Střední průmyslová škola elektrotechniky a informatiky, Ostrava Číslo dokumentace: VÝROBNÍ DOKUMENTACE Jméno a příjmení: Třída: E2B Název výrobku: Interface/osmibitová vstupní periferie pro mikropočítač Skupina: 1. Dne: 16.5.2012 Obsah: 1. Teoretický úvod 2. Popis funkce elektrických obvodů a. Blokové schéma výrobku b. Popis funkce jednotlivých částí obvodů c. Základní elektrotechnické výpočty obvodů 3. Elektrotechnické schéma výrobku 4. Osazovací předpis výrobku a. Osazovací předpis TOP b. Osazovací předpis BOTOM c. Speciální operace při osazování - drátové propojky, jumpery 5. Měřící a testovací postupy a. Měření napájecích obvodů b. Měření vstupních obvodů c. Měření výstupních obvodů d. Měření vstupních obvodů plovoucích e. Měření výstupních obvodů plovoucí části 6. Seznam součástek / komponentů pro osazování 7. Seznam použitých přístrojů, pomůcek, přípravků, nářadí Použité přístroje: uvedeny na konci dokumentu Spolupracovníci: - Příjmení učitele: Polák Známka: Podpis učitele: Strana -1-
1.) Teoretický úvod Výrobek je určen k převádění průmyslových napěťových úrovní (0-24V, max 30V) na std. logické úrovně (např. mikrokontrolérů) (0-3,3V / 0-5V dle osazeného stabilizátoru). Výrobek má 8 vstupů, z toho 2 galvanicky oddělené. Stavy výstupů jsou indikovány LED. 2.) Popis funkce elektrických obvodů a) Blokové schéma výrobku 6 Vstupní dělič RC filtr Převodník úrovně 6 Vstupy 0-30V 2 vstupní dělič OPTOČLEN 2 Výstupy 0-5V Vstup napájení polyfuse Stabilizátor Napájení převodníku b) Popis funkce jednotlivých částí obvodů Vstupní dělič je tvořen rezistory (např. R16 a R15). Mezi tento dělič je umístěná ochranná dioda (D1). Slouží k ochraně vstupu proti přepólování vstupu. Paralelně k rezistoru (R15) je připojený kondenzátor (C13). Tento kondenzátor zamezuje průniku vysokofrekvenčních složek vstupního signálu. Vstupní filtr je tvořen RC článkem ( R9, C7). Zamezuje průniku signálu vyšších frekvencí - filtr typu dolní propust. Napěťový konvertor (převodník) je tvořen obvodem 74HC4050. Tento obvod je napájen z napájecího zdroje napětím +5V. Slouží pro převod vstupního napětí v rozsahu 0-16V na napětí 0-5V / 0-3,3V (dle napájení). Výstupní signalizace logické úrovně H je realizována pomocí sériově zapojeného rezistoru (R1), a LED (1) (indikace H úrovně). Plovoucí vstupy jsou tvořeny sériovým zapojením zenerovy diody (ZD1), rezistoru (R27), LED (7), a optočlenem (OPT1). Stav výstupu je indikován LED. Strana -2-
Napájecí zdroj je tvořen tříbodovým stabilizátorem 7805 v pouzdru TO-220. Proudové jištění je provedeno pomocí pojistky polyfuse (vratná polymerní pojistka). c) Základní elektrotechnické výpočty Výpočet vstupního odporového děliče : U out = ( U in U Dfwd Rl ) ( R+ R ) l h U in max = 24V ; U Dfwd = 0,4V ; R l = 1200Ω ; R h = 1000Ω ; pak U out max = 12,9V což vyhovuje parametrům IO 4050. Výpočet mezní frekvence vstupní dolní propusti : τ = RC f m = 1 2πτ R=100kΩ ; C=100nF ; pak τ = 10ms, f m =16Hz, f za f m budou potlačeny o 20dB/dek. ( U U ) fwd I led = Rs U=5V ; R s =270Ω ; U fwd = 1,8V ; pak I led =11,8mA U=3V ; R s =270Ω ; U fwd = 1,8V ; pak I led =4,4mA 3.) Elektrotechnické schéma výrobku Napájecí část : Strana -3-
Vstupní část (6x) : Galvanicky oddělená vstupní část: 4.) Osazovací předpis výrobku a) Osazovací předpis BOTT b) Osazovací předpis TOP Strana -4-
propojka c) Speciální operace při osazování - drátové propojky, jumpery Při osazování strany TOP je zapotřebí umístit při pájení LED a rezistorů použít dodanou distanční podložku rezistory mají být osazeny s 1,5mm vysokou mezerou, LED s 5mm mezerou pouzdro-dps. Pouzdro stabilizátoru je potřeba upevnit na DPS šroubovým spojem se samosvornou maticí, nebo pružinovou podložkou. Jediná drátová propojka na straně TOP je provedena přesně ohnutým kusem vývodu zbylým po osazování LED. 5.) Měřící a testovací postupy a) Měření napájecích obvodů Modul je připojen ke zdroji stabilizovaného napětí (U=24V) s proudovou pojistkou (CC) nastavenou na 50mA. V případě, že je proudová pojistka zdroje po připojení modulu aktivní, je potřeba nalézt zkrat, či špatně umístěnou součástku na desce. Pokud se odběr pohybuje řádově v jednotkách ma, je potřeba prověřit napětí na výstupu tříbodového stabilizátoru (dostupné na kolíku jumperu, či na testovací plošce MB1 (viz. Osazovací plán strana BOTT). Napětí musí odpovídat danému typu stabilizátoru, stabilizátor se při provozu naprázdno nesmí zahřívat. Pokud jsou podmínky uvedené v tomto odstavci splněny, je možné umístit propojku JP1, čímž je přivedeno napájení ke zbytku modulu. Proudový odběr by nyní neměl přesáhnout 15mA. Strana -5-
b) Měření vstupních obvodů K vstupním svorkám je postupně připojováno plné napájecí napětí modulu. Po připojení napětí na daný vstup musí dojít k indikaci příslušnou LED na výstupu, na testovací plošce daného vstupu musí být přítomno napětí rovno zhruba polovině napětí přivedeného (+-10%) dle použitého děliče v zapojení vstupu. c) Měření výstupních obvodů Měření výstupních obvodů probíhá souběžně s měřením vstupní části. Po otestování napětí za vstupním napěťovým děličem a indikace výstupu pomocí LED je potřeba ještě ověřit výstupní napěťové úrovně v log. H a L. V případě log. H musí být přítomno min. 80% napájecího napětí IO (napětí za stabilizátorem modulu), v případě log. L max 10% nap.nap., typicky do 200mV. d) Měření vstupních obvodů plovoucích Pro měření plovoucí vstupní části je potřeba propojit plovoucí zem se signálovou (J10-2 na J9-1). Správná funkce vstupní části je indikována svitem příslušné LED. e) Měření výstupních obvodů plovoucí části Pozor! Výstupní logická úroveň na plovoucí části je na rozdíl od galvanicky spojené negována! Při přivedeném 24V vstupním napětí na plovoucí vstup se propojenou zemí musí být na výstupu přítomno max 0,7V, v případě, že je vstup bez napětí, napětí výstupu je přibližně rovno nap.nap. modulu (za stabilizátorem). Strana -6-
6.) Seznam součástek PR2 0R0 SMD1206-0R 0,107 Kč PR3 0R0 SMD1206-0R 0,107 Kč PR4 ORO SMD1206-0R 0,107 Kč PROP1 2 p. kon. jednoř., Au, 2,54mm - 0,500 Kč R1 270R SMD1206-270R 0,113 Kč R2 270R SMD1206-270R 0,113 Kč R3 270R SMD1206-270R 0,113 Kč R4 270R SMD1206-270R 0,113 Kč R5 270R SMD1206-270R 0,113 Kč R6 270R SMD1206-270R 0,113 Kč R7 270R SMD1206-270R 0,113 Kč R8 270R SMD1206-270R 0,113 Kč R9 100K CRCW1206100KJNTABC 0,107 Kč R10 100K CRCW1206100KJNTABC 0,107 Kč R11 100K CRCW1206100KJNTABC 0,107 Kč R12 100K CRCW1206100KJNTABC 0,107 Kč R13 100K CRCW1206100KJNTABC 0,107 Kč R14 100K CRCW1206100KJNTABC 0,107 Kč R15 1K2 M0.6W-1K2 0,291 Kč R16 1K0 2W-1K 0,587 Kč R17 1K2 M0.6W-1K2 0,291 Kč R18 1K0 2W-1K 0,587 Kč R19 1K2 M0.6W-1K2 0,291 Kč R20 1K0 2W-1K 0,587 Kč R21 1K2 M0.6W-1K2 0,291 Kč R22 1K0 2W-1K 0,587 Kč R23 1K2 M0.6W-1K2 0,291 Kč R24 1K0 2W-1K 0,587 Kč R25 1K2 M0.6W-1K2 0,291 Kč R26 1K0 2W-1K 0,587 Kč R27 1K0 2W-1K 0,587 Kč R28 1K0 2W-1K 0,587 Kč U1 1KO 2W-1K 0,587 Kč U2 LM7805/LM7833 L7805CV 3,321 Kč ZD1 BZV55C12SMD - 12V BZM55C12 0,712 Kč ZD2 BZV55C12SMD - 12V BZM55C12 0,712 Kč DPS - 50,900 Kč spojovací materiál - 2,000 Kč oplach, tavidlo, cín - 10,000 Kč Cena celkem 119,745 Kč Strana -7-
7.) Seznam použitých přístrojů, pomůcek, přípravků, nářadí Potřeby pro osazování : Mikropáječka Tavidlo Úhlové štípací kleště Křížový šroubovák Distanční podložky pro pájení Pinzeta Prostředek k oplachu Potřeby pro testování : Stabilizovaný zdroj s proudovou pojistkou (CC) multimetr plochý šroubovák 2,5mm vodiče pro měření Strana -8-
Poznámky : Strana -9-
Poznámky : Strana -10-