Sursă cvadruplă de semnal unificat 4 -20mA [619948]

i
UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA
FACULTATEA DE AUTOMATICĂ, CALCULATOARE ȘI
ELECTRONICĂ

DEPARTAMENTUL DE AUTOMATICĂ ȘI ELECTRONICĂ

PROIECT DE DIPLOMĂ

Licșor Mihai – Alexandru

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC

Șef lucr. Dr. Ing. CONSTANTINESCU MIRCEA CĂTĂLIN

Iulie 2017

CRAIOVA

ii
UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA
FACULTATEA DE AUTOMATICĂ, CALCULATOARE ȘI
ELECTRONICĂ

DEPARTAMENTUL DE AUTOMATICĂ ȘI ELECTRONICĂ

Sursă cvadruplă de semnal unificat 4 -20 mA

Licșor Mihai – Alexandru

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC

Șef lucr. Dr. Ing. CONSTANTINESCU MIRCEA CĂTĂLIN

Iulie 2017
CRAIOVA

iii
„Rădăcinile învățăturii sunt amare, dar fructele ei sunt dulci .”

Proverb popular

iv
DECLARAȚIE DE ORIGINALITATE

Subsemnatul Licșor Mihai – Alexandru student: [anonimizat], Calculatoare și Electronică a Universit ății din Craiova, certific prin prezenta că am
luat la cunoșt ință de cele prezentate mai jos și că î mi asum, în acest context, originalita tea proiectului
meu de licență :
 cu titlul Sursă cvadruplă de semnal unificat 4 -20mA,
 coordonată de Dr.Ing : Constantinesc u Mircea Catalin
 prezentată în sesiunea Iulie 2017
La elaborarea proiectului de licență, se consideră plagiat una dintre următoarele acțiuni:
 reproducerea exactă a cuvintelor unui alt autor, dintr -o altă lucrare, în limba română sau prin
traducere dintr -o altă limbă, dacă se omit ghilimele și referința precisă,
 redarea cu alte cuvinte, reformularea prin cuvinte proprii sau rezumarea ideilor din alte
lucrări , dacă nu se indică sursa bibliografică,
 prezentarea unor date experimentale obținute sau a unor aplicații realizate de alți autori fără
menționarea corectă a acestor surse,
 însușirea totală sau parțială a unei lucrări în care regulile de ma i sus sunt respectate, dar care
are alt autor.
Pentru evitarea acest or situații neplăcute se recomandă:
 plasarea într e ghilimele a citatelor directe și indicarea referinței într -o listă corespunzătoare la
sfărșitul lucrării,
 indicarea în text a reformul ării unei idei, opinii sau teorii și corespunzător în lista de referințe
a sursei originale de la care s -a făcut preluarea,
 precizarea sursei de la care s -au preluat date experimentale, descrieri tehnice, figuri, imagini,
statistici, tabele et caetera ,
 precizarea referințelor poate fi omisă dacă se folosesc informații sau teorii arhicunoscute, a
căror paternitate este unanim cunoscută și acceptată.
Data , Semnătura candidat: [anonimizat] ,

v
UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA

Facultatea de Automatică, Calculatoare și Electronică

Departamentul de Automatică și Electronică

Aprobat la data de

…………………

Șef de departament,
Prof. dr. ing.

Emil PETRE

PROIECTUL DE DIPLOMĂ

Numele și prenumele student: [anonimizat]/ -ei:
Licșor Mihai – Alexandru

Enunțul temei:

Sursă cvadruplă de semnal unificat 4 -20 mA

Datele de pornire:

Folosirea a patru module identice bazate pe AD694 pentru
realizarea sursei cvadruple de curent.

Conținutul proiectului :

1 Introducere
2 Formularea temei si justificarea alegerii acesteia
3 Structura hardware a echipamentului
4 Elemente software
5 Concluzii
6 Bibliografie
7 Referințe web
8 CD/DVD

Material grafic obligatoriu:
Schema bloc a sistemului; schemele electronice ale blocurilor
componente; desenele de cablaj cu poziția componentelor și
traseele de legătură între componente; desenele conexiunilor;

Consultații:
Periodice
Conducătorul științific
(titlul, nume și prenume, semnătura): Șef lucr. Dr. Ing. CONSTANTINESCU MIRCEA
CĂTĂLIN

Data eliberării temei :
01.12.2016

Termenul estimat de predare a
proiectului :
26.06.2017

Data predării proiectului de către
student și semnătura acestuia:

vi

UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA

Facultatea de Automatică, Calculatoare și Electronică

Departamentul de Automatică și Electronică

REFERATUL CONDUCĂTORULUI ȘTIINȚIFIC

În urma analizei lucrării candidatului au fost constatate următoarele:

Nivelul documentării Insuficient
□ Satisfăcător
□ Bine
□ Foarte bine
□
Tipul proiectului Cercetare
□ Proiectare
□ Realizare
practică □ Altul
[se detaliază ]
Aparatul matematic utilizat Simplu
□ Mediu
□ Complex
□ Absent
□
Utilitate Contract de
cercetare □ Cercetare
internă □ Utilare
□ Altul
[se detaliază ]
Redactarea lucrării Insuficient
□ Satisfăcător
□ Bine
□ Foarte bine
□
Partea grafică, desene Insuficient ă Satisfăcătoare Bună Foarte bună
Numele și prenumele candidatului/ -ei: Licșor Mihai – Alexandru
Specializarea:
Electronică Aplicată

Titlul proiectului :
Sursă cvadruplă de semnal unificat 4 -20mA

Locația în care s -a realizat practica de
documentare (se bifează una sau mai
multe din opțiunile din dreapta): În facultate □
În producție □
În cercetare □
Altă locație: [se detaliază ]

vii
□ □ □ □
Realizarea
practică Contribuția autorului Insuficientă
□ Satisfăcătoare
□ Mare
□ Foarte mare
□
Complexitatea
temei Simplă
□ Medie
□ Mare
□ Complexă
□
Analiza cerințelor Insuficient
□ Satisfăcător
□ Bine
□ Foarte bine
□
Arhitectura Simplă
□ Medie
□ Mare
□ Complexă
□
Întocmirea
specificațiilor
funcționale Insuficientă
□ Satisfăcătoare
□ Bună
□ Foarte bună
□
Implementarea Insuficientă
□ Satisfăcătoare
□ Bună
□ Foarte bună
□

Testarea Insuficientă
□ Satisfăcătoare
□ Bună
□ Foarte bună
□
Funcționarea Da
□ Parțială
□ Nu
□
Rezultate experimentale Experiment propriu
□ Preluare din bibliografie
□
Bibliografie Cărți
Reviste
Articole
Referințe web

Comentarii
și
observații

În concluzie, se propune:

ADMITEREA PROIECTULUI
□ RESPINGEREA PROIECTULUI
□

Data, Semnătura conducătorului științific,

viii
REZUMATUL PROIECTULUI

În această secțiune sunt sumarizate elementele principale ale proiectului . Rezumatul
proiectului are menirea de a da potențialilor cititori o imagine succintă a temei abordate și a motivației
alegerii acesteia, a metodo logiilor de cercetare și dezvoltare alese , precum și a tehnologiilor utilizate,
a problemelor înt âlnite pe parcursul realizării acest eia și modul de soluționare al acestora. Autorul
trebuie să puncteze în mod clar rezultatel e obținute prin contribuția personală , dar și lecțiile învățate
pe parcursul realizării proiectului .

Proiectul are ca obiectiv realizarea unei surse de semnal unif icat cu patru canale. O
astfel de surs ă este foarte util ă in etapa de dezvoltare a aplicatiilor ce necesit ă disponibilitatea
(pentru testare, depanare…) de semnale unificate (4..20 mA in cazul de fat ă). Echipamentul
va consta din 4 module de conversie te nsiune / curent utilizand circuite specializate, ceea ce
va permite realizarea facil ă dar precis ă a prescrierii manual de curent (prin intermediul unor
potentiometre).
Sursa cvadruplă de curent are ca si componentă principală convertorul de tensiune /curent
AD694. Cele patru iesiri ale sursei sunt independente, pentru implementarea celor patru canale s -au
realizat patru module identice bazate pe AD694.
Prescrierea curentului generat pe fiecare dintre canalele sursei se face prin intermediul unui
potențiometru( câte unul pe canal, care este conectat in circuit sub forma de divizor de tensiune).
Tensiunile de lucru trebuie să fie adaptate necesitaților.

Termenii cheie : sursa cvadrupla, semnal unificat, 4 -20mA, PIC18F2520, AD694

ix
MULȚUMIRI

În această secțiune opțională (în eng., Acknowledgements ), autorul are ocazia de a
face o declarație de recunoștință față de oricine ( conducătorul științific/alte persoane
apropiate autorului/instituții/organizații /et caetera) a susținut sau a contribuit la realizarea
lucrării sale.

Țin să mulțumesc părinților mei pentru sprijinul financiar în realizarea proiectului,
conducătorului științific pentru răbdarea și înțelegerea de care a dat dovadă în explicarea
pașilor de urmat în realizarea proiectului și coleg ilor pentru ajutorul aco rdat atunci când am
avut nevoie.

1
CUPRINSUL
1 INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 3.
2 Cap.1 FORMULAREA TEMEI SI JUSTIFICAREA ALEGERII ACESTEIA …….5.
3 Cap.2 STRUCTURA HARDWARE A ECHIPAMENTULUI ………………………….. … 6.
2.1 SCHEMA BLOC A ECHIPAM ENTULUI ………………………….. ………………………….. …………. 6.
2.2 SCHEMA ELECTRONICA ………………………….. ………………………….. …………………………. 8.
2.3 CONVERTORUL AD694 ………………………….. ………………………….. ……………………….. 14.
2.3.1 Descrierea produsului………………………………………………………….. ………… ………………. 14.
2.3.2 Evidențierea produsului……………………………………… ……………….. ………… ……………… 14.
2.3.3 Caracteristici ale convertorului……………………………… ……………… ……….. ………………. 15.
2.3.4 Descrierea functionala……………………………………………………………………………………..15.
2.3.5 Amplificatorul de buffer(tampon) ……………………….. ………………. ………………………….1 6.
2.3.6 Convertor tensiune -curent…………………………. ………………………. ………………… ………1 7.
2.3.7 Tensiunea de referinț a……………………………………… ……………… ……… …………………..1 7.
2.3.8 Aplicarea AD694……………………………………… ……………………….. ……….. ……………..1 8.
2.3.9 Funcționare cu un tranzistor PASS……… …………………………………………… ………….. .18.
2.4 PIC18F2520 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 19.
2.4.1 Descrierea produsului……………… …………………………………………… ………… …………. ..19.
2.4.2 Reset…………………………….. ……. ………………………………………….. ………… …………….. 22.
2.4.3 Resetare la pornire(POR) …………………………….. …………………….. ……….. …………….. 23.
2.4.4 Bloc oscilator intern………………… ………….. ……………………………. ……….. ………………2 4.
2.4.5 Watchdog Timer – Câine de pază…………………………….. ………….. ……….. ……………… 25.
2.4.6 Punerea in func țiune în două viteze…………………………….. ………. ………… ………………2 6.
2.4.7 Timer intârziere la punerea sub tensiune ………………………. ………………………………… 27.
2.4.8 Monitor pentru semnal de ceas extern (Fail safe clock monitor) …………… …… ……..2 8.
2.4.9 Organizarea memoriei………. ………. ………. ………. ………. ………. …… ………… … ……..2 9.
2.4.10 Memorii de date EEPROM………. ………. ………. ………. … ……. ……. ……….. … ……….. 30.
2.5 REF102 – 10V REFERINTA DE TENSIUNE DE PRECIZIE ………………………….. ………….. ..32.
2.5.1 Descriere ………. ………. ………. ………. ………. ………. ………. ………. ………. ………. ……… 32.
2.6 DISPLAY LCD ALFANUMERIC 2X16 CARACTERE ………………………….. ………………….. 33.
2.7 OP07 – Amplificator operațional de tensiune ………………………….. ………………………. 36.
2.7.1 Descriere general ă… ………. … … ………. … … ………. … … ………. … … …… …….. …. …3 6.
2.7.2 Aplicații tipice……… ……. ……… ……. ……… ……. ……… ……. ……… …. ……….. ………..3 7.
2.7.3 Amplificator neinversor cu amplificator operațional ……… ……. ……………. … ……….3 8.

2
2.7.4 Impedanța de intrare a amplificatorului neinversor ……… ……… ……… ……….. ……….. 40.
2.8 AMP03 – Amplificator diferențial ………………………….. ………………………….. …………… .40.
2.8.1 Amplificator diferențial ……. ……. ……. ……. ……. ……. ……. ……. …. ……… … …………. 40.
2.8.2 Aplicații tipice……. ……. ……. ……. ……. ……. ……. ……. ……. ……. . ……….. …… ………4 4.
4 Cap.3 ELEMENTE SOFTWARE ………………………….. ………………………….. …………… 46.
5 Cap.4 CONCLUZII ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 50.
6 Cap.5 BIBLIOGRAFIE ………………………….. ………………………….. ………………………….. 51.
7 Cap.6 REFERINȚE WEB ………………………….. ………………………….. ………………………. 52.
8 CD / DVD ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 53.

3
1. Introducere
Dezvoltarea automatizărilor a căpătat o amploare deosebită în ultimul deceniu.
Dezvoltarea industrială, dar și cea a electronicii a permis scăderea continuă a prețurilor
echipamentelor de automatizare, lucru care a permis creșterea complexitații automatizărilor.
Realizarea unor programe industriale presupune utilizarea de echipamente care permit
simularea proceselor. Dacă simularea intrărilor și a ieșirilor digitale nu este un lucru
complic at( pot fi utilizate simple comutatoare pentru intrări și lămpi cu LED – de exemplu –
pentru ieșiri) lucrurile nu sunt la fel de simple in cazul intrărilor, respectiv a ieșirilor
analogice.
Pentru simularea intrărilor analogice trebuie utilizate diferite su rse de semnal, în
funcție de tipul intrării analogice. Ținând cont că standardizarea a condus la dezvoltarea de
domenii stricte (de tipul semnalelor unificate) pentru mărimile acceptate de intrările
analogice, realizarea de surse de semnal utilizate ca sim ulatoare de proces nu este foarte
complicată.
Mărimile analogice utilizate in prezent se încadrează în cele mai multe cazuri în
următoarele domenii :
-Tensiune 0 ÷ 10Vcc;
-Tensiune -10 ÷ +10 Vcc;
– Curent 0 ÷ 20 mA cc;
– Curent 4 ÷ 20 mA cc.
În acest context al echipamentelor de simulare se încadrează și sursa de curent
realizată in cadrul proiectului cu tema: ” Sursă cvadruplă de semnal unificat 4 -20mA”

Proiectul este împărțit în 5 capitole:

4
În capitolul 1 am prezentat o scurta introducere despre tema aleasă cât si aspectele
practice ale acesteia.
În capitolul 2 voi descrie structura hardware a echipamentului, voi enumera
componentele si modulele folosite cât și modul lor de operare de către utilizator și motivul
utilizării acestor aparate .
În capitolul 3 a fost descri să execuția practică și dezvoltarea software a coduril or de
funcționare .
În capitolul 4 voi adauga concluziile rezultate in urma realiz ării sursei de curent.
În capitolul 5 și in capitolul 6 voi menționa toate sursele de unde m -am inspirat si
ajutat in realizarea acestui proiect, acestea fiind bibliografia si referinte le web.

5
1. Capitolul 1: Formularea temei și justificarea alegerii acesteia

Tema proiectului de licența și oportunitatea abordării unui astfel de subiect sunt
justificate în primul rând de faptul că proiectarea echipamentului care face obiectul lucrării
presupune înbinarea cunoștiințelor dobândite la mai multe discipline si domenii pr ecum:
-Programarea calculatoarelor;
-Circuite integrate analogice;
-Electronică;
-Arhitecturi numerice programabile;
-Proiectarea asistată de calculator a circuitelor electronice.

Tema este justificată și de impactul pe care il au automatizările în prezent atât la
nivelul utilizărilor individuale, casnice, cât și la nivelul utilizărilor industriale.

Echipamentul de tipul simulatoarelor de proces sunt indispensabile oricărui inginer
automatist, programator sau a unui inginer implicat in activitătile de mentenanță.

Proiectul are ca obiectiv realizarea unei surse de semnal unificat cu patru canale. O
astfel de sursă este foarte utilă in etapa de dezvoltare a aplicațiilor ce necesită disponibilitatea
(pentru testare, depanare…) de semnale unificate (4 ..20 mA in cazul de fată).

Echipamentul va consta din 4 module de conversie tensiune / curent utilizând circuite
specializate, ceea ce va permite realizarea facilă dar precisa a prescrierii manuale de curent
(prin intermediul unor potentiometre).

Curent ii astfel generați vor fi masurați prin intermediul unui sistem bazat pe un
microcontroler de 8 biti PIC18F. Programarea microcontrolerului se va face in limbajul C,
utilizând pachetul MikroC (Mikroelektronika) si scule de dezvoltare produse de aceeasi
firma.

6
Capitolul 2: Structura hardware a echipamentului
2.1 Schema bloc a echipamentului

Fig. 1 – Diagrama bloc func ționala
Sursa cvadrupla de curent are ca și componenta principala convertorul tensiune/curent
AD694. Cele 4 iesiri ale sursei fiind independente, pentru implementarea celor 4 canale s -au
realizat 4 module identice bazate pe AD694 (fig. 1.1).
Prescrierea curentului generat pe fiecare dintre canalele surse i se face prin intermediul
unui potenț iometru ( cate unul pe canal) care este conect at in circuit sub form ă de divizor
rezistiv de tensiune. Ținand cont de modurile de lucru(fig 1.2) ale convertorului AD694,
tensiunile de lucru (tensiunea de intrare in modulele generatoare de curent, de exemplu ),
trebuie sa fie adaptate necesit ăților).
In acest context, ținâ nd cont c ă circuitul AD694 s -a configurat in modulele realizate in
modul de conversie U/I, are ca tensiunea de intrare cuprins ă în intervalul 0 ÷ 10 V, pentru o
conversie corect ă fiind necesara ob ținerea unei tensiuni de referint ă de 10V. Aceast ă tensiune
s-a generat cu ajutorul circuitului referint ă de tensiune REF102.

7

Tabel. 1 : Tabel In/Out AD694
Tensiunea de referint ă de 10V este utiliza ta pentru toate cele 4 canale p entru ca
divizoarele de tensiune de la intrarea fiecarui modul de conversie U/I s ă nu afecteze tensiunea
de referin ța de 10V, intre circuitul REF102 si poten țiometrele de prescriere a tensiunii de
intrare pentr u convertoarele U/ I.
Măsurarea curentului generat de convertorul AD694 se face prin înserierea unei
rezisten țe de masur ă cu sarcin ă ce se cupleaza la iesirea fiecarui canal. Ținand cont c ă
rezistenta de masur ă este de 50Ω, c ăderea de tensiune pe aceas ta variaza in intervalul
0,2V ÷1V. Pentru ca aceasta tensiune sa fie determinata cu ajutorul µC utiliz ând porturile
analogice ale acestuia, aceasta trebuie sa fie preluat ă cu ajutorul unui amplificator diferen țial
si apoi amplificat ă. Amplificarea in tensiu ne trebuie sa fie :
[A=
=5]
Ca si amplificator diferential s -a utilizat circuitul AMP03, iar pentru ridicarea
nivelului de tens iune de masur ă s-a folosit un amplificator operational OP07 cu ajutorul
căruia s -a impleme ntat un amplificator neinversor

Intrare Iesire Tensiunea
minima Vs Tensiunea de referint ă
0-2 V
0-10 V
0-2.5 V
0-12.5 V
0-2 V
0-10 V
0-2.5 V
0-12.5 V 4-20 mA
4-20 mA
0-20 mA
0-20 mA
4-20 mA
4-20 mA
0-20 mA
0-20 mA 4.5 V
12.5 V
5.0 V
15.0 V
12.5 V
12.5 V
12.5 V
15.0 V 2V
2V
2V
2V
10V
10V
10V
10V

8
2.2 Schema electronica

Fig. 2 Componente pentru schema electronic ă

9

Fig. 3 Schema electronic ă

10

Fig. 4 Vedere a de jos

Fig. 5 Vederea de sus

11

Fig. 6 Vederea de sus plus a șezarea pieselor

Din motive de reducere a costurilor de implementare și ținând cont de faptul că schema este
repetitivă pentru cele 4 canale ale sursei de curent, s -a realizat efectiv un singur canal.

Fig. 7. Vederea de jos

12

Fig.8 Vederea de sus

Fig. 9 Vederea de sus plus a șezarea pieselor

13

Fig. 10 Schema electronică cu un singur canal

14
2.3 Convertorul AD694
2.3.1 Descrierea Produsului
AD694 este un emițător de curent monolitic care acceptă intrări de semnal de înaltă
calitate pentru a conduce o buclă standard de curent de 4 -20 mA pentru controlul supapelor,
dispozitivelor de acționare și a altor dispozitive utilizate în mod obișnuit în controlul
proceselor.
Semnalul de intrare este tamponat de un amplificator de intrare care poate fi utilizat
pentru a scala semnalul de intrare sau pentru a tampona ieșirea dintr -un mod curent DAC.
Valorile de intrare precalibrate de la 0 V la 2 V și de l a 0 V la 10 V sunt selectate prin legarea
simplă a pinilor; Alte intervale pot fi programate cu rezistențe externe.
Tăierea activă cu laser a rezistențelor filmului subțire AD694 are ca rezultat un nivel
ridicat de precizie, fără a fi nevoie de ajustări și calibrare suplimentare. Un tranzistor extern
poate fi utilizat cu AD694 pentru a se descărca puterea de disipare, extinzând intervalul de
temperatură de funcționare.
AD694 este blocul ideal pentru sistemele care necesită transmisie de semnal imune la
zgom ot de 4 -20 mA pentru a acționa supape, servomotoare și alte dispozitive de comandă,
precum și pentru transmiterea parametrilor procesului, cum ar fi presiunea, temperatura sau
debitul. Se recomandă ca înlocuitor pentru modele discrete într -o varietate de a plicații în
domeniul controlului proceselor industriale, automatizării fabricilor și monitorizării
sistemului.

2.3.2 Evidentierea produsului
1. AD694 este un convertor tensiune – curent in domeniul 4 -20 mA.
2. Intervalele de intrare programabile sunt prec alibrate de la 0V la 2 V și 0 V până la
10 V.
3. Amplificatorul de intrare poate fi configurat pentru tamponarea și scalarea tensiunii
de intrare sau pentru a servi ca amplificator de ieșire pentru convertor digital – analogic de
ieșire curenta.

15
4. Conformitatea tensiunii de ieșire se extinde până la 2 V de la alimentarea pozitivă
și sub nivelul comun. Atunci când este operat cu alimentare de 5 V, conformitatea tensiunii
de ieșire se extinde la 30 V sub pragul comun.
5. Curentul de zero 4 mA poat e fi pornit și oprit cu ajutorul unui pin TTL de control,
care permite o funcționare de 0 -20 mA.
6. O alarmă deschisă a colectorului avertizează asupra eșecului de buclă datorită
firelor deschise sau neconformitatea stadiului de ieșire.
7. O ieșire monitor izată este furnizată pentru a conduce un tranzistor extern de trecere.
Caracteristica elimină consumul de energie pentru a extinde intervalul de temperatură și
pentru a minimiza eroarea de auto -încălzire.
2.3.3 Caracteristici ale convertorului
 4-20 mA, 0 -20 mA
 Valori de intrare precalibrate:0 V până la 2 V, 0 V până la 10 V
 Tensiune de referință de precizie programabila la 2.000 V sau 10.000 V
 Operație de alimentare unică sau duală
 Domeniu larg de alimentare: între 4.5 V și 36 V
 Conformitate largă a rezulta telor
 Amplificatorul de tampon de intrare
 Alarmă Open -Loop

2.3.4 DESCRIERE FUNCTIONALA
Funcționarea AD694 poate fi înțeleasă cel mai bine prin împărțire circuitului în trei
părți funcționale (a se vedea figura 1). Mai întâi,un singur amplificator de intr are tamponeaza
nivelul înalt al terminalului de intrare. Amplificatorul tampon actioneaza cea dea doua

16
sectiune, un convertor tensiune – curent, care face un semnal de curent dependent de 0 – 16
mA.
A treia sectiune, o tensiune de referinta si un generator de offset sunt responsabile
pentru furnizarea curentului de offset de 4mA.

Fig. 11– Diagrama bloc functionala
2.3.5 Amplificatorul de buffer(tampon)
Amplificatorul tampon este un amplificator de alimentare unic, care poate fi utilizat
ca un tampon de câștig de unitate, un amplificator de ieșire pentru un DAC de ieșire curent
sau ca un bloc de amplificare pentru amplificarea semnalelor de nivel scăzut.
Etapa de intrare PNP a amplificatorului are o gamă de moduri comune care se extinde
de la câteva s ute mV sub nivelul solului până la 2,5 V de VS. Ieșirea de clasă A a
amplific atorului apare la pinul 1 (FB).
Domeniul de ieșire se extinde de la aproximativ 1 mV deasupra nivelului comun în
cazul în care amplificator ul funcționează ca un follower. Amplificatorul poate genera o
sarcină maximă de 5 kΩ, dar poate fi coborat doar la fel de mult cum permite rezistența
internă de 10 kΩ

17
2.3.6 Convertor tensiune – curent
Semnalul de intrare de la amplificatorul tampon este convertit la un curent de la 0 la
0,8 mA de către A2 și mutat la o alimentare pozitivă. Un curent identic înmulțește acest
semnal cu un factor de 20 pentru a face curentul de semnal de la 0 la 16 mA. Ace asta tehnica
permite etapei de ieșire să conducă o sarcină de până la 2 V din alimentarea pozitivă (Vs).
Amplificatorul A2 forțează tensiunea la pinul 1 între rezistențele R1 și R2 prin
acționarea tranzistorului Darlington, Q2. Câștigul mare Darlington tr ansmite curentul de
rezistor colectorului si rezistentei R3 (900Ω).
Functia de transfer a stadiului V / I este:
Iout = 20 × Vpin1/(R1+R2)
rezultand o curba de iesire de 0 -16 ma pentru o intrare de 0 -10V. Legarea pinului 4(2V la
masa scurtcircuiteaza R2 si rezulta intr -o intrare pe scara larga pentru un interval de iesire de
16 mA)
Etapa de ieșire a convertorului V / I are un design unic, care permite pinului Iout să
conducă o sarcină sub potențialul comun (substrat) al dispozitivului. Tranzistorul de ie șire
poate conduce intotdeauna o sarcină la un punct de 36 V sub aprovizionarea pozitivă (Vs)
Se poate adauga un tranzistor tranzitoriu NPN optional pentru a transfera majoritatea
puterii disipate off -chip, pentru a extinde raza domeniului de functionare. Etapa de ieșire este
limitată la curent la aproximativ 38 mA pentru a proteja de la un overdrive la intrarile sale.

2.3.7 Tensiunea de referin ța
O tensiune de referin ța de 2 V sau 10 V este disponibilă pentru aplicațiile
utilizatorilor, selectabil ă prin l egarea cu pini. Opțiunea de 10 V este disponibilă pentru
tensiuni de alimentare mai mari de 12,5 V, ieșirea de 2 V este disponibilă pe întreaga gamă
de alimentare de 4.5 V până la 36 V. Referin ța poate genera până la 5 mA pentru aplicațiile
utilizatorilor. Un tranzistor de amplificare poate fi adăugate pentru a crește capacitatea
curentă a modulului de 2V.

18
2.3.8 APLICAREA AD694
AD694 poate fi conectat cu ușurință fie pentru operatii de alimentare duale sau
singure, pentru a functiona de la consumabile de la 4.5V pana la 36V. Urmatoarele sectiuni
descriu diferite configura ții ale conexiunilor, la fel ca si metode de ajustare. Tabela 2 arata
diferite optiuni de conectare.
Intrare Iesire Tensiunea
de
referinta Tensiunea
minima
Vs Pin9 Pin4 Pin8
0-2 V
0-10 V
0-2.5 V
0-12.5 V
0-2 V
0-10 V
0-2.5 V
0-12.5 V 4-20 mA
4-20 mA
0-20 mA
0-20 mA
4-20 mA
4-20 mA
0-20 mA
0-20 mA 2V
2V
2V
2V
10V
10V
10V
10V 4.5 V
12.5 V
5.0 V
15.0 V
12.5 V
12.5 V
12.5 V
15.0 V Pin 5
Pin5
≥3 V
≥3 V
Pin 5
Pin 5
≥3 V
≥3 V Pin 5
Deschis
Pin 5
Deschis
Pin 5
Deschis
Pin 5
Deschis Pin 7
Pin 7
Pin 7
Pin 7
Deschis
Deschis
Deschis
Deschis

Tabel 2 – Valori precalibrate pentru AD694
2.3.9 FUNCȚIONARE CU UN TRANZISTOR PASS
Modelul AD694 poate funcționa ca un convertor autonom 4 -20 mA fără componente
active suplimentare. Cu toate acestea, s -au făcut provizioane pentru a conecta IOUT la baza
unui tranzistor NPN extern. Aceasta permite o majoritate a disipării d e putere să fie mutată
off-chip pentru a îmbunătăți performanța și să extindă intervalul temperaturii de funcționare.

19
Respectarea tensiunii de ieșire pozitivă este redusă cu aproximativ 0,7 V. Un rezistor
de 50 Ω ar trebui să fie adăugat în serie cu cole ctorul tranzistorului de trecere, atunci când
AD694 este acționat cu consumabile duale. Aceasta nu va reduce conformitatea tensiunii
eșantionului de ieșire

2.4 PIC18F2520
2.4.1 Descrierea Produsului

Fig. 12 Diagrama pinilor
Familia PIC18F2420/2520/4420/4520 oferă avantajele tuturor microcontrolerelor
PIC18 – și anume, performanțe computationale ridicate la un preț economic, memorie
program Enhanced Flash. Pe lângă aceste caracteristici, aceasta familie introduce îmbunătățiri
de proie ctare care fac aceste microcontrolere o alegere logică pentru multe aplicații de înaltă
performanță, sensibile la putere.

Fig. 13 Microcontroler PIC18F2520

20

Fig. 14 Schema bloc a lui PIC18F2520

21
Toate dispozitivele din famil ia PIC18F2420 / 2520/4420/4520 încorporează o serie de
caracteristici care pot reduce semnificativ consumul de energie în timpul funcționării.
Elemente cheie includ:
 Moduri alternative de rulare:Prin trecerea controlerului de la sursa Timer1 sau blocul
oscilator intern, consumul de energie în timpul executării codului poate fi redus cu
până la 90%.
 Modificarea modului de funcționare în regim de avarie: Modurile de gestionare a
puterii sunt invocate de către codul de utilizator în timpul funcționării, permiț ând
utilizatorului să includidei de economisire a energiei în proiectarea software -ului
aplicației.
Toate dispozitivele din familia PIC18F2420 / 2520/4420/4520 oferă zece opțiuni
diferite de oscilator, permițând utilizatorilor o gamă largă de opț iuni în dezvoltarea
aplicațiilor hardware. Acestea includ:
 Patru moduri Crystal, folosind cristale sau rezonatoare ceramice
 Două moduri de ceas extern, care oferă opțiunea de a utiliza două pini (intrare pe
oscilator și o ieșire de ieșire de ieșire) sau un pin (intrare oscilator, cu al doilea pin
realocat ca I / O general)
 Un bloc oscilator intern care oferă un ceas de 8 MHz și o sursă INTRC
(Aproximativ 31 kHz), precum și o gamă de 6 frecvențe ceas selectabile de utilizator,
între 125 kHz și 4 MHz, pentru un total de 8 frecvențe de ceas. Această opțiune
eliberează cele două știfturi oscilatoare pentru a fi utilizate ca intrări / ieșiri
suplimentare în scopuri generale.
Pe lângă disponibilitatea sa ca sursă de ceas, blocul oscilator intern oferă o sursă
stabilă de referință care oferă familiei caracteristici suplimentare pentru robuste operațiune:
 Monitor pentru semnal de ceas extern : Această opțiune monitorizează constant sursa
ceasului principal față de un semnal de referință furnizat de oscilatorul intern. Dacă
apare o defecțiune la ceas, controlerul este comutat pe blocul oscilator intern,
permițând funcționarea continuă la viteză mică sau o oprire sigură a aplicației.

22
 Două viteze de pornire: această opțiune permite oscilatorului intern să funcționeze ca
sursă de ceas de la resetare la pornire sau trezire din modul Sleep, până când sursa
principală de ceas este disponibilă
Dispozitivul PIC18F2520 include mai multe caracteristici destinate maximizării
fiabilității și reducerii costurilor prin eliminarea com ponentelor externe. Acestea sunt:
 Selectarea oscilatorului
 Resetare
 Resetare la pornire
 Temporizator de pornire
 Timer intârziere la punerea sub tensiune
 Watchdog Timer (WDT)
 Protectia codului
 Monitor pentru semnal de ceas extern

2.4.2 Reset
Dispozitivele PIC18F2420/2520/4420/4520 diferențiază între diferite tipu ri de
resetare:
A) Resetare la pornire (POR)
B) Resetarea MCLR în timpul funcționării normale
C) Resetarea MCLR în timpul modurilor gestionate cu energie
D) Resetarea temporizatorului (WDT) (în ti mpul execuției)
E) Resetare programabilă Brown -out (BOR)
F) Instrucțiunea RESET

23
G) Restabilirea completă a stivei
H) Resetarea sub -fluxului stivei

Fig.15 Diagrama bloc simplificată a circuitului de resetare pe cip

2.4.3 Resetare la pornire (POR)
Un impuls de resetare la pornire este generat pe cip ori de câte ori VDD crește peste
un anumit prag. Acest lucru permite dispozitivului să pornească în starea inițială atunci când
VDD este adecvat pentru funcționare.
Când dispozitivul începe să funcționeze normal (de ex., Iese din starea Resetare),
parametrii de funcționare ai dispozitivului (tensiune, frecvență, temperatură etc.) trebuie
îndeplinite pentru a asigura funcționarea. Dacă aceste condiții nu sunt îndeplinite,
dispozitivul trebuie să fie ținut în Resetare p ână când condițiile de funcționare sunt
îndeplinite.

24
Evenimentele POR sunt captate de bitul POR (RCON <1>). Starea bitului este setată
la '0' ori de câte ori apare un POR; Aceasta nu se modifică pentru niciun alt eveniment Reset.
POR nu este resetat la "1" de orice eveniment hardware. Pentru a capta mai multe
evenimente, utilizatorul resetează manual bitul la "1" în software după orice POR.

Fig. 16 Circuitul de resetare externă pentru pornire (la punerea sub tensiune)

2.4.4 Bloc oscilator intern
Dispozitivul PIC18F2520 include un bloc oscilator intern care generează două
semnale de ceas diferite; Ambele pot fi folosite ca sursă de ceas a microcontrolerului. Acest
lucru poate elimina necesitatea circuitelor oscilatoare e xterne pe pinii OSC1 și / sau OSC2.
Ieșirea principală (INTOSC) este o sursă de ceas de 8 MHz care poate fi utilizată
pentru a conduce direct ceasul dispozitivului. De asemenea, conduce un postcaler care poate
oferi o gamă de frecvențe de ceas de la 31 kHz la 4 MHz. Ieșirea INTOSC este activată când
este selectată o frecvență de ceas de la 125 kHz la 8 MHz.

25
Cealaltă sursă de ceas este oscilatorul intern RC (INTRC), care oferă o ieșire
nominală de 31 kHz. INTRC este activat dacă este selectat ca sursă de ce as dispozitiv; Este,
de asemenea, activată automat când sunt activate oricare dintre următoarele:
 Watchdog Timer – Câine de pază
 Punerea în funcțiune în două viteze
 Timer intârziere la punerea sub tensiune
 Monitor pentru semnal de ceas extern

Fig. 17 Diagrama de ceas a lui PIC18F2520
2.4.5 Watchdog Timer – Câine de pază
Pentru dispozitivul PIC18F2520, WDT este condus de sursa INTRC. Atunci când
WDT este activat, sursa de ceas este, de asemenea, activată. Perioada nominală WDT este de
4 ms și are aceeași stabilitate ca și oscilatorul INTRC.
Perioada de 4 ms a WDT este înmulțită cu un postcaler pe 16 biți. Orice ieșire a
postcalerului WDT este selectată de un multiplexor, controlat de biți în Registrul de
configurare 2H. Timpurile disponibile variază într e 4 ms și 131,072 secunde (2,18 minute).

26
WDT și postcaler sunt șterse când apare oricare dintre următoarele evenimente: se
execută o instrucțiune SLEEP sau CLRWDT, se modifică biții IRCF (OSCCON <6: 4>) sau
se produce o defecțiune de ceas

Fig. 18 Diagrama bloc WDT

2.4.6 Punerea in funcțiune în două viteze
Funcția de pornire în două viteze ajută la minimizarea perioadei de latență de la
pornirea oscilatorului la execuția codului, permițând microcontrolerului să utilizeze
oscilatorul INTOSC ca sursă de ceas până când sursa de ceas primară este disponibilă. Este
activat prin setarea bitului de configurare IESO.
Începerea cu două viteze ar trebui activată numai dacă modul oscilator principal este
LP, XT, HS sau HSPLL (moduri bazate pe cristale). Alte surs e nu necesită o întârziere de
pornire OST; Pentru acestea, ar trebui dezactivată pornirea în două viteze.
Când este act ivată, reinițializările și trezi rile din modul repaus determină ca
dispozitivul să se configureze pentru a rula din blocul oscilator inte rn ca sursă de ceas, în
urma perioadei de expirare a temporizatorului de pornire după activarea resetării. Aceasta
permite executarea aproape imediată a codului în timp ce oscilatorul primar pornește și
funcționează OST. Odată ce OST expiră, dispozitivul t rece automat în modul PRI_RUN.
Pentru a utiliza o viteză mai mare a ceasului la trezire, sursele de ceas INTOSC sau
postscaler pot fi selectate pentru a asigura o viteză mai mare a ceasului prin setarea biților,
IRCF <2: 0>, imediat după Resetare. Pentru tr ezirea din starea de repaus, sursele de ceas

27
INTOSC sau postscaler pot fi selectate prin setarea biților IRCF <2:0> înainte de intrarea în
Sleep Mod.

Fig. 196 Tranziția de timp pentru pornirea cu două viteze ( INTOSC la HSPLL)

2.4.7 Timer intârziere la p unerea sub tensiune
Timer -ul de intârziere la punerea sub tensiune (PWRT) al dispozitivului PIC18F2520
este un contor de 11 biți care utilizează sursa INTRC ca intrare pentru ceas. Acest lucru
generează un interval de timp aproximativ de 2048 x 32 μs = 65,6 ms. În timp ce PWRT se
numără , dispozitivul este ținut în resetare .
Timpul de pornire a l alimentării depinde de ceasul INTRC și va varia de la un chip la
altul datorită variațiilor de temperatură și de proces.
Graficul de mai jos reprezinta semnalele de sincronizare pentru Reset, Timer
Watchdog, Timer punere in functiune oscilator, Timer intarziere la punerea sub tensiune

28

Fig. 20

2.4.8 Monitor pentru semnal de ceas extern (Fail safe clock monitor)
Monitor pentru semnal de ceas extern permite ca microcontrolerului să continue să
funcționeze în cazul unei defecțiuni a oscilatorului extern prin comutarea automată a ceasului
dispozitivului la blocul oscilator intern. Aceasta func ție este activată prin setarea bitului de
configurare FCMEN. Când FSCM este activat, oscilatorul INTRC rulează în permanență
pentru a monitoriza ceasurile către periferice și pentru a furniza un ceas de rezervă în cazul
unei defecțiuni la ceas.
Monitorizarea ceasului (prezentată în figura 2.4) se realizează prin cr earea unui
semnal de ceas eșantion, care este ieșirea INTRC împărțită la 64. Aceasta permite timp
suficient între ceasurile de eșantionare FSCM pentru a avea loc o margine de ceas periferic.
Ceasul dispozitivului periferic și ceasul de eșantionare sunt pr ezentate ca intrări în
dispozitivul de închidere al monitorului ceasului (CM). CM este setat pe marginea
descendentă a sursei ceasului dispozitivului, dar este șters pe marginea în creștere a ceasului
de eșantionare.

29

Fig. 21Diagrama blo c a monitorului pentru semnal de ceas extern

2.4.9 Organizarea Memoriei
Există trei tipuri de memorie în dispozitivele microcontroler îmbunătățite PIC18:
 Memorie program
 Date RAM
 Date EEPROM

Ca și dispozitive de arhitectură de la Harvard, memoriile de date și programe
utilizează autobuze separate; Acest lucru permite accesul simultan al celor două spații de
memorie.
Datele EEPROM, în scopuri practice, pot fi considerate ca un dispozitiv perif eric,
deoarece sunt adresate și accesate printr -un set de registre de control.
Microcontrolerele PIC18 implementează un contor de programe pe 21 de biți, capabil
să se adreseze unui spațiu de memorie de program de 2 Mbyte. Accesarea unei locații între
limita superioară a memoriei implementate fizic și a adresei 2 -Mbyte va returna toate
instrucțiunile "0" (o instrucțiune NOP).

30
PIC18F2420 și PIC18F4420 au fiecare câte 16 Kbytes de memorie flash și pot stoca
până la 8192 de instrucțiuni cu un singur cuvânt. P IC18F2520 și PIC18F4520 au câte 32
Kbytes de memorie flash și pot stoca până la 16.384 instrucțiuni cu un singur cuvânt.
Dispozitivele PIC18 au doi vectori de întrerupere. Adresa de resetare a vectorului este
la 0000h iar adresele vectorului de întrerupere sunt la 0008h și 0018h. Harta de memorie a
programelor pentru dispozitive PIC18F2420 / 2520/4420/4520 este prezentată în Figura 2.5.
2.4.10 Memorii de date EEPROM
EEPROM -ul de date este o matrice de memorie nonvolatilă, separată de memoria
RAM și memorie de programe, care este utilizată pentru stocarea pe termen lung a datelor
programului. Nu este mapat direct fie în fișierul de registru, fie în spațiul de memorie
program, dar este abordat indirect prin intermediul Registrului de funcții speciale (SFR).
EEPROM -ul poate fi citit și scris în timpul funcționării n ormale pe toată gama VDD.

Fig. 22 Schema programului memorie pentru dispozitivul PIC18F2520

31
Cinci registrii de functii speciale sunt utilizați pentru citirea și scrierea datelor
EEPROM, precum și a memoriei programului.
Acestia sunt:
 EECON1
 EECON2
 EEDATA
 EEADR
Datele EEPROM permit ca octetul să citească și să scrie. Când se intâlneste cu blocul
de memorie de date, EEDATA ține datele de citire / scriere pe 8 biți, iar registrul EEADR
deține adresa locației EEPROM accesată.
Memoria de date EEPROM este evaluată pentru o rezistență ridicată la ciclul de
ștergere / scriere. Un scriitor octet șterge automat locația și scrie noile date (ștergere înainte
de scriere). Timpul de scriere este controlat de un timer on -chip; Aceasta va varia în funcție
de tensiune și de temperatură, precum și de la chip la chip.
Registrul EEADR
Registrul EEADR este utilizat pentru a aborda datele EEPROM pentru operațiile de
citire și scriere. Intervalul pe 8 biți al registrului poate adresa un domeniu de memorie de 256
octeți (de la 00h la FFh).
Registrii EECON1 și EECON2
Accesul la datele EEPROM este controlat de doi registrii: EECON1 și EECON2.
Acestea sunt aceleași registre care controlează accesul la memoria programului și s unt
utilizate într -un mod similar pentru EEPROM -ul de date.
Banda de control, CFGS, determină dacă accesul va fi la registrii de configurare sau
pentru a programa memoria / memoria EEPROM de date. Când sunt setate, operațiile
ulterioare accesează registrii de configurare. Atunci când CFGS este clar, bitul EEPGD
selectează fie o memorie flash programată, fie o memorie EEPROM.

32
Bitul WREN, când este setat, va permite o operație de scriere. La pornire, bitul
WREN este clar. Bitul WRERR este setat în hardware a tunci când bitul WR este setat și șters
când cronometrul intern de programare expiră și operația de scriere este completă.

Fig. 2 3 EECON1 : Controlul registrului EEPROM

2.5 REF102 – 10V Referință de tensiune de precizie
2.5.1 Descriere
REF102 este o referință de tensiune de precizie de 10V. Derivatul este tăiat cu laser la
o temperatură de 2,5 ppm /° C max. C peste intervalul de temperatură industrial. REF102 își
atinge precizia fără încălzitor. Aceasta are ca rezultat o putere redusă, o încălzire rapidă, o
stabilitate excelentă și un zgomot redus.
Tensiunea de ieșire este extrem de insensibilă atât la variațiile de linie cât și la sarcină
și poate fi ajustată extern cu un efect minim asupra drift și stabilității. Operațiunile cu o
singură alimenta re de la 11,4V la 36V și specificațiile generale excelente fac ca REF102 să
fie o alegere ideală pentru aplicațiile de referință pentru instrumente și aplicații.
REF102 este proiectat pentru aplicații care necesită o tensiune de referință de precizie
unde atât valoarea inițială la temperatura camerei, cât și temperatura depășită sunt importante
pentru utilizator.

33

Fig. 24 Configurația pinilor
2.6 Display LCD alfanumeric 2 x 16 caractere
Ecranul LCD (Ecran cu cristale lichide) este un modul electronic de afișare cu o gamă
largă de aplicații. inclusiv Calculatoare, procesoare de tex t, fotocopiatoare, terminale de
vânzare, instrumente medicale, telefoane celulare, etc .
Un afișaj LCD 16×2 este un modul foarte simplu și este foarte frecvent utilizat în
diverse dispozitive și circuite. Aceste module sunt preferate peste șapte segmente și alte
LED -uri cu mai multe segmente. Motivele sunt: LCD -urile sunt economice; ușor de
programat; nu au nici o limitare de a afișa caractere speciale și chiar personalizate (spre
deosebire de șapte segmente), animații și așa mai departe.

Fig. 25 Diagrama pinilor

Un ecran LCD de 16×2 înseamnă că poate afișa 16 caractere pe linie și există 2 astfel
de linii. În acest ecran LCD fiecare caracter este afișat în matrice de 5×7 pixeli. Afișajul este
capabil să afișeze 224 de caractere și simboluri diferite. Acest LCD are două registre, și
anume Command și Data.

34
Registrul de comandă (RC): LCD -ul are două registre și anume un registru de date și
un registru de comandă. Orice date care trebuie afișate pe ecranul LCD trebuie să fie scrise în
registrul de date al LCD -ului. Com anda poate fi emisă la LCD, scriind -o în Registrul de
comandă al ecranului LCD. Acest semnal este utilizat pentru a diferenția datele / cmd primite
de pe ecranul LCD.
Dacă semnalul RS este LOW, LCD -ul interpretează informația pe 8 biți ca Command
și o scri e pe Command register efectuând acțiunea conform comenzii. Dacă semnalul RS este
HIGH, atunci LCD interpretează informația pe 8 biți ca date și o copiază în registrul de date.
După aceea, LCD decodifică datele pentru generarea modelului 5×7 și în cele din urmă se
afișează pe ecranul LCD.
Read / Write (RW): Acest semnal este folosit pentru a scrie datele / cmd pe LCD și
citește steagul ocupat al LCD -ului. Pentru operațiunea de scriere R /W ar trebui să fie LOW și
pentru operațiunea de citire R / W ar trebui s ă fie HIGH.
Activați (EN): Acest pin este utilizat pentru a trimite declanșatorul de activare pe
LCD. După trimiterea datelor / cmd, Selectarea registrului de date / cmd, Selectarea operației
de scriere. Un impuls HIGH -to-LOW trebuie să fie trimis pe acest pin de activare care va
împinge informațiile în registrul LCD și declanșează LCD -ul pentru a acționa corespunzător.

Fig. 26 Diagrama bloc

35

Pin No Functia Nume
1 Împământare(0V) împământare
2 Tensiunea de alimentare; 5V(4.7 V – 5.3 V) Vcc
3 Contrast de ajustare printr -un rezistor variabil Vee
4 Selectați registrul de comandă atunci când
înregistrarea este redusă și înregistrarea datelor
când este ridicată Selectarea registrului
5 Scăzut pentru a scrie în registru;
Marit pentru a citi din registru Citeste/Scrie
6 Trimite date la pini atunci când este dat un
impuls de înaltă la joasă Permite
7

Pini de date de 8 biți

D0
8 D1
9 D2
10 D3
11 D4
12 D5
13 D6
14 D7
15 Iluminare Vcc (5V) LED+
16 Iluminare împământare (0V) LED –

Fig. 3 Descrierea pinilor

36
2.7 Amplificator operațional de tensiune – OP07
2.7.1 Descriere Generală

„Amplificatoarele operationale sunt cele mai raspândite circuite integrate analogice.
Au fost initial utilizate pentru realizarea analogica a unor operatii matematice (adunare,
scadere, scalare, integrare etc.) ceea ce le -a determinat si denumirea. Amplificatoarele
operationale de tensiune (AO) sunt amplificatoare de curent continuu, continând mai multe
etaje de amplificare elementare, dintre care primul etaj este de regula de tip diferential.
“[DOI08]

OP07 are o tensiune de offset de intrare foarte mică (75 μV maximă pentru OP07E)
care este obținută prin tăierea la etapa wafer. Aceste tensiun i scăzute de compensare elimină,
în general, orice nevoie de nulitate externă. OP07 prezintă, de asemenea, un curent redus de
intrare scăzut (± 4 nA pentru OP07E) și un câștig ridicat de buclă deschisă (200 V / mV
pentru OP 07E). Deconectarea scăzută și câ știgul mare de buclă deschisă fac ca OP07 să fie
deosebit de util pentru aplicațiile de instrumentație cu câștig mare.

Fig. 27 Configuraț ia pinilor

Domeniul la rg de tensiune de intrare de ± 13 V minim, combinat cu un CMRR ridicat
de 106 dB (OP07E) și o impedanță de intrare mare, asigură o precizie ridicată în configurația
circuitului neinvertizat. Excelentă liniaritate și acuratețe a câștigului pot fi menținute chiar și
la câștigurile în buclă închisă ridicată. Stabilitatea offseturilor ș i a câștigului cu timp sau
variații ale temperaturii este excelentă. Precizia și stabilitatea OP07, chiar și la câștiguri mari,
combinate cu libertatea de nultare externă au făcut ca OP07 să fie un standard industrial
pentru aplicațiile de instrumentație.

37
2.7.2 Aplicatii tipice

Fig. 28 Circuitul de testare a tensiunii offset tipice Fig. 29 Circuit de valoare absolută

Fig. 30 Circuit tipic de zgomot
de joasă frecvență Fig. 31 Amplificator sumator de precizie fara reglare

Fig. 32 Circuit opțional de
decalare a compensării Fig. 33 Amplificator cu termocuplu de înaltă stabilitate

Fig. 34 Circuit cu valoare absolută de precizie

38
OP07 oferă o funcționare stabilă cu o capacitate de încărcare de până la 500 pF și o
variație de ± 10 V; Capacitățile mai mari ar trebui decuplate cu un rezistor de deconectare de
50 Ω.
Unele tensiuni termoelectrice generate de metale diferite la contactele terminalelor de
intrare pot degrada performanța de derivație. Prin urmare, se obține cea mai bună funcționare
atunci când ambele contacte de intrare sunt menținute la aceeași temperatură, de preferință
aproape de temperatura ambalaj ului.
OP07 este disponibil în două clase standard de performanță. OP07E este specificat
pentru funcționare în intervalul 0 ° C până la 70 ° C, iar OP07C este specificat în intervalul
de temperatură între -40 ° C și 85 ° C. OP07 este disponibil în epoxidice , cu 8 conductori
PDIP și 8 conductori SOIC. Este un înlocuitor direct pentru amplificatoarele de 725, 108A și
OP05; 741 tipuri pot fi înlocuite direct prin înlăturarea potențiometrului de oprire a lui 741.
2.7.3 Amplificator neinversor cu amplificator op erational
Amplificatorul inversor este un circuit util, care ne permite să scalăm un semnal la
orice domeniu de tensiune dorit prin ajustarea câștigului în consecință. Cu toate acestea,
există două dezavantaje la acesta. În primul rând, semnalul devine inv ersat, deși putem
întotdeauna să îl inversăm cu un alt op -amp.
Dezavantajul real al amplificatorului inversor este impedanța de intrare a
amplificatorului, care este egală cu R1.
Trebuie luată în considerare impedanța circuitului când îl folosim ca parte a unui
sistem mai mare de circuite. Avem nevoie de fiecare etapă succesivă a circuitelor pentru a
avea o impedanță de intrare de cel puțin 10 ori mai mare decât cea a celei precedente, pentru
a preveni încărcarea.
Deoarece impedanța de intrare a amplificato rului inversat este egală cu R1, s -ar putea
să fim ori să fim forțați să alegem rezistențe neobișnuit de mari pentru buclă de feedback,
ceea ce poate provoca alte probleme.
Soluția pentru grijile noastre privind impedanța se află în Amplificatorul Ne -Inver sor,
realizat și cu un op -amp și feedback negativ:

39

Fig. 3 5 Amplificator neinversor cu amplificator operational

Aici, semnalul intră direct în intrarea neinversoare, care are o impedanță de intrare
aproape infinită – perfectă pentru cuplarea cu orice etapă anterioară. De asemenea, impedanța
de ieșire a op -amp este aproape zero, ceea ce este ideal pentru conectarea cu ceea ce urmează
în circuit.
Formula pentru câștigul unui amplificator neinversor este puțin diferită de cea pentru
amplificatorul de inve rtire. Pentru un amplificator care nu inversează, câștigul este:
Av = 1 + (R2 / R1)
Unde:
 Av = Amplificarea de tensiune a circuitului op amp
 R2 = rezistența de reacție a rezistorului în Ω
 R1 = rezistența de reacție la Gnd în Ω
În timp ce amplificatorul de inversare poate avea un câștig mai mic decât unul pentru
scalarea semnalului la îndemână, amplificatorul neinversor trebuie să aibă un câștig de cel
puțin 1.
Înca trebuie să alimentăm op -amp cu V + și V – dând suficientă gamă pentru a
satisface confort abil ieșirea de semnal așteptată.
De exemplu, un amplificator care necesită un câștig de 11 ar putea fi construit făcând
R2 47 k ohmi și R1 4.7 k ohmi.

40
2.7.4 Impedanța de intrare a amplificatorului neinversor
Impedanța circuitului de amplificare neinversor cu op este deosebit de mare.
Impedanța de intrare a acestui circuit amplificator operațional poate fi de obicei mult mai
mare decât 107Ω.
Pentru majoritatea aplicațiilor de circuit, acest lucru poate fi complet ignorat,
deoarece este puțin proba bil să prezinte o încărcare nejustificată la oricare dintre circuitele
precedente, cu excepția cazului în care sunt extrem de sensibile.
Aceasta este o diferență semnificativă față de configurația inversoare a unui circuit
amplificator operațional care a f urnizat numai o impedanță relativ scăzută în funcție de
valoarea rezistorului de intrare.
Configurația amplificatorului neinversor folosind un amplificator operațional este
deosebit de utilă pentru aplicațiile în care este necesară o impedanță de intrare r idicată.
Circuitul amplificatorului neinversor este ușor de construit și funcționează în mod fiabil și
bine în practică.
2.8 AMP03 – Amplificator diferențial
2.8.1 Descriere
Structura de baz ă a unui AO este de tip diferen țial, astfel încât este usor de cons truit
amplificatoare diferentiale cu AO având în vedere cele doua intrari ale sale.
Asa dup ă cum se știe, în cazul unui amplificator diferen țial, tensiunea de iesire trebuie
sa fie propor țional ă cu diferenta dintre tensiunile de la cele dou ă intrări si s ă depind ă cât mai
putin de tensiunea de mod comun de la intr ări.

Fig. 3 6 Schema de princi piu a unui amplificator diferential cu AO

41
În fig. 32 este prezentat ă schema de principiu a celui mai simplu amplificator
diferential realizat cu AO, observând c ă se realizeaza comanda simultan ă a intr ărilor
inversoare si neinversoare ale AO cu dou ă tensiuni de intrare diferite.
Circuitul are structura din figura de mai sus (fig.32) și poate fi utilizat în două moduri diferite:
 în mod diferențial
 în mod comun

Fig. 3 7 Utilizarea amplificatorului diferențial în mod diferențial.
A. În mod diferențial , pe cele 2 intrări ale circuitului se aplică tensiunile de intrare
vi1 și vi2 (vezi Figura 33), iar rezultatul prelucrării acestor tensiuni este furnizat la ieșire sub
forma tensiunii de ieșire vo. Se precizeaza ca vi1 reprezintă tensiunea care se aplică pe intrarea
inversoare, iar vi2 reprezintă tensiunea care se aplică pe intra rea neinversoare. Diferența dintre
cele 2 tensiuni de intrare vi1-vi2 se notează cu viD și se numește tensiune de intrare
diferențială, iar raportul dintre tensiunea de ieșire vo și tensiunea de intrare diferențială viD se
numește factor de amplificare în tensiune în mod diferențial și se notează cu AVD:

iDo
i io
VDvv
vvvA 
2 1 (1)

În urma calculelor rezultă că tensiunea de ieșire vo se poate calcula în funcție de
tensiunile de intrare vi1 și vi2, cu relația de mai jos:

1 2 i iF
o v vRRv  (2)
Din relația de mai sus, se constată că factorul de ampl ificare în tensiune diferențial
este:

42

RRAFVD (3)

iar circuitul generează la ieșire o tensiune direct proporțională cu tensiunea de intrare
diferențială.
B. În mod comun , cele 2 intrări ale circuitului sunt conectate împreună astfel încât
circuitul are o singură intrare, iar la aceasta se alică tensiunea de intrare, numită în acest caz
tensiune de intrare de mod comun, notată viC (Fig 34 ).

Figura 38. Utilizarea amplificatorului diferențial în mod comun.
Raportul dintre tensiunea de ieșire vo și tensiunea de intrare de mod comun viC se
numește factor de amplificare în tensiune în mod comun și se notează cu AVC:
iCoVCvvA
(4)
Valoarea lui AVC se poate determina pe baza relației de calcul 2, observând că în acest
mod de funcționare, de fapt, pe cele 2 intrări ale amplificatorului diferențial se aplică o
tensiune comună viC, deci, tensiunea de ieșire vo se poate calcula din relația 2, particularizată
pentru condiția:

iC i i v v v2 1
(5)

43
Rezultă că, în cazul în care se aplică pe cele 2 intrări o tensiune comună, valoarea
tensiunii de ieșire este zero, iar

0VCA (6)

CONCLUZIE: amplificatorul diferențial amplifică doar semnalele de mod diferențial
în timp ce pe semnalele de mod comun le Elimina . Atenție, nu oricare amplificator cu 2
intrări este diferențial.
AMP03 este un amplificat or monolitic de amplificare, unitate -amplificare. Acesta
încorporează o rețea de rezistoare de film subțire potrivită, AMP03 prezentând o funcționare
stabilă peste temperatură fără a necesita componente scumpe externe potrivite.
AMP03 este un bloc de bază analogic pentru amplificatoare diferențiale și aplicații de
instrumentație. Topologia amplificatorului diferențial al amplificatorului AMP03 se amplifică
Diferența dintre două semnale oferă o respingere extrem de mare a tensiunii de intrare
comună. Prin a cordarea tipic de respingere (CMR) tipic de 100 dB, AMP03 rezolvă
problemele comune întâlnite în proiectarea instrumentației. De exemplu, AMP03 este ideal
pentru efectuarea adunării sau scăderii a două semnale fără a utiliza rezistențe de precizie cu
scump e externe.
Rezistența comună mare este posibilă prin potrivirea rezistențelor interne la mai mult
de 0,002% și menținerea unui aspect termic simetric. În plus, datorită frecvenței ridicate a
frecvenței CMR, AMP03 este un amplificator general ideal pentru tamponarea semnalelor
într-un mediu zgomotos în sistemele de achiziție de date.
AMP03 este o alternativă la viteza superioară la INA105. Dispunând de rate de
zgomot de 9.5 V / μ s și o lățime de bandă de 3 MHz, AMP03 oferă performanțe superioare la
INA105 pentru surse de curent de mare viteză, amplificatoare de valoare absolută și
amplificatoare de sumare

44

Fig. 39 Diagrama bloc funcționala

2.8.2 Aplicatii tipice

Fig. 40 Fig. 41

Fig. 42 Fig. 43

45

Fig. 44 Fig. 45

Fig. 37 – Amplificator diferențial de precizie. Respinge semnalul de mod comun = = (E1 + E2 )/2 cu 100 dB

Fig. 38 – ±5V Tensiune de referința de precizie
Fig. 3 9 – Unitate de amplificare cu invertor de precizie
Fig. 40 – Amplificator sumator de precizie
Fig. 41 – ±10V Tensiune de referința de precizie
Fig. 42 – Amplificator sumator de precizie cu câstig

46
3. Elemente software
MIKROELEKTRONIKA
MikroElektronika (uneori cunoscută prin abrevierea sa MikroE) este un producător și
comerciant de hardware și instrumente software pentru dezvoltarea de sisteme integrate.
Sediul companiei este în Belgrad, Serbia. Cele mai cunoscute produse software sunt m icroC,
mikroBasic și microPascal compilatoare pentru programarea microcontrolerelor. Linia sa
principală de produse hardware este click boards ™, o gamă de peste 250 de plăci
suplimentare pentru interfața cu microcontrolere cu senzori periferici sau transm ițătoare.
Aceste panouri sunt conforme cu mikroBUS ™ – un standard conceput de
MikroElektronika și ulterior aprobat de NXP Semiconductors și Microchip Technology,
printre altele. MikroElektronika este, de asemenea, cunoscut pentru Hexiwear, un kit de
dezvoltare a Internetului pentru lucruri dezvoltat în parteneriat cu NXP Semiconductors.

Fig.46. Placa de dezvoltare Mikroe Easy PIC v7

47
MicroC – Alimentare dublă
Tabloul conține sursa de alimentare de comutare care creează niveluri stabile de
tensiune și curent necesare pentru alimentarea fiecărei părți a plăcii. Secțiunea de alimentare
conține două regulatoare de putere: MC34063A, care generează VCC -5V și MC33269DT3.3
care creează surse de alimentare VCC -3.3V.
Placa poate fi alimen tată în trei moduri diferite: cu sursa de alimentare USB (CN2),
cu adaptoare externe prin conector adaptor (CN31) sau cu terminale suplimentare (CN30).
Nivelurile de tensiune ale adaptorului extern trebuie să fie cuprinse între 9 -32V DC sau 7 –
23V AC.
Se va utiliza jumperul J6 pentru a specifica sursa de alimentare pe care o utilizăm și
jumperul J5 pentru a specifica dacă utilizați sursa de alimentare de 5V sau 3,3V. La
furnizarea alimentării cu ajutorul adaptorului extern sau al su rsei de alimentare USB, p utem
porni alimentarea cu energie electrică prin intermediul comutatorului SWITCH 1. LED -ul de
alimentare (verde ON) va indica prezența sursei de alimentare

Fig.47 Unitate de alimentare dublă EasyPIC ™

48
Codul sursa

#include <built_in.h>

// Definire conexiuni LCD alfanumeric
sbit LCD_RS at LATB4_bit;
sbit LCD_EN at LATB5_bit;
sbit LCD_D4 at LATB0_bit;
sbit LCD_D5 at LATB1_bit;
sbit LCD_D6 at LATB2_bit;
sbit LCD_D7 at LATB3_bit;

sbit LCD_RS_Direction at TRISB4_bit;
sbit LCD_EN_Direction at TRISB5_bit;
sbit LCD_D4_Direction at TRISB0_bit;
sbit LCD_D5_Direction at TRISB1_bit;
sbit LCD_D6_Direction at TRISB2_bit;
sbit LCD_D7_Direction at TRISB3_bit;

char txt1[] = "";
char txt2[] = "";
char txt3[] = "Masura curent";
char txt4[] = "";

unsigned int adc_rd;
long int valoare_curent;
unsigned char pintr, pfract;

void main(){

ADCON1 = 0x0E; // Configurare RA0 ca intrare analogica

TRISA = 0x01; // Setare RA0 ca pin de intrare

Lcd_Init(); // Initializare LCD

Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); // Stergere display
Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF); // Stingere cursor
Lcd_Out(1,1,txt3); // Scriere text in primul rand

Delay_ms(1000) ;

while(1) { // Bucla infinita

adc_rd = ADC_Read(0); // Determinare valoare ADC canal 0

valoare_curent = (adc_rd*20*100)/1023;
pintr = valoare_curent / 100;
pfract = valoare_curent % 100;

IntToStr(pin tr, txt1);
IntToStr(pfract, txt2);

Lcd_Out(2, 1, "I = ");
Lcd_Out(2, 5, txt1);

49
if (pintr<10)
{
Lcd_Out(2, 6, ",");
Lcd_Out(2, 7, txt2);
Lcd_Out(2, 9, "mA");
}
else
{
Lcd_Out(2, 7, ",");
Lcd_Out(2, 8, txt2);
Lcd_Out(2, 10, "mA");
}
}
}

50
4. Concluzii
Pe parcursul realiz ării proiectului s -au tras următoarele concluzii :
Scopul proiectării circuitelor a fost acela de a aprofunda cunoștiințele adunate pe
parcusul aniilor de studiu.
Circuitele proiectate au avut o complexitate medie testand atât cunoștiintele dobândite
la discipline pentru elemente hardware cât și structuri software, discipline ca Programarea
calculatoarelor, Circuite integrate analogice, Arhitecturi numerice programabile.
Pentru viitoare înbunătățiri, proiectul va putea fi continuat atât de colegii din
promoțiile ulterioare cât și de mine ca și proiect de dizertație.
Contribuția mea la acest proiect este realizarea și gândirea circuitelor înbinate cu
module electronice intr -o schemă electronică ușor de citit.

51
5. BIBLIOGRAFIE
[DOI08] Doicaru E. Circuite electronic e fundamentale . Editura Universitaria, Craiova, 2008
[DOOM05] – Dicționarul ortografic, ortoepic și morfologic al limbii române , Editura Univers
Enciclopedic, București, 2005

52
6. REFERINTE WEB
[1]http://www.analog.com/media/en/technical -documentation/data -sheets/AD694.pdf
[2]http://ww1 .microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/39631E.pdf
[3]http://www.microchip.com/wwwproducts/en/PIC18F2520
[4]http://www.ti.com/lit/d s/symlink/ref102.pdf
[5]https://www.engineersgarage.com/sites/default/files/LCD%2016×2.pdf
[6]https://circuitdigest.com/article/16×2 -lcd-display -module -pinout -datasheet
[7]https://www.engineersgarage.com/electronic -components/16×2 -lcd-module -datasheet
[8]http://www.picaxe.com/docs/led008.pdf
[9]https://exploreembedded.com/wiki/LPC1768:_Lcd_4bit
[10]http://www.taoli.ece.ufl.edu/teaching/4744/labs/lab7/LCD_V1.pdf
[11]http://www.analog. com/media/en/technical -documentation/data –
sheets/OP07.pdf http://www.etti.tuiasi.ro/dce/data/curs12
[12]http://www.unibuc.ro/prof/dinca_m/miha -p-dinc-elec-manu –
stud/docs/2012/oct/29_20_09_12cap_15.pdf
[13]http:/ /elth.ucv.ro/student1/Cursuri/Electronica%20I%209%20iunie%202009/CURS/Cp.5_Amplifi
catoare%20operationale.pdf
[14]https://en.wikipedia.org/wiki/File:Op -Amp_Non -Inverting_A mplifier.svg
[15]https://www.eecs.tufts.edu/~dsculley/tutorial/opamps/opamps2.html
[16]http://www.scritub.com/tehnica -mecanica/Amplificatoare -diferentiale -cu1520151123.php
[17]http://andrei.clubcisco.ro/cursuri/f/f -sym/2eea/manual/EEA -27.pdf
[18] https://en.wikipedia.org/wiki/Mikroelektronika

53
7. CD / DVD

Autorul atașează în această anexă obligatorie, versiunea electronică a aplicației, a
acestei lucrări, precum și prezentarea finală a tezei.