VÝVOJOVÁ DESKA PRO JEDNOČIPOVÝ MIKROPOČÍTAČ PIC 16F88 A. ZADÁNÍ FUNKCE A ELEKTRICKÉ PARAMETRY: vstupní napětí: U IN AC = 12 V (např.

Transkript

1 VÝVOJOVÁ DESKA PRO JEDNOČIPOVÝ MIKROPOČÍTAČ PIC 16F88 A. ZADÁNÍ FUNKCE A ELEKTRICKÉ PARAMETRY: vstupní napětí: U IN AC = 12 V (např. z transformátoru TRHEI422-1X12) ovládání: TL1- reset, vývod MCLR TL2, TL3- vstupy, vývody RB2, RB3 signalizace napětí: LED1 G 12V DC pro výstupní obvod LED2 B 5V STAB pro PIC LED3 R činnost oscilátoru, vývod OSC2 LED4 Y činnost PIC, vývod RA2 LED5-8 Y výstupy PIC, vývody RB4- RB7 výstupní obvod: relé 12V s přepínacím kontaktem pro 1A jištění na vstupu pojistkou F1 500 ma KONSTRUKČNÍ PODKLADY: rozměry desky 80 x 100 mm, max. výška 40 mm oboustranný plošný spoj rozmístění určených součástek (tlačítka, konektory, LED, otvory) viz. Obr. 1 vstupní konektor X1, výstupní X2 upevňovací otvory o průměru 3 mm DOPORUČENÉ SOUČÁSTKY: katalog GME 2006 bezvývodové součástky SMD- rezistory a keramické kondenzátory vývodové součástky- ostatní usměrnění řešit diodovým můstkem v pouzdru DIL stabilizaci řešit pomocí integrovaného stabilizátoru v pouzdru TO-220 v doporučeném zapojení výrobce PIC v patici DIL v doporučeném zapojení výrobce konektor X1- typ K375A konektor X2- typ ARK500 tlačítka- P-B1720 LED o průměru 5 mm POUZE PRO VÝUKU!!!!! 1 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2007

2 B. NÁVRH OBVODOVÉHO ŘEŠENÍ, VÝBĚR A VÝPOČET HODNOT SOUČÁSTEK 1. NAPÁJECÍ ZDROJ VÝVOJOVÉ DESKY Stabilizovaný napájecí zdroj se bude skládat z obvodů: usměrnění a signalizace stejnosměrného napětí U OUT1, stabilizace, signalizace stabilizovaného napětí U OUT2. Při návrhu usměrňovače s vyhlazovacím kondenzátorem vycházíme ze známého schématu, které je uvedeno na obr. 3. Zde již můžeme označovat jednotlivé součástky podle zadání, v našem případě vstupní konektor X1. Obr. 3 Schéma usměrňovače s vyhlazovacím kondenzátorem Obvod signalizace napětí U OUT1 jsem umístil mezi usměrňovač a stabilizátor. Při POUZE PRO VÝUKU!!!!! 2 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2007

3 umístění na výstupu zdroje by při změně výstupního napětí docházelo ke změně jasu signalizační LED. Doplněné schéma je obr. 4. Obr. 4 Schéma doplněné o obvod signalizace Při návrhu obvodu stabilizátoru vycházíme z doporučeného zapojení výrobce. Na obr. 5 je upravené doporučené zapojení vycházející z dokumentace výrobce. Obr. 5 Doporučené zapojení obvodu Obvod signalizace stabilizovaného napětí U OUT2 je na obr. 6. Obr. 6 Obvod signalizace U OUT2 POUZE PRO VÝUKU!!!!! 3 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2007

4 Obr. 7 Celkové zapojení zdroje VÝPOČET HODNOT SOUČÁSTEK VÝPOČET KAPACITY VYHLAZOVACÍHO KONDENZÁTORU C1 Uvedeme si zjednodušený způsob výpočtu kapacity vyhlazovacího kondenzátoru. Vycházíme z následujících předpokladů: 1. kondenzátor C1 se nabíjí na maximální hodnotu napětí U MAXC1 a následně se vybíjí na hodnotu minimální U MINC1, která však musí být dostatečná pro práci integrovaného stabilizátoru LM7805. Toto napětí na vstupu integrovaného stabilizátoru musí být vždy o min. 3V vyšší než max. výstupní napětí obvodu; podle zadání však musí být min 12 V (U OUT1 ) 2. celkový proud I CELK je dán součtem výstupního proudu I OUT1, I OUT2 a proudů, které jsou nutné pro činnost integrovaného stabilizátoru I STAB a funkce LED I LED1 a I LED2 ; 3. perioda pulsujícího usměrněného napětí na výstupu můstku, odpovídá kmitočtu 100 Hz. VÝPOČET: U MAX C1 =k 2 U IN RMS U D U MAX C1 =0, ,5=14,27 V k - koeficient možného snížení napětí sítě o 10% - 0,9, U IN RMS - efektivní hodnota napětí na sekundárním vinutí zadaného transformátoru TRHEI422-1X12-12 V, U D - úbytek napětí na diodách můstku (proud vždy protéká přes dvě diody můstku), úbytek napětí na diodě je závislý na protékajícím proudu, pro náš účel předpokládáme úbytek 0,5 V. U MINC1 =U OUT 2STAB 3V U MINC1 =5 3=8 V U OUT MAX max. výstupní napětí obvodu -5 V Ze zadání však musíme dodržet minimální napětí U OUT1 = 12 V a tedy U MINC1 = 12 V Volíme I CELK =0,2 A POUZE PRO VÝUKU!!!!! 4 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2007

5 Náboj kondenzátoru: Q=C U Q= I t C U =I t C= I t U Kapacita vyhlazovacího kondenzátoru C1 v našem obvodu bude: C1= I CELK t U C1 U C1 rozdíl max. a min. hodnoty napětí na C1 U C1 =U MAXC1 U MINC1 U C1 =14,27 12=2,27V t perioda nabíjení a vybíjení C1 (u dvoucestného můstkového usměrnění odpovídá f = 100 Hz) t= 1 f = =10 2 sec C1= 0, ,27 C1= F C1 = 881 μf U elektrolytického kondenzátoru C1 nás kromě kapacity, kterou jsme počítali pro případ poklesu napájecího napětí o 10% a zajištění spolehlivé práce stabilizátoru při zadaném odběru, bude zajímat i maximální napětí v případě zvýšení síťového napětí o 10%. Na toto zvýšené napětí U MAX C1 musíme vybírat (dimenzovat) konkrétní elektrolyt z katalogu, a proto ho určíme již nyní. Výpočet bude podobný, pouze koeficient bude k = 1,1. U MAX C1 =k 2 U IN RMS U D =1, =17,66V VÝPOČET HODNOTY REZISTORU R1 Předřadný rezistor R1 musí zabezpečit stav, kdy na LED je napětí U F a diodou protéká proud I F. Při tomto stavu LED dioda dostatečně svítí a není přetěžována. V katalogu jsou pro zelenou LED L-53LGD uvedeny hodnoty: U F = 1,9 V I F = 2 ma R1= U R1 I F U R1 =U MAX C1 U F =17,66 1,9=15,76 V Poznámka- opět musíme počítat se stavem, kdy se napájecí napětí zvýší o 10 %, a proto je ve vzorci hodnota napětí U MAX C1 R1= 15, =7880 R1 = 7880 Ω. Při výběru konkrétního rezistoru nás bude zajímat jeho výkonové zatížení P R1, které můžeme vypočítat podle známého vzorce. POUZE PRO VÝUKU!!!!! 5 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2007

6 P R1 =U R1 I F = U 2 R1 = I 2 R F R 1 1 P R1 =15, =0,031W VÝPOČET HODNOTY REZISTORU R2 Předřadný rezistor R2 musí zabezpečit stav, kdy na LED je napětí U F a diodou protéká proud I F. Při tomto stavu LED dioda dostatečně svítí a není přetěžována. V katalogu GME sou pro modrou LED 5mm BLUE 3000/20 uvedeny hodnoty: U F = 3,5 V, I F = 20 ma. volíme 10 ma R2= U R2 I F U R2 =U OUT U F =5 3,5=1,5V R2= 1, =150 R2 = 150 Ω P R2 =U R2 I F = U 2 R2 =I 2 R F R 2 2 P R2 =1, =0,015W VOLBA OSTATNÍCH SOUČÁSTEK Integrovaný usměrňovač B1 Volíme: B250C1000DIL (U = 250 V, I MAX = 1 A, pouzdro DIL) Integrovaný stabilizátor IO1 Volíme: 7805 (U OUT = 4,8 5,2 V, I OUT = 1,5 A, TO220) LED1 Volíme: L-53LGD (U F = 1,9 V, I F = 2 ma) LED2 Volíme: LED5mmBLUE 3000/20 (U F = 3,5 V, I F = 20 ma) Pojistka F1 Volíme: FSF00.5 (500 ma, axiální 5 x 20 m) C2, C3 Hodnoty keramických kondenzátorů převezmeme z doporučeného zapojení výrobce. POUZE PRO VÝUKU!!!!! 6 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2007

7 C2 = 330 nf C3 = 100 nf C4 Kapacita kondenzátoru je doporučena v rozsahu 5 do 20 µf- volíme 10 µf SVORKOVNICE X1 Na základě zadání ARK500/2, RM= 5 mm SVORKOVNICE X2 Na základě zadání ARK500/3, RM= 5 mm 2. OVLÁDÁNÍ, OBSLUHA A VÝSTUPY JEDNOČIPOVÉHO MIKROPOČÍTAČE PIC16F88 POUZE PRO VÝUKU!!!!! 7 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2007

8 Volíme LED nízkopříkonové: LED3 L-5MM2MA/R U F = 2,2 V, I F = 2 ma LED4 8 L-5MM2MA/Y U F = 1,9 V, I F = 2 ma VÝPOČET HODNOTY REZISTORU R3 R3= U R3 I F U R3 =U OUT U F =5 2,2=2,8V R3= 2, =1400 R3 = 1400 Ω P R3 =U R3 I F =2, =5, W VÝPOČET HODNOT REZISTORŮ R4- R8 R4= U R4 I F U R4 =U OUT U F =5 1,9=3,1 V R4= 3, =1550 R4-8 = 1550 Ω P R4 =U R4 I F =3, =6, W Ostatní součástky jsou definovány v zadání. 3. VÝSTUPNÍ OBVOD Ke spínání dopručeného rele na výstupu jednočipového mikropočítače použijeme BJT npn v zapojení jako spínač. RELE K1 - našemu zadání vyhoví- RELEM4-12H, které má následující parametry: U CÍVKY = 12 V, POUZE PRO VÝUKU!!!!! 8 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2007

9 R CÍVKY = 960 Ω, U MAX.SP = 125 V AC/ 30 V DC, P MAX.SP = 125 VA/ 30 W. TRANZISTOR Q1 Tranzistor pracuje v režimu spínač. Při sepnutí tranzistoru poteče kolektorový proud I C, který bude omezen odporem cívky relé. I C = U CC U SAT R CÍVKY = 12 0,3 960 =12, A=12,18mA Z katalogu vybíráme pro náš účel tranzistor BC337 (BC547), který má parametry: h FE = (ß), U CE0 = 45 V, I C MAX = 0,8 A (0,1 A), P tot = 0,8 W. I C =I B I B = I C Volíme ß=100 I B = I C = 12, =12, A 100 Činitel nasycení volíme s = 2, potom I B ' =s I B =2 12, =24, A I B ' = 243,6 µa POUZE PRO VÝUKU!!!!! 9 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2007

10 U R9 =U OUT U BE =5 0,7=4,3 V R9=U R9 I B ' = P R9 =U R9 I ' B = U 2 R9 = I ' 2 R B R 9 =4,3 24, =0,001W 9 4,3 24, =17651 R9 = Ω DIODA D1 Ochrannou diodu D1 volíme z katalogu - 1N4148 C. SIMULACE ČINNOSTI OBVODŮ DESKY 1. NAPÁJECÍ ZDROJ VÝVOJOVÉ DESKY Vypočítané hodnoty součástek Upravené hodnoty součástek podle katalogu POUZE PRO VÝUKU!!!!! 10 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2007

11 2. VÝSTUPY LED JEDNOČIPOVÉHO MIKROPOČÍTAČE PIC16F88 Upravené hodnoty rezistorů R5-8 podle katalogu POUZE PRO VÝUKU!!!!! 11 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2007

12 3. OVLÁDÁNÍ RELÉ Upravená hodnota R9 podle katalogu POUZE PRO VÝUKU!!!!! 12 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2007