Б
MPS — микропроцессорная система на базе КР580ВМ80А
Микросхема предназначена для преобразования входных аналоговых сигналов в диапазоне отрицательных напряжений от –2 В до 0 в один из потенциальных кодов параллельного считывания: прямой двоичный, обратный двоичный, прямой дополнительный, обратный дополнительный. Построение АЦП по полностью параллельной схеме позволяет получать максимальное быстродействие при минимальной динамической погрешности без использования внешней схемы УВХ при сохранении монотонности ХП в диапазоне частот до 2,5 МГц. Выходные уровни и уровни сигналов управления АЦП соответствуют уровням ТТЛ.
В качестве портов ввода/вывода используются микросхемы К589АП16 и КР580ВВ55А [1]. Микросхема К589АП16 — шинный формирователь (ШФ) является параллельным двунаправленным формирователем сигналов для управления магистралями (шинами) в цифровых вычислительных устройствах. ИС представляет собой четырехканальный коммутатор, имеющий в каждом канале одну шину для приема информации, одну шину для выдачи и одну двунаправленную шину для приема и выдачи [2].
Обмен информацией между магистралью данных систем и микросхемой КР580ВВ55А осуществляется через 8-разрядный двунаправленный трехстабильный канал данных. Для связи, с периферийными устройствами используются 34 линии ввода/вывод, сгруппированные в три 8-разрядых канала ВА, ВВ, ВС. Направление передачи информации и режимы работы которых определяются программным способом. Микросхема может функционировать в трех основных режимах. В режиме 0, который использован в данной разработке, обеспечивается возможность синхронной программно управляемой передачи данных через два независимых 8-разрядных канала ВА, BB и два 4-разрядных канала ВС. Канал ВА запрограммирован на ввод, каналы ВВ и ВС на вывод [3].
Микросхема КР580ВВ55А сопряжена с реле KV1÷KV4 через мощные транзисторы КТ815А. Источником тока служит интегральный стабилизатор напряжения, собранный по схеме с шунтом, состоящим из резисторов R35÷R38, коммутируемых контактами реле KV1÷KV4.
Таблица 1
Cоответствия для расчета R35÷R38.
|
Предел Rизм |
Iизм |
Uизм |
Kмасш для DD12 |
Udac |
Rш=R35+R36+R37+R38 |
|
2 кОм |
50 мкА |
0,1 В |
15.686 |
1.5686 В |
98 кОм |
|
200 Ом |
500 мкА |
0,1 В |
15.686 |
1.5686 В |
9,8 кОм |
|
20 Ом |
5 мА |
0,1 В |
15.686 |
1.5686 В |
980 Ом |
|
2 Ом |
50 мА |
0,1 В |
15.686 |
1.5686 В |
98 Ом |
Расчет резисторов схемы:
Расчет R35÷R38:
– резистор R35=98 Oм;
– резистор R36=980 — R35 = 882 Ом;
– резистор R37=9800 — (R35+R36) = 8820 Ом;
– резистор R38=98000 — (R35+R36+R37) = 88200 Ом.
Резисторы R39, R40 обеспечивают коэффициент усиления операционного усилителя равным 15,686:
– резистор R39=1000 Ом;
– резистор R40= 14700 Ом.
Сегменты индикаторов HG1÷HG4 потребляют ток 20 мА, который обеспечивает нормальную яркость свечения.
Ом (1)
Резисторы R41, R42, R43 обеспечивают напряжение -6В и -2В для АЦП:
—резистор R41= 9 кОм;
—резистор R42= 4 кОм;
—резистор R43= 2 кОм.
Питание устройства:
+5В — от МПС. Все цифровые ИМС имеют питание +5В;
+12В — нестабилизированное питание обмоток реле;
±15В — стабилизированное питание аналоговой части устройства.
Рис. 2. Цифровая часть принципиальной схемы «Омметра»
Рис. 3. Аналоговая часть принципиальной схемы «Омметра»
Рис. 4. Блок-схема реализуемого устройства
Рис. 5. Продолжение блок-схемы
На рисунках 4 и 5 представлена блок схема разрабатываемой системы.
Блок 1. В регистр управления ППА загружается число соответствующее нулевому режиму работы, при котором каналы В и С работают на вывод, а канал А работает на ввод.
Блок 2. В регистр В записывается восьмиразрядное число, причём нулевой, первый и второй биты управляют реле, а четвёртый и пятый — плавающей точкой.
Блок 3. В порт F4h выводится содержимое регистра В, задающее ток через измеряемое сопротивление и точку на семисегментных индикаторах.
Блок 4. Проверяется значение напряжения на сопротивлении. Если оно не превышает предел измерения АЦП, то следующим выполняется блок 7. В противном случае выполняется блок 5.
Блок 5. Если сопротивление больше 2 кОм, то осуществляется переход к блоку 10. Иначе выполняется блок 6.
Блок 6. Содержимое регистра В сдвигается вправо, тем самым увеличивается последовательно включенное с измеряемым резистором сопротивление, плавающая точка переходит на другой индикатор.
Блок 7. Двоичное число на выходе АЦП, пропорциональное измеряемому сопротивлению, умножается на десять, таким образом, в регистровую пару HL записывается значение сопротивления измеряемого резистора в двоичном коде.
Блок 8. Для перевода значения сопротивления измеряемого резистора из двоичного кода в двоично-десятичный содержимое регистровой пары HL декрементируется, а количество единиц инкрементируется. Если количество единиц будет больше 9, то счётчик единиц обнуляется, а счётчик десятков инкрементируется. При превышении количества десятков 9, счётчик десятков обнуляется, а счётчик сотен инкрементируется и так далее. Таким образом, подсчитывается сопротивление резистора, результат записывается в регистровую пару DЕ.
Блок 9. Значение найденного сопротивления резистора выводится на четыре семисегментных индикатора из регистровой пары DЕ в порты @F1, @F2.
Блок 10. Питающее напряжение стабилизатора замыкается на землю с помощью реле. После этого программа завершает свою работу.
Результатом проделанной работы стал омметр, предназначенный для измерения сопротивлений от 1 Ом до 1 кОм с точностью 1 %. Результат измерения выводится на 4-х разрядный 7-и сегментный светодиодный индикатор красного свечения, а также имеется возможность передавать показания другим программным приложениям МПС. При попытке измерения сопротивления больше 2000 Ом, программа отключает напряжение от измеряемого резистора, так как напряжение на входе АЦП станет больше по модулю -2В, а длительное превышение может вывести его из строя. При изменении одной команды, можно увеличить предел измерения до 2400 Ом. Для увеличения пределов измерения можно изменить номиналы резисторов R35-R38, но при этом точность при малых сопротивлениях измеряемого резистора уменьшится. Для устранения этого недостатка можно увеличить количество пределов измерения сопротивления, но при этом понадобится добавлять еще несколько резисторов и реле, что приведёт к увеличению массогабаритных размеров «Омметра.
Литература:
- С. И. Лукьянов, А. Н. Панов, Е. И. Сидельникова, А. Е. Васильев. Лабораторный практикум по курсу «Электронные промышленные устройства»: Учебное пособие. — Магнитогорск: МГТУ, 2004.
- К589АП16 и К589АП26 [Электронный ресурс]: — Режим доступа: http://dplm2008.narod.ru/str/komplects/k589/k589_k589ap16_k589ap2f.html. — Заглавие с экрана. — (дата обращения: 31.05.2017).
- Микросхемы для «ЮТ-88» [Электронный ресурс]: — Режим доступа: http://junetech.chat.ru/kollection/ut88/mikrosx.htm. — Заглавие с экрана. — (дата обращения: 31.05.2017).
