Aniks-lift.ru

Подъемное оборудование
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Особенности компаратора напряжения

Особенности компаратора напряжения

Слово «компаратор» произошло от латинского «comparare» и в буквальном русском переводе означает «сравнивать». Он производится в разнообразных модификациях, которые востребованы современной электронной промышленностью. Самые простые конструкции для сравнения контролируемых данных обладают 2-мя входами аналогового типа и одним цифровым. Базу его функционирования обеспечивает дифференциальный каскад, имеющий мощные усилительные характеристики. Компаратор напряжения довольно востребованное устройство и используется в областях, связанных с измерениями либо которые используют превращение сигнала из аналогового в цифровой.

Принцип работы робота движущегося вдоль линии

Механизм действия робота, движущегося вдоль линии, основан на физических принципах распространения и отражения света (световых волн). Дело в том, что свет практически полностью отражается от белой поверхности и практически полностью поглощается черной поверхностью, что показано на следующих рисунках.

В нашем роботе на Arduino, следующем вдоль линии, мы будем использовать инфракрасные передатчики и приемники, которые также называются фотодиодами. Они будут использоваться для передачи и приема света. Допустим, инфракрасный передатчик передал (излучил) свет. Когда эти инфракрасные лучи падают на белую поверхность, они отражаются от нее и улавливаются фотодиодами, которые в результате этого формируют на своем выходе определенное напряжение. А когда инфракрасные лучи падают на черную поверхность, то они поглощаются ею и в результате фотодиоды не улавливают отраженный от поверхности свет (как в предыдущем случае).

В нашем проекте мы будем использовать робота, который при обнаружении белой поверхности подает на вход платы Arduino 1, а при обнаружении черной поверхности – 0.

Обзор модуля освещенности, LM393

Обзор модуля освещенности, LM393

Модуль освещенности на LM393, используется для измерения интенсивности света в различных устройствах, таких как, автоматизация света (включении света ночью), роботах (определения дня или ночи) и приборов контролирующих уровень освещенности. Измерения осуществляется с помощью светочувствительного элемента (фоторезистора), который меняет сопротивление в зависимости от освещенности.

Технические параметры

► Напряжение питания: 3.3 В

5.5 В
► Потребляемый ток: 10 мА
► Цифрового выход: TTL (лог 1 или лог 0)
► Аналогового выход: 0 В … Vcc
► Диаметр монтажного отверстия: 2.5 мм
► Выходной ток: 15 мА
► Габариты: 42мм х 15мм х 8мм

Общие сведения

Существует два модуля, визуально отличие только в количестве выводов (3 pin и 4 pin), дополнительный вывод добавлен, для снятие прямых показаний с фоторезистора (аналоговый выход), в статье пойдет речь о четырех контактом варианте модуля. В этих двух модулей, измерение осуществляется с помощью фоторезистора, который изменяет напряжение в цепи в зависимости от количества света, попадающего на него. Чтобы представить, как свет будет влиять на фоторезистор, приведу краткую таблицу.

Обзор модуля освещенности, LM393

Модуль освещенности с четырьмя выводами содержит два выходных контакты, аналоговый и цифровой и два контакта для подключения питания. Для считывания аналогово сигнала предусмотрен отдельный вывод «AO», с которого можно считать показания напряжения с 0 В … 3.3 В или 5 В в зависимости от используемого источника питания. Цифровой вывод DO, устанавливается в лог «0» или лог «1», в зависимости от яркости, чувствительность выхода, можно регулировать с помощью поворотного потенциометра. Выходной ток цифрового выхода, способен выдать более 15 мА, что очень упрощает использования модуля и дает возможность использовать его минуя контроллер Arduino и подключая его напрямую ко входу однокональному реле или одному из входов двухконального реле. Принципиальную схему модуля освещенности на LM393 с 3 pin и 4 pin, показана ниже.

Принципиальная схема модуля освещенности на LM393 с 4 pin

Схема модуля освещенности, LM393

Принципиальная схема модуля освещенности на LM393 с 3 pin

Читайте так же:
Из чего сделать зубило по металлу

Схема модуля освещенности, LM393

Теперь, как же работает схема, фоторезистор показан Foto (IN). Основная микросхема модулей, это компаратор LM393 (U1), который производит сравнение уровней напряжений на входах INA- и INA+. Чувствительность порога срабатывания задается с помощью потенциометром R2 и в результате сравнений на выходе D0 микросхемы U1, формируется лог «0» или лог «1», который поступает на контакт D0 разъема J1.

Обзор модуля освещенности, LM393

Назначение J1 (в исполнении 4 pin)
► VCC: «+» питание модуля
► GND: «-» питание модуля
► D0: цифровой выход
► A0: аналоговый выход

Назначение J1 (в исполнении 3 pin)
► VCC: «+» питание модуля
► GND: «-» питание модуля
► D0: цифровой выход

Подключение модуля освещенности к Arduino

Необходимые детали:
► Arduino UNO R3 x 1 шт.
► Модуль освещенности, LM393, 4 pin x 1 шт.
► Провод DuPont, 2,54 мм, 20 см, F-M (Female — Male) x 1 шт.
► Кабель USB 2.0 A-B x 1 шт.

Подключение:
В данном примере буду использовать модуль освещенности, LM393, 4 pin и Arduino UNO R3, все данные будут передаваться в «Мониторинг порта». Схема не сложная, необходимо всего четыре провода, сначала подключаем шину A0 в порт A0 (Arduino UNO) и D0 в порт А1 (Arduino UNO), осталось подключить питание GND к GND и VCC к 5V (можно записать и от 3.3В), схема собрана, теперь надо подготовить программную часть.

Подключение модуля освещенности, LM393

Запускаем среду разработки и загружаем данный скетч, затем открываем мониторинг порта.

Аппаратный мониторинг материнских плат. Программно-аппаратная реализация (часть 1)

Цель написания данной статьи – объяснить пользователю, что такое аппаратный мониторинг, как он реализован схемотехнически, а также научить пользователя навыкам самостоятельного измерения температур и напряжений, не прибегая к возможностям соответствующего диагностического программного обеспечения, типа HWINFO и AIDA64.

Объект исследования

реклама

Аппаратный мониторинг – набор программно-аппаратных средств для непрерывного измерения системных температур и напряжений различных узлов и компонентов в составе материнской платы – центрального процессора, чипсета, модулей памяти и т.д.

Для аппаратного мониторинга любая материнская плата оснащается микросхемой Super I/O Chip, называемой в народе «мультиконтроллер». Это многофункциональный многоцелевой контроллер ввода-вывода, совмещающий в себе как минимум блок аппаратного монитора, контроллер управления вентиляторами, контроллер интеллектуальной термозащиты, контроллер последовательных и параллельных портов, флоппи-диска, клавиатуры. Более новые модели микросхемы могут интегрировать в себе больший набор блоков и контроллеров, например, контроллер подачи и отключения питания. В рамках данной статьи ознакомимся только с блоком аппаратного монитора, называемым также контроллером окружения (Environment Controller ­– EC).

ITE IT8686E Super I/O chip

Рис.1. ITE IT8686E Super I/O Chip

Согласно давней традиции все материнские платы компании Gigabyte Technology оснащаются «мультиконтроллерами» фирмы ITE. Разнообразие модельного ряда микросхем ITE обширно. Однако число контактов (Voltage Inputs или сокращённо – VIN-линии), которые задействованы для отслеживания EC-контроллером входных напряжений, уже долгое время остаётся неизменным и ограничен количеством 8 штук. Понятно, что с таким ограниченным набором все системные напряжения отслеживать невозможно. Поэтому для обеспечения мониторинга других системных напряжений, как правило аналоговых, в дополнение к основному «мультиконтроллеру» материнскую плату оснащают микросхемой с содействующей функциональностью, например, ITE IT8792E. То же самое касается и системных температур. Если старый модельный ряд микросхем, вроде IT8705E (модель 2003 г.), ограничивался считыванием температур только из трёх источников, то более современные микросхемы, например, IT8686E (модель 2016 г.) имеют шесть температурных TEMP-линий. Наличие дополнительного контроллера IT8792E на материнской плате за счёт наличия трёх TEMP-линий расширяет мониторинг системных температур до девяти.

ITE IT8792E

Рис.2. ITE IT8792E Environment Controller

Каждый пользователь хотя бы раз проявлял любопытство в отношении того, какие температуры и напряжения отслеживаются в соответствующем разделе графической оболочки BIOS Setup Utility. Как раз-таки BIOS визуализирует показания, считываемые из основного и дополнительного EC-контроллеров. Но зачастую, этот набор неполный. Например, в BIOS многих современных материнских плат не отображаются показания напряжения элемента питания (VBAT-напряжение), непрерывно поддерживающего системные часы и CMOS с настройками BIOS. В таких случаях приходится прибегать к фирменному программному обеспечению либо сторонних разработчиков, типа HWINFO или AIDA64. Но и здесь зачастую царит неразбериха. Набор температур и напряжений, а также их показания в обоих программах может разниться. Единственным решением этой проблемы является изучение схемотехнической документации на конкретную модель материнской платы.

Читайте так же:
Как измерить напряжение батарейки мультиметром

реклама

Получить доступ к чертежам и схемам, как и любой другой конструкторской документации материнских плат, нелегко. Являясь конфиденциальной информацией, она не размещается в открытом доступе. Однако в Интернете существует достаточно русскоязычных сайтов, где её можно взять бесплатно либо за символическую оплату. Но, как правило, там размещена документация для не столь современных моделей материнских плат. Мне, например, удалось приобрести архив со схемотехникой в формате pdf для 800 моделей материнских плат Gigabyte у тайского продавца. Для примера обратимся к такой документации на материнскую плату Gigabyte GA-AX370 Gaming 5.

Рис.3. Общая схема подключения ITE IT8686E

Как видим на схеме выше (Рис.3) данная материнская плата оснащена «мультиконтроллером» ITE IT8686E. Контакты с номерами 121–127 задействованы под VIN-линии для считывания напряжений, а контакты 117–119 (TEMP-линии) подключены к источникам температурного измерения – термисторам и термодиодам. Определить, для каких напряжений задействованы VIN-линии на данной схеме затруднительно, т.к. они обозначены меткой общего вида – VIN0, VIN1, VIN5 и т.д. Но для температурных линий есть подсказка – CPU_TEMP, PM_TEMP и SYS_TEMP. В этом случае за разъяснениями обращаемся к другой схеме документации.

Рис. 4. Схема подключения VIN-линий ITE IT8686E к источникам напряжений

Как видно на схеме (Рис.4), по линии VIN4 отслеживается напряжение VCore SOC (напряжение «северного моста»), по линии VIN0 – VCore (напряжение на ядре процессора), VIN6 – VDDQ (напряжение на модулях памяти), VIN1 – VCC3 (+3,3 В), VIN3 – VCC (+5 В), VIN2 – +12V, VIN5 – A_VDDP. Что касается температурных линий, то согласно схеме (Рис.5) здесь всё интуитивно понятно. По лини CPU_TEMP EC-контроллер считывает температуру с термодиода, интегрированного в ядро центрального процессора. По линии SYS_TEMP считывается температура окружающей среды в системном блоке, показания которой обеспечивает наружный термистор, размещённый на материнской плате. Линия PM_TEMP связывает интегрированный в чипсет (микросхема «южного моста») термодиод и EC-контроллер.

Рис.5. Схема подключения TEMP-линий ITE IT8686E
к источникам измерения температуры

Теперь проанализируем, какие входные напряжения и температуры отслеживает дополнительный контроллер аппаратного монитора IT8792E.

Рис.6. Общая схема подключения ITE IT8792E

реклама

Как видим на схеме (Рис. 6), здесь задействованы группа из шести VIN-линий VINA0–VINA5 (контакты 49–54) и группа из трёх температурных линий – EC_TEMP1, EC_TEMP2 и EC_TEMP3 (контакты 44–46). Предназначение VIN-линий определяется схемой ниже (Рис. 7).

Рис. 7. Схема подключения VIN-линий ITE IT8792E к источникам напряжений

Что касается температурных линий, то здесь (Рис. 8.) схемотехническая документация содержит подсказку лишь для входов EC_TEMP2 и EC_TEMP3. Первый из них подключен к наружному термистору, расположенному возле одного из гнезд PCIE x16. Второй вход, по аналогии с линией SYS_TEMP «мультиконтроллера», связан с наружным термистором материнской платы, измеряющим температуру окружающего воздуха. Также установлено, что линия EC_TEMP1 отслеживает температуру возле одного из гнёзд PCIE 8x.

Читайте так же:
Вольфрам магнитится или нет

Рис. 8. Схема подключения TEMP-линий ITE IT8792E
к источникам измерения температуры

Вывод

Таким образом, анализ схемотехнической документации в части аппаратной реализации мониторинга температур и напряжений позволяет сделать вывод о том, что материнская плата Gigabyte GA-AX370 Gaming 5 в этом плане крайне функциональна. Аппаратно предусмотрено считывание показаний из 13 источников системных напряжений и 6 температур. Но и это не всё. Любопытный читатель наверняка обратил внимание на приведённые выше общие схемы двух контроллеров ( Рис. 3 и Рис. 6) и обнаружил, что обе микросхемы также подключаются к источникам «классических» напряжений – VBAT, 3VSB и VCC3 (AVCC3), а значит показания этих напряжений предположительно можно отслеживать. Изучение фирменного программного обеспечения Gigabyte и графической оболочки BIOS Setup Utility подтвердило наличие мониторинга «мультиконтроллером» ещё трёх температур – PCIE 16x, VRM и SOC MOSFET.

Во второй части статьи буден дано подробное разъяснение, как при помощи универсального и известного всем программного обеспечения считывать регистры аппаратного монитора, создавать простейшие формулы для преобразования целочисленных значений регистров в показания системных напряжений.

Принцип работы и виды интегральных компараторов

Компараторы с двумя входами и одним выходом. Причем один из входов является прямым, а другой инверсным. На эти входы поступает напряжение, которые устройство сравнивает. В зависимости от этого сравнения на своем выходе устройство устанавливает либо логический ноль, когда напряжение на инверсном входе выше, чем на прямом, либо логическую 1, когда напряжение входа прямого выше, чем на инверсном.

Komparatory skhema 1

На схеме видно стандартное обозначение компаратора. Компаратор сам по себе достаточно универсален и находит широкое применение в радиолюбительской деятельности. На основе компаратора можно собрать таймер, мультивибратор и даже драйвер для светодиодов.

При выборе компаратора следует обратить внимание на следующие параметры:

  • Диапазон напряжения питания.
  • Диапазон входных напряжений.
  • Максимальный ток на выходе компаратора.
  • Тип выхода.

Не все компараторы могут установить плюс питания на выходе.

Komparatory prostaia skhema

Данная схема построена на переменном резисторе 20 кОм, двух постоянных резисторов 10 кОм, которые образуют собой делитель напряжения на постоянных резисторах. Они подключены к инвертирующему входу. К нему же подключен делитель напряжения на переменном резисторе.

Выход компаратора представляет собой коллектор внутреннего транзистора, эмиттер которого подключен к земле. Этот транзистор либо подключает выход к земле, либо отключает его, поэтому плюса питания на выходе быть не может. Поэтому мы подтягиваем выход компаратора через резистор номиналом 1 кОм к плюсу питания.

Когда на неинвертирующем входе напряжение выше, чем на инвертирующем, транзистор закрывается. Добавленный нами резистор подтягивает к его к плюсу питания, вследствие чего светодиод загорается. Когда на неинвертирующем входе напряжение ниже, чем на инвертирующем, то транзистор открывается и притягивает выход компаратора к земле, вследствие чего светодиод перестает светиться.

Если же на двух входах напряжение примерно одинаковое, то выход компаратора логично переключается из одного состояния в другое и обратно под воздействием внутренних и внешних помех. Для борьбы с помехами и четкого переключения компаратора из одного состояния в другое собираются схемы с гистерезисом.

Обозначения выводов выглядят следующим образом:

LM393N

Первая ножка – это выход первого компаратора, вторая ножка – инвертирующий вход первого компаратора, третья – неинвертирующий вход первого компаратора, четвертая – земля, восьмая ножка – напряжение питания. Второй компаратор не используется. Выход подключен желтым проводом к подтягивающему резистору и к светодиоду, зеленый провод подключен к делителю напряжения на постоянных резисторах, белый провод подключен к средней ножке переменного резистора, который является делителем напряжения.

Читайте так же:
Как сделать станок из электролобзика

При измерении напряжения питания на делителе напряжения на постоянных резисторах 10 кОм. При включении схемы загорается красный светодиод. Включаем мультиметр для измерения постоянного напряжения диапазона до 20 В, подключим его ко второй ножке микросхемы. Показания напряжения 2,4 В. Это постоянные резисторы, делитель напряжения не будет изменять само напряжение. Так как переменный резистор установлен на неинвертирующем входе, то переключаемся на него. Показания 0,87 В. На неинвертирующем входе напряжение ниже, чем на инвертирующем. Следовательно светодиод не горит.

При превышении напряжения выше 2,4 В светодиод начинает светиться. При воздействии внешних помех происходит хаотичное переключение выхода компаратора. Здесь может пригодиться схема гистерезиса.

Компараторы применяются в интегральном исполнении в качестве составных деталей микросхем. Интегральные таймеры имеют в составе два входных компаратора. Этим определяется особенность работы прибора. Микроконтроллеры производят со встроенными компараторами. Независимо от конструкции и схемы принцип действия прибора не отличается.

Новые компараторы похожи на операционные усилители, у них высокий усиливающий коэффициент, не имеют обратной связи, входы такого же типа.

Работа компаратора напряжения

В различных описаниях работы устройства приводятся примеры сравнения с рычажными весами. На одну сторону весов ложится гиря – эталон, на другую товар. Когда вес товара станет равным массе гири, или больше, то гири поднимаются вверх, на этом взвешивание окончено.

С работой компаратора напряжения происходит похожий процесс. Вместо гирь выступает опорное напряжение, вместо товара – сигнал входа. При возникновении логической единицы на выходе устройства происходит сравнение напряжений. Это называют «пороговой чувствительностью» компаратора.

Для тестирования устройства не нужно сложной схемы. Необходимо включить вольтметр на выход устройства, а на входы подключить напряжение, которое регулируется. При изменении входного напряжения на вольтметре будет видна работа компаратора.

Характеристики компараторов

При применении приборов нужно учесть характеристики, делящиеся на динамические и статические. Статические – это параметры установившегося режима. Это пороговая чувствительность. Она является наименьшей разностью сигналов входа. При ней возникает логический сигнал на выходе.

Некоторые компараторы оснащены выводами для смещающего напряжения, осуществляющего смещение характеристики передачи от идеального положения. Важным параметром является гистерезис, то есть разница напряжений входа. Он обусловлен обратной связью положительного значения, предназначенного для устранения «дребезга» сигнала выхода при переключении компаратора.

Устройство

Схема прибора довольно сложная, большая и не слишком понятная. Рассмотрим простую функциональную схему по рисунку.

Ustroistvo

Показан дифференциальный каскад входа, схема уровневого смещения, логика выхода. Дифференциальный каскад производит основное усиление сигнала разности. Устройством смещения осуществляется оптимальное состояние выхода. Это дает возможность выбрать тип логики для работы. Такая настройка производится подстроченным резистором на выводах «балансировки».

Компаратор с памятью и стробированием

Современные инновационные компараторы оснащены стробирующим входом. Это значит, что сравнение сигналов входа осуществляется только при подаче импульса. Это дает возможность сравнить сигналы входа в необходимый момент.

Простая схема структуры устройства со стробированием:

Komparatory skhema 2

Устройства по рисунку с парафазным выходом, подобно триггеру – прямой верхний выход, нижний (кружок) – инверсный. С – стробирующий вход. На рисунке а) стробирование сигналов входа осуществляется по высокому уровню входа С. На обозначении входа С изображают знак инверсии маленьким кружком.

Рисунке б) стробирующий вход с чертой /. Это значит, что стробирование проходит по восходящему импульсу. Стробирующий сигнал – разрешение сравнения. Итог сравнения появляется на выходе при действии импульса стробирования. На некоторых устройствах есть память (с триггером). Они сохраняют результат до следующего импульса.

Время импульса стробирования (фронта) должно хватать для того, чтобы сигнал входа успевал проходить через дифференциальный каскад до срабатывания ячейки памяти. Использование стробирования повышает защиту от помех, так как помеха изменяет состояние устройства за время импульса.

Читайте так же:
Как открыть дисковод на компе
Классификация

Компараторы делятся на три группы: общего применения, прецизионные и быстродействующие. В практической деятельности чаще применяются устройства общего применения.

Такие устройства имеют особенности и свойства, привлекающие к себе внимание. Они потребляют небольшую мощность, могут работать при малом напряжении питания. В одном корпусе можно разместить 4 устройства. Эта группа иногда дает возможность производить полезные устройства.

Komparatory skhema 3

Это простой преобразователь сигнала в унитарный цифровой код, который можно преобразовать в двоичный, цифровым преобразованием. На схеме имеется 4 компаратора. Напряжение опорное подается на инвертирующие входы по делителю резистивного типа. При одинаковых резисторах на инвертирующих входах устройства напряжение будет равно n * Uоп / 4, n – номер устройства. Напряжение входа подается на неинвертирующие входы, которые соединены вместе.

В итоге сравнения напряжения входа с опорным, на компараторных выходах образуется цифровой унитарный код напряжения входа.

  • Сопряжение цифровых и аналоговых систем
  • Логические элементы

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое «Компаратор» в других словарях:

КОМПАРАТОР — (фр. comparateur, от лат. comparere сравнивать). Аппарат для сравнения длины почти равных масштабов. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. КОМПАРАТОР франц. comparateur, от лат. comparare, сравнивать.… … Словарь иностранных слов русского языка

компаратор — Средство сравнения, предназначенное для сличения мер однородных величин. Примеры 1. Рыжачные весы. 2. Компаратор для сличения нормальных элементов. [РМГ 29 99] компаратор Устройство, среда, объект, используемый для сравнения хранимых или… … Справочник технического переводчика

компаратор — а, м. comparateur. нем. Komparator <лат. comparator сравнивающий. 1. Компаратор. Comparateur. Аппарат для сравнения длины почти равных масштабом. Михельсон 1877. Прибор, с помощью которого производится сравнение и проверка линейных мер. СИС… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

Компаратор — от лат. comparator сравнивающий прием, используемый в рекламе, основанный на подчеркивании преимуществ рекламируемого товара в сравнении с аналогичными, производимыми и продаваемыми другими фирмами. К. запрещен законодательствами ряда государств … Словарь бизнес-терминов

КОМПАРАТОР — (от лат. comparo сравниваю) измерительный прибор для сравнения измеряемой величины с эталоном (равноплечные весы, электроизмерительные потенциометры и др. приборы сравнения). Различают компараторы оптические, электрические, пневматические и др.… … Большой Энциклопедический словарь

КОМПАРАТОР — КОМПАРАТОР, измерительный прибор, используемый для осмотра изготовленного изделия с целью проверки его соответствия заданным параметрам, обычно путем прямого сопоставления, а иногда путем сравнения с эталонным образцом, с учетом принятых допусков … Научно-технический энциклопедический словарь

КОМПАРАТОР — (от лат. comparo сравниваю), прибор для сравнения измеряемых величин с мерами или шкалами (см. СРАВНЕНИЕ С МЕРОЙ). К. измеряют разность двух близких по величине одноимённых физ. величин, чем достигается высокая точность. Пример К. для измерений… … Физическая энциклопедия

КОМПАРАТОР — прибор для точного сравнения линейных мер. Во всех типах К. для точного измерения длин применяются микроскопы, передвигаемые микрометрическими винтами. Технический железнодорожный словарь. М.: Государственное транспортное железнодорожное… … Технический железнодорожный словарь

компаратор — сущ., кол во синонимов: 5 • блинккомпаратор (1) • миниметр (2) • радиокомпаратор … Словарь синонимов

компаратор — comparator Komparator вимірювальний прилад, що реалізує порівняння однорідних фізичних величин. Діє за принципом порівняння вимірюваної величини або характеристики (довжини, напруги, кольору тощо) з еталонною. К. є, напр., важільні терези,… … Гірничий енциклопедичний словник

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector