Sistemul intrarilor logice (numerice)

Sistemul intrarilor logice (numerice)

3.2.1. Schema bloc generala.

Scopul acestor intrari este introducerea sub forma binara, in sistemul de conducere a unor informatii procesului condus sau a unor componente ale sale. de asemenea, cand se folosesc traductoare cu iesire numerica, acest sistem asigura preluarea marimilor masurate de traductor.

Schema bloc generala este prezentata in fig.3.10. functie de sursa de semnale logice (contacte, semnale de la traductoare, intrerupatoare etc.) nu sunt necesare in toate situatiile toate blocurile de semnale prezente. prezenta unor blocuri este impusa de diversitatea surselor si ale mediilor prin care ajung semnalele la µC (existenta unor tensiuni perturbatoare, a unor cuplaje parazite etc.). din aceste motive ar fi de dorit ca nivelul de tensiune al semnalelor exterioare sa fie cat mai mare (>24V), lucru care nu este insa uneori posibil din diferite considerente, inclusiv cele energetice.

Blocurile componente au urmatoarele functii:

Fig.3.10. schema intrarilor logice

3.2.2. Blocul atenuator, realizeaza o adaptare intre nivelele semnalelor primite din exterior si nivelul cerut de circuitele urmatoare ale blocului.

3.2.3. Blocul de filtrare face o amplificare selectiva a semnalelor (pe unele le rejecteaza complet) in functie de caracteristica amplitudine-frecventa a circuitului (caracteristica determinata de structura si valorile elementelor componente).

Blocul de separare galvanica are rolul de a izola µC fata de mediul exterior. uzual se folosesc cuploare optice, realizate prin incapsularea in aceasi capsula a unei diode emitatoare LED (in infrarosu) si a unui fototranzistor. Schema de principiu a unui optocuplor este redata in fig. 3.11.

Avantajele utilizarii sale sunt:

-rezistenta de izolatie de circa 10¹¹ ohmi pentru tensiuni de 1.5 kV;

-liniaritate buna a caracteristicii intrare-iesire;

-compatibilitate comoda cu circuite electronice, inclusiv TTL;

-viteza ridicata de comutare;

-durata mare de functionare;

-comportare buna la vibratii;

Considerentele anterioare permit folosirea cuploarelor optice atat pentru semnale numerice cat si pentru cele analogice. Datorita posibilitatii de comanda si prin semnal electric a fototranzistorului, cuploarele optice pot fi intrebuintate cu succes la realizarea multiplexarii de semnale analogice sau numerice.

fig. 3.11. Schema unui optocuplor

Blocul formator modifica forma semnalului, compatibilizandu-l cu standardul cerut de µC. uzual, se foloseste un trigger Schmitt TG care are caracteristica de transfer prezentata in fig.3.12. in varianta integrata TTL, TG se realizeaza sub forma circuitului CDB 413, iar in tehnologia CMOS cu circuitul MMC 4093. Utilizarea TG in acest caz se bazeaza pe proprietatea de a comuta rapid la atingerea cele 2 valori de prag, formand astfel impulsuri dreptunghiulare din forma de unda oarecare, chiar afectate de zgomot. practic existenta histerezisului conduce la marirea marginii de zgomot de c.c.

Aplicand o reactie de la iesire la intrare printr-o rezistenta si un condensator (fig. 3.13) se obtine un generator de impulsuri dreptunghiulare. condensatorul se incarca si se descarca prin rezistenta R din iesire, intre cele 2 praguri de tensiune ale triggerului.

fig. 3.12. Caracteristica triggerului Schmitt fig. 3.13. Generator de impulsuri

dreptunghiulare cu trigger Schmitt

In continuare se prezinta diferite situatii de interfatare cu exteriorul, privite din punct de vedere al nivelului si formei semnalului;

a) dupa cum s-a precizat anterior, in functie de natura semnalului de intrare schema bloc din fig. 3.10 se va simplifica si adapta corespunzator; astfel, in fig. 3.14 este prezentat un exemplu de conectare a iesirii unui comparator la intrarea unei porti TTL. comparatorul are la iesire un tranzistor cu colector in gol si emitorul legat la borna negativa de alimentare a capsulei. Adaptarea nivelelor de tensiune se face prin legarea iesirii la o tensiune de +5V printr-o rezistenta.

b) interfata AO (amplificator operational) → CMOS. circuitele CMOS pot fi conectate direct la iesirea AO care functioneaza alimentate simetric fata de masa (±15V, fig.3.15). pentru a se mentine semnalul la intrarea circuitului CMOS intre limitele V_DD-V_SS, s-au montat 2 diode de limitare. rezistenta R3 limiteaza curentul la iesirea AO.

fig. 3.14. Interfatare comparator-  fig. 3.15. Interfatare amplificator

poarta TTL operational - CMOS

c) interfatarea sistem industrial de control → CMOS. se considera cazul in care sistemul genereaza semnalul de iesire in gama 0-24V. in fig 3.16 este prezent un divizor rezistiv care realizeaza un raport de reducere in functie de valoarea tensiunii furnizate de sistemului de control (in figura, 24V). filtrul capacitiv elimina o parte din zgomotele provenite din sistemului de control, iar cele 2 diode de fixare mentin intrarea intre limitele V_DD si V_SS

fig. 3.16. interfatarea unui sistem de control industrial cu poarta CMOS