4.4 Выбор элементов и разработка принципиальной схемы

• Порт ввода/вывода. Выберем наиболее популярный порт ввода/вывода отечественного производства микросхему КР580ВВ55. Данная БИС предназначена для организации ввода/вывода параллельной информации различного формата и позволяет реализовать большинство различных протоколов обмена по параллельным каналам. В состав БИС входят: двунаправленный 8-разрядный буфер данных, связывающий ППИ с шиной данных, блок управления записью/чтением, обеспечивающий управление внутренними и внешними передачами данных, управляющих слов и информации о состоянии ППИ, три 8-разрядных канала ввода/вывода (порт А,В,С) для обмена информацией с внешними устройствами, схема управления группой А, вырабатывающая сигналы управления каналом А и старшими 4-мя разрядами канала С, схема управления группой В, вырабатывающая сигналы для канала В и младших разрядов канала С. Режим работы каждого канала программируется с помощью управляющего слова. Значение битов управляющего слова приведены в табл. 4.2.

Таблица 4.2- Значения бит управляющих слов

Бит	Назначение
0	Младшие разряды канала С (0-3). 1- ввод / 0-вывод
1	Канал В. 1-ввод / 0-вывод
2	Группа В. 0-режим 0 / 1-режим 1
3	Старшие разряды канала С (4-7). 1-ввод / 0-вывод
4	Канал А. 1-ввод / 0-вывод
5-6	Группа А. 0-режим 0 / 1-режим 1
7	установка режимов работы каналов / 0 - сброс/установка отдельных разрядов канала С

БИС поддерживает следующие режимы работы: режим 0 - основной режим ввода/вывода; режим 1 - стробируемый ввод/вывод; режим 2- режим двунаправленной передачи информации. Канал А может работать в любом из трех режимов, канал В - в режимах 0 и 1. Канал С может быть использован для передачи данных только в режиме 0, в остальных режимах он служит для передачи управляющих сигналов, сопровождающих процесс обмена по каналам А и В.

Используем каналы А, В и младшие разряды канала С для вывода, а старшие разряды канала С - для ввода. Тогда в схеме понадобится дополнительный буфер ввода на 9-4=5 разрядов.

• Дополнительный буфер ввода. Необходимо обеспечить 6 разрядов для вывода, используем микросхему КР1533АП5 - два четырехразрядных формирователя сигналов.

• В качестве системного буфера данных выберем микросхему КР1533АП6 - двунаправленный буфер данных.

• Схемы обработки сигналов ПДП - запроса, для этой цели используем микросхему КР1533ТМ2 - два D-триггера. На вход С заведем сигнал с генератора, с выхода будем снимать сигнал DRQ, на вход сброса - сигнал DACK.

• Генератор выполним по схеме стандартного включения с кварцем на 40 кГц для канала чтения, для получения частоты 20 кГц для канала записи используем счетчик КР1533ИЕ5 в режиме деления на два.

Для разделения чтения из ППИ и дополнительного буфера необходимо сначала определить адреса программно-доступных элементов записи и чтения. Данные приведены в табл. 4.3.

Таблица 4.3- Таблица адресов программно- доступных элементов

Запись		Чтение
Приемник	Адрес	Источник	Адрес
Порт А	00
Порт В	01	Буфер данных	01
Порт С	10	Порт С	10
Порт управления	11	Порт управления	11

Адрес буфера данных очень важно определить смежным с адресом порта С, так как в режиме ПДП обмен ведется с помощью инкрементирования или декрементирования адреса контроллером ПДП. Соответственно, для разделения чтения ППИ и буфера достаточно построить схему детектирования двух младших битов адреса и сигнал чтения -IOR (или -IOW).

• Схема сопряжения с исполнительным механизмом. В его состав входят: гальваническая развязка, усилитель и устройство защиты от перегрузок по току. Для обеспечения гальванической развязки выберем транзисторную оптопару АОТ126Б. Справочные данные приведены в табл.4.4.

Таблица 4.4- Характеристики оптопары АОТ126Б

Iвх=20мА	Uвх=2В	tперекл=2мкс	Uиз=1000В
Iвх.макс.=30мА	Uвых.макс.=15В	Iвых макс=10мА

Для гарантийного обеспечения входного тока 20мА используем инвертор с повышенной нагрузочной способностью КР1533ЛН2, сопротивление R8=(5-Uвх)/Iвх=(5-2)/0.02=150Ом. Оптопара используется в стандартном включении с резистором R9=100кОм. Для обеспечения выходного тока 200мА, необходимо использование усилителя на базе транзистора в схеме включения с открытым коллектором. В режиме логической «1» напряжение коллектор-эммиттер должно быть 40В, а в режиме логического «0» 5В. Выберем транзистор средней мощности КТ630А. Его характеристики приведены в табл. 4.5. Для расчета необходимого тока базы проведем на ВАХ транзистора Iк=f(Uкэ) прямую, соединяющую точки Uкэ=40В (предельное значение питания коллектора) и Iк=200мА (значение тока). Из этой прямой мы узнаем необходимые токи базы для режима 40В и 5В. Ток коллектора в режиме «0» - 170мА, ток базы - 2,5 мА. Сопротивление R10=5В/2.5мА=2000Ом. Таблица 4.5- Характеристики транзистора КТ 630А

Iкмакс=1А	Iб макс=0.2А	h12Э=80	Uбэ макс = 7В
Uкб макс=100В	Т^0С=-40+125	tвкл=10мкс	Uбэ нас=0.85В

Вывод коллектора у транзистора оставляется открытым, при подключении к ИМ необходимо обеспечить питание коллектора через резистор. Для тока нагрузки 200мА необходимо сопротивление R=40/0.2=200Ом. В качестве устройства защиты от перегрузок по току используем самовосстанавливающийся предохранитель PolySwitch RX 030 , расчитаный на ток обрыва 0,3А.

• Схема сопряжения с датчиками. Схема строится на оптронном переключателе. В качестве оптронной пары выберем диодную оптопару К249ЛП1А, обеспечивающую уровни напряжения на выходе для запуска КМОП-микросхем. Её электрические параметры указаны в таблице 4.6.

Таблица 4.6 – Электрические параметры оптопары К249ЛП1А

№	Параметр	Значение
1	Число каналов	1
2	Uиз, В	1000
3	Umax., В	20

Резистор R7 ограничивает ток оптрона, а резисторR6 устанавливается для работы с токовым входом.

Вычисляем номинал резистора R7 из условия, что входной ток меняется в пределах 4..20 мА:

R7 =U_max/I_{вх max}= 20/20 = 1 кОм.

На входе ставим защиту по току (самовосстанавливающийся предохранитель фирмы PolySwitch) и от переполюсовки (диод Д226). Принципиальная схема модуля приведена в Приложении Б.