Курсовая: Разработка цифрового таймера - текст курсовой. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Курсовая

Разработка цифрового таймера

Банк рефератов / Информатика, информационные технологии

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Курсовая работа
Язык курсовой: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 49 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникальной курсовой работы

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Содержание стр . Введение …………………………………………………………………………………………………… Гл 1. Анализ функций устройств выдержки времени ……………………… Гл 2. Разработка структурной схемы …………………………………… …………….. Гл 4. Разработка принципиальной схемы 4.1) Блоки предустановк и зн ачения выдержки………………………………………… . 4.2) Б локи отсчета выдержки ………………………………………….……………………….. 4.3) Блоки управления………………………………………………………… . ………………… .. 4.4) Генераторное оборудование ………………… …………………………………………… Список литературы …………… …………………………………………………………………… Введени е Электронные таймеры предназначены для установки интервалов времени, сигнализации и окончания отсчета, управл ения технологическими процессами в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. В данной работе был проведен анализ схемотехниче ских решений электронных таймеров, разработана структурная и принципи альная схемы цифрового таймера. По полученным в результате разработки с хемам был построен макет устройства и проведены его испытания, подтверд ившие работоспособность схемы. П ояснительная записка включает введение, пять тематических глав, заключ ение и список литературы. В каждой из глав рассмотрен отдельный этап раз работки. В главе 1 - “Анализ функций у стройств выдержки времени”, - рассматрива ется принцип действия цифровых и аналоговых устройств выдержки времен и(УВВ). В главе 2, - “Разрабо тка структурной схемы” - по результатам а нализа, была разработана структурная схема УВВ с диапазоном выдержек от 1 до 9999 условных интервалов времени. В главе 3 - “Хар актеристика применяемой элементной базы”- рассмотрены основные параметры применяемых элементов. В главе 4 – “Разработка принципи альной схемы” - для каждого блока структурной схемы был рассмотрен вариант реализации на ИМС серии К555, а та кже расчет конструктивных параметров печатной платы устройства. В главе 5 – “ Расчет источника питания” - приво дится расчет сетевого источника питания, включающий расчет стабилизат ора напряжения и сетевого трансформатора. В заключение приводится списо к литературы содержащий 11 источников. К расче тно-пояснительной записке прилагается четыре чертежа: · “ Ст руктурная схема” · “ Пр инципиальная схема” · “ Пе чатная плата” · “ Вр еменные диаграммы состояний индикаторов” Анализ функций устройств выдержки времени. ____________________________________________________________ Если проанализировать схемы различных вариан тов устройств выдержки времени (УВВ),то можно сделать вывод, что алгоритм действия устройств во всех случаях одинаковый. Устройст во формирует на выходе функцию, представленную на рис.1. Здесь по оси абсци сс отложено время t , а по ос и ординат – функция состояния устройства. Рис .1 Если не п ринимать во внимание детали то любое УВВ (в том числе и механическое) можн о представить в виде некоторого черного ящика имеющего один вход и один выход. На вход поступает некоторое внешнее воздействие X ( t ), а на выходе формируется функция S ( t ). Рис . Характер внешнего воздействия зависит от конструкции УВВ и в каждом конкретном с лучае может быть различным. Что касается выходной функции то она для люб ой конструкции УВВ имеет одну общую деталь – она принимает только два значения, причем в одном из них она может находиться только в течении строго определенного интервала времени T . Обозначим эти состояния как 0 и 1. Устройство находится в состоянии 0 (пассивное состояние) до тех пор пока на его вход не поступит какое либо внешнее воздействие X ( t ). После этого он о переходит в состояние 1 (активное состояние). По прошествии времени T устройство возвращается в с остояние 0. В неэлек трических УВВ работающих по такому принципу (например в механическом та ймере) активное и пассивное состояния могут проявляться в различных угл ах поворота управляющих рычагов, воздействующих на исполнительные мех анизмы. В электрических УВВ функция S ( t ) как правил о, проявляется в изменениях значений напряжения на выходе. В промышленности первые устройст ва выдержки времени появились и стали применяться еще в дотранзисторну ю эпоху как альтернатива механическим. Их преимущества перед последним и были очевидны – надежность, многофункциональность, простота и точнос ть. Для формирования функции S ( t ) был выбран про стой (а в то время и единственно приемлемый) принцип. Он заключался в заряд ке или разрядке конденсатора определенной емкости через достаточно бо льшое сопротивление. Для пояснения этого принципа рассмот рим цепь , состоящую из последовательно соединенных конденсатора и рези стора (рис. ). При подаче напряжения Е конденсатор начинает заряжаться . Напряжен ие на нем возрастает по экспоненциальному закону : Uc(t)=E(1-exp(-t/pt)) (1) где Uc ( t ) – напряжение на конд енсаторе в момент времени t , а pt =RC – постоянная времени. Напряжение на резисторе можно найти по формуле: Рис . 3 Ur(t)=E-Uc(t) (2) Как в идно из формулы (1), для того чтобы напряжение на конденсаторе достигло опр еделенного уровня U с1 необходимо некоторое время t в, определяемое по формуле: t в =R*C*ln(E/(E-Uc1)) (3) Из формулы (3) видно, что t в зависит от емкости конденсатора С, соп ротивления резистора R , напряжения Е и собственно от уровня Uc 1. Если сде лать один из этих параметров переменным, а остальные жестко стабилизиро вать, то можно получить устройство выдержки времени с переменным значен ием интервала Т, причем этот интервал будет однозначно зависеть от перем енного параметра. Чтобы получить из данной схемы практ ически применимое устройство, достаточно подключить параллельно конде нсатору какое либо пороговое устройство с двумя устойчивыми состояния ми, которое при достижении напряжением U с значения U с1 изменяло бы сво е состояние. Структурная схема одного из вари антов такого УВВ приведена на рис . Для формирования на выходе устро йства функции S ( t ) с двумя устойчивыми состояниями использу ется ключ SH 1 и контакты реле К1.1. Рассмотрим р аботу схемы. В исходном состоянии конденсатор С разряжен, ключ SH 1 разомкнут, напряжение на выходе р авно нулю, движок резистора R устанавливается в определенное, заранее известное положение, соответствующее интервалу времени Т. Пороговое устройство включает реле К1 в случае если н апряжение на выводах 1-2 становится больше некоторого значения Uc 1. При замыкании ключа SH 1 (внешнее воздействие) на выходе устройства появляется н апряжение U вых=Е. С этого м омента начинает заряжаться конденсатор С – начинается формирование и нтервала Т. По прошествии времени Т напряжение на конденсаторе достигне т уровня U с1 и пороговое ус тройство включит реле К1. Своими контактами К1.1 оно разомкнет выходную цеп ь и напряжение на выходе снова станет равным нулю ( U вых=0). В данном случае напряжения 0 и Е соответствуют пассивному и активному состоянию. В качестве по рогового устройства можно использовать какую либо ключевую схему. Конк ретный вариант этой схемы выбирают исходя из условия получения максима льно возможного входного сопротивления, чтобы исключить его влияние на процесс зарядки конденсатора. Во времена господства ламповой техники в качестве порогового устройства использовались тиратроны или газовые с табилитроны, а с развитием полупроводниковой электроники стали примен ять транзисторные ключи на полевых транзисторах. На пряжение с выхода устройства можно подать на какую либо нагрузку , например на лампу ф отоувеличителя . При всей очевидной простоте такого УВВ оно имеет ряд недостатков, которые стали о собенно сильно проявляться при ужесточении требований к точности зада ния и воспроизведения интервала Т. Как видно из схемы для задания значен ия Т используется способ поворота движка переменного резистора на опре деленный угол F . При этом п огрешность установки порядка одного градуса на однооборотном переменн ом резисторе практически не заметна. Но в тоже время такая погрешность, о собенно в высокоомных резисторах, соответствует погрешности установки сопротивления в несколько килоом. При длительных выдержках времени (пор ядка нескольких часов) это приведет к погрешности порядка одной минуты. К тому же очень трудно будет вновь установить эту же выдержку еще раз, есл и движок резистора по каким либо причинам окажется в другом положении. Другой причиной неточности является конденсатор, параметры которого (особенно у электролитического) нестаб ильны во времени. Эта нестабильность может привести к тому что разница м ежду интервалами выдержек в 1 час при первом и втором запуске УВВ состави т порядка 2-3 мин (данные для электролитического конденсатора). На конец , изменен ие напряжения питания также приводит к изменению длительности выдержки . Для снижения влияния этих причин приходилось использовать прецизи онные переменные резисторы , удорожавшие в несколько раз все уст ройство , приме нять специальн ые средства стабилизации напряжения питания и т . п . С развит ием цифровой техники, и в частности с появлением быстродействующих цифр овых счетчиков, появилась возможность существенно улучшить параметры УВВ путем пересмотра самого принципа работы. Согласно новому принципу п остроения УВВ в качестве интервала Т берется не время зарядки конденсат ора а время нескольких его перезарядок. Преимущества такого УВВ очевидн ы – резистор можно сделать постоянным и следовательно недорогим, а в ка честве конденсатора применить неэлектролитический, малой емкости. Нед остаток УВВ подобной конструкции – дискретная сетка выдержек времени – легко устраняется путем снижения времени одной перезарядки до значе ния порядка 10е-3 с и ниже (частота перезарядок >1 КГц). В качестве устройства, к оторое автоматически производит перезарядку конденсатора вполне есте ственно использовать RC -ге нератор. Структурная схема такого УВВ приведена на рис. Рис . Импульсы с генератора, период которых соответствует времени одной пере зарядки конденсатора, поступают на вход цифрового счетчика импульсов. С выхода счетчика число поступивших импульсов в двоичном коде подается н а устройство контроля (УК). Как только число импульсов достигнет заданно го значения, УК посылает сигнал на исполнительное устройство ИУ, которое производит какое либо действие. В реальных УВВ подобного типа устройст во контроля, помимо этого может осуществлять блокировку счетчика, остан овку генератора, включение сигнализации и т.п. Еще одно преимущество подобных УВВ состоит в том, что для повышения точн ости выдержки времени можно вообще отказаться от использования в генер аторе времязадающей RC-цепи и применить вместо нее более стабильные элем енты, например кварцевые резонаторы. Разработка структурной схемы _______________________________________________________________ Структурн ая схема устройства приведена на ри с . Рис . На схеме введены следующие обознач ения: Клав . – Клавиатура ; К – Ко дер клавиатуры ; РЗ – Регистр - защелка ; СВВ – Счетчик выдержки времени ; ПК – Преобразоват ель кода ; Инд - р . – Семисегментный индикатор ; ДН – Детектор нажатий ; СН – Счетчик нажатий ; ДПЗ – Дешифратор позиций загрузки ; СО – Схема обнуления ; СУ – Схема управления ; БУИУ – Блок управления исполнительным устройством ; ИУ – Исполнительн ое устройство ; ТГ – Тактовый генератор ; ДЧ – Делитель частоты ; СБ – Схема блокировки ; СУ – Сигнальн ое устройство . Рассмотрим работу устройства п ри начальном вводе значения выдержки. Для ввода выдержки используются к лавиши 0…9 клавиатуры. При нажатии на клавишу сигнал от нее поступает на ко дер клавиатуры (КК), который преобразует номер клавиши в инверсный двоич ный код. С кодера клавиатуры этот номер поступает на вход регистра– заще лки (РЗ). Он предназначен для фиксации номера нажатой клавиши на время, нео бходимое для записи в счетчик выдержки времени (СВВ), а также для исключен ия влияния “дребезга контактов” клавиатуры на работу устройства. Регистр - защелка фиксирует предварительно установленные н а его входах значения по команде со схемы управления ( СУ ). Число записей в сек унду зависит от частоты тактового генер атора . Оптимальное его значение составляе т 10-20. Сигнал с РЗ инвертируется и поступает на входы параллельной загрузки СВВ , а также на вход дет ектора нажатий ( ДН ). Детектор представляет собой элемент И с четырьмя входами . Если не нажата ни одна клавиша , то на выход е КК установлен код 0000. Эт от код записывается в РЗ , ин вертируется и поступает на ДН в виде 1111. В результате на выходе ДН устанавливается логическая единица . При нажатии на какую ли бо клавишу на выходе кодера клавиату ры установится значение , в котором будут присутствовать и нули и единиц ы . Это исключает возможность появления на входе ДН четырех единиц , и , следовательно , на выходе Д Н при любой нажатой клавише установится логический ноль . Такой способ распозна вания нажатых клавиш позволил упростить КК , отказавшись от специальной шины индикации нажат ий , и позволил применить РЗ на 4 бита . С выхода детектор а нажатий сигнал поступает на счетч ик нажатий ( СН ) и деш ифратор позиций записи ( ДПЗ ). Счетчик нажатий имеет три разряда . Два из них используются непосредственно для подс чета нажатий , а третий – для блокировки схемы управления после ввода всех цифр . Счетчик переключается из одного состояния в дру гое только после отпускания клавиши . Это позволяет более рационально использовать его разряды благодаря присвоению первому нажатию номера 00. Со счетчика нажати й число нажатых клавиш передается в двоичном коде на д ешифратор ДПЗ . Он преобразует это число в десятичное и , по сигналу от схемы управлени я , подает разрешающий сигнал на соотв етствующий сегмент СВВ . Разрешающий сигнал п одается на один из д вух стробирующих входов ДПЗ . На второ й стробирующий вход подается сигнал с выхода ДН . Это необ ходимо чтобы при ненажатых клавишах запрет ить загрузку в СВВ з начения 1111. Записанный в сегмен т СВВ двоично - десятичный номер нажатой клавиши поступает на де шифратор , который преобразует его в код семисегментного индикатора . Этот код пода ется на полупроводниковый индикатор , который высвечивает соо тветствующее число . После отпускания клав иши на вход детектора нажатий поступа ет код 1111, на его выхо де соотв етствен но происходит перепад 0 – 1 и счетчик нажатий переводится в следующее состо яние . После 4- го отпускания клавиши логичес кая единица устанавливается в третьем разряде СН . С этого разряда она подается на схему уп равления , блокируя ее работу и запрещая дальнейшую загрузку значений в СВВ , а также на блок управления исполнительными устройствами ( БУИУ ), разрешая запуск исполнительных устройств . Цикл ввода на этом заканчивается . При желании можно повторить ввод . Для этого на клавиатуре нажимают клавишу «Сбро с» . Сигнал от этой клавиши подается на схему обнуления , которая вырабатывает си гнал обнуления для РЗ , С ВВ и СН , переводя их в исходные состояния . Для запуска процесса формирова ния выдержки необходимо нажать на клавишу «Пуск» на клавиатуре. Сигнал с этой клавиши подается на вход БУИУ, который разрешает прохождение импу льсов с делителя частоты на вход СВВ. Первый же перепад 0 – 1 с выхода схемы блокировки прохождения импульсов через БУИУ включает исполнительное устройство. Начинается цикл формирования выдержки. Он продолжается до т ех пор пока на вход СВВ не поступит заданное количество импульсов N . При появлении на входе СВВ фонта импуль са с номером N +1 на БУИУ подается сиг нал окончания выдержки, который отключает исполнительное устройство. Н а этом интервал выдержки заканчивается. Как видно из приведенных вкладо к он может быть рассчитан по формуле: T = t и + t з свв – t з н где t и – длительность импульса на вход е СВВ, t зсв - задержка распространения в СВВ, t зн – задержка включени е нагрузка, обусловленная задержкой в БУИУ. Если минимальный интервал выдержки составляет 1с то п оследними двумя значениями можно пренебречь, т.к. их величины (порядка де сятков ns ) не будет вносить существенной погрешности . Помимо БУИУ сигнал окончания выдержки подается также на схему обнуления, которая пр иводит все устройство в исходное состояние, разрешая тем самым загрузку нового значения в СВВ. В заключении необходимо отметить , что процесс формирования выдержки времени в любой момент можно прервать путем нажати я на кнопку «Сброс» . Разработка принципиальной схемы Блок и предустановки значения выдержки ____________________________________________________________ 1) Клавиатур а Клавиатура , используемая в данной разрабо тке должна содерж ать не менее двенадц ати клавиш – клавиши для ввода цифр 0 … 9 и две функциональные клавиши – “сброс” и “пуск”. Ка к показал анализ различных конструктивных вариантов клавиатур, а также обзор промышленно выпускаемых клавиатур, наиболее приемлема конструкц ия фирмы “ TESLA ” типа GP -8213. Конструкция представляет собо й пластину из диэлектрического мате риала ( стеклотекстолит ) на которой методом химического трав ления выполнены контактные площ адки . Пример такой площадки пока зан на рисунке ( рис . ). Для замыкан ия между собой этих контактов используется резиновый диск , на который напылена тонк ая пленка электропроводящего мате риала . Диск приклеивается к резиновому основанию, которое исполняет роль пружины (рис. ). При нажатии на клавишу контактный диск пр ижимается к металлическим конт актным площадкам и замы кает их между собой . Как показали измерения , несмотря на то , что электропроводящий слой достаточно тонкий , сопротивление тако го контакта составляет примерно 60 Ом , что вполне приемлемо для управления циф ровыми микр осхемами ТТЛ ( ТТЛШ ). Схема соединения контактных площадок приведена на рис. Н. Одна из сторон каждого контакта клавиш 0…9 а также клавиши “пуск” соединя ется с источником питания +5В. Входная сторона клавиши “стоп” соединяетс я с нулевым проводом. Сопротивление рези стора R зависит от входного сопротивления коде ра клавиатуры , и будет определено дале е . Клавиатура укрепляется на передней панели устройства под окном цифров ого индикатора. 2) Кодер клавиатуры Как сказано выше , кодер клавиатуры должен обес печивать преобразование деся тичного кода в инверсный двои чный код . Среди микросхем сери и 155 (555) имеются микросхемы выполняющие функ цию перекодировки кода “ 1 из 10 ” в двоичный код . Одна ко эти микросхемы имеют оди н существенный недостаток – у них отсутствуют инве рсные выходы . Это не позволяет использовать их в данном кодере без прим енения дополнительных инве рторов . Поэтому было прин ято решение в качестве коде ра использовать составленную соответствующим о бразом дио дную матр ицу . Таблица истинности кодера п риведена в табл . , а принципиальная схема кодирования одного из входов ( ” 2 ” ) – на рис . Номер входа Выходной код 1 2 4 8 1 0 1 1 1 2 1 0 1 1 3 0 0 1 1 4 1 1 0 1 5 0 1 0 1 6 1 0 0 1 7 0 0 0 1 8 1 1 1 0 9 0 1 1 0 0 1 1 1 1 Рис . При подаче положительного напря жения на вход “2” диоды открываются и на выходе устанавливаются инверсны е логические уровни 1101, соответствующие числу два. Резисторы R 1- R 4 необходимы для надежного открывания д иодов, в случае если входное сопротивление регистра-защелки окажется сл ишком велико. Минимальное сопротивление этих резисторов выбирается и сходя из максимального допустимого тока через диоды. При этом учитывает ся то, что их сопротивление должно быть в 5-6 раз больше чем сопротивление о граничительного резистора в блоке клавиатуры. Максимальное сопротивление резисторов ограничивается м инимальным входным током логических элементов ТТЛШ, при котором входно й сигнал воспринимается как логический ноль. Это сопротивление рекомен дуется не более 3 кОм. Исходя из этого было выбрано сопротивление R 1- R 4 2,7 кОм, а сопротивление ограничительного резистора в клавиатуре – 470 Ом. 3) Регистр-защелка Регистр-защелка должен обеспечив ать запись входных значений по сигналу от СУ и выдачу этих значений в инв ерсном коде. Помимо этого он должен иметь вход обнуления. Количество раз рядов регистра должно быть не менее четырех. При всем многообразии возмо жные технических решений наиболее экономичным является использование в качестве РЗ микросхемы К555ТМ8, которая предназначена для построения пар аллельных регистров данных, запускаемых перепадами тактовых импульсов . Микросхема расположена в 16-контактном корпусе и содерж ит набор D -триггеров, имеющих общ ие входы синхронного сброса R и т актового запуска С._В микросхеме ТМ8 число триггеров четыре, у каждого ест ь прямые и инверсные выходы Q . Цок олевка микросхемы показана на рис. . Режимы работы триггеров микросхемы соответствуют табл. . Сброс всех триггеров в состояние Q н = 0 произ ойдет, когда на вход асинхронного сброса R будет подано напряжение низкого уровня. Входы C и D n при этом не действуют, их состояние безразлично. Информацию от параллельных входов данных D 1- D 4 можно загрузить в тригг еры микросхемы, если на вход R подат ь напряжение высокого уровня, а на тактовый вход С – положительный пере пад импульса. При этом предварительно установленные на каждом входе D напряжения высокого или низкого у ровня появятся на выходе Q . Микросхема К555ТМ8 потребляет ток 18 мА, максимальная тактовая частота сост авляет 35 МГц, время задержки распространения сигнала сброса – 28 ns . Р ис . Табл. Реж им работы вход Выход R C Dn Qn Qn Сброс 0 Х Х 0 1 Загрузка 1 1 0-1 1 1 0 Загрузка 0 1 0-1 0 0 1 4) Детектор наж атий Как было сказано выше , в качестве детектора нажа тий используется логический элемент И с четырьмя входами . Поск ольку в серии К 555 ест ь только элементы И– НЕ то придется ис пользовать допо лнительный инвертор . Наиболее целе сообразно в качестве ДН использовать микросхему К 555 ЛА 1 – два логических элем ента 4 И– НЕ . Схема ДН , пост роенная на этой микросхеме прив едена на рис . Один из элементов используется по своему прямому назначе ни ю , а второй выступает в качест ве детектора . Рис . Микросхема потребляет ток 2,2 мА. М аксимальная задержка распространения в одном ЛЭ – 15 ns . Цоколевка микросхемы показана на рис. Рис . 5) Дешифратор позиций загрузки Согласно структурной схеме дешифратор позиций загрузки на осн овании входного двухразрядного двоичного кода должен устанавливать ло гический ноль на одном из четырех выходов. Кроме того он должен иметь два инверсных входа стробирования, подключаемых к схеме управления и к дете ктору нажатий. Наиболее подходящим решением в данном случае является ис пользование в качестве ДПЗ одного из дешифраторов ИМС К555ИД4. Микросхема К155ИД4 (рис. ) — два дешифратора, принимающих двух разрядный код адрес а А0, А1. Деши фратор DC A имеет два входа раз решения: прямой Е а и инверсный Ё а , а дешифратор DC B — только инверс ные входы разрешения дешифра ции Е b . Рис . Если микросхема и спользуется как демультиплексор, дешифратор DC A может принимать по входа м Е а и Е а как прямой, так и инверсный адре сные коды. Состояния для обоих дешифра торов как при дешифрации кода А0, А1, так и при демультиплексировании по адресу А0, А1 сведены в табл. Табл . Микросхема К 555ИД 4 потребляет ток 10 мА . Время задержки распространения си гнала от адресного входа А к выходу Y со ставляет 32 ns , время распространения от входа разреше ния Е к выходу Y не превышает 30 ns для обоих вариантов и сполнения . Принципиальная схема ДПЗ п остроенного на К555ИД4 приведена на рис. Рис . На входы А0 и А1 подается двоично е число произведенных нажатий клавиш от счетчика нажатий, а на входы Е1 и Е 2 – сигналы разрешения от детектора нажатий и схемы управления. Выходы 0,1,2,3 подключаются к соответствующим разрядам счетчика выдержки времени. Блоки отсчета выде ржки _______________________________________________________ 1) Счетчик в ыдержки времени Сч етчик выдержки времени является одним из основных узлов данного устрой ства. Он предназначен для подсчета количества поступающих от задающего генератора импульсов. Принципиальная схема счетчика приведена на рис. С четчик работает в режиме вычитания – из заданного первоначально колич ества импульсов с приходом очередного импульса вычитается единица. Ког да счетчик полностью обнулится, на его выходе "<0" (МС DD 1) появляется логический ноль, который, возд ействуя на БУИУ, отключит нагрузку. Загрузка значений в счетчик производ ится параллельным способом, путем подачи соответствующего двоичного з начения на входы D 0 - D 4, и логического нуля на один из входов разре шения загрузки Е. Рис . Тактовые импульсы подаютс я на счетный вход +1 микросхемы DD 4. Б лок дешифраторов подключается к выводам 1-2-4-8 каждой из микросхем. Для построения счетчика была использована микросхема К555ИЕ6, что поз волило обойтись всего четырьмя микросхемами без каких либо дополнител ьных элементов. Цоколевка микросхемы показана на рис. Ри с . Микросхема представляет с обой реверсивный двоично-десятичный счетчик. Импульсные тактовые вход ы для счета на увеличение +1 (вывод 5) и на уменьшение -1 (вывод 4) в этой микро схеме раздельные. Состояние счетчика ме няется по положительным пере падам тактовых импульсов от низкого уровн я к высокому на каждом из этих тактовых входов. Для упрощения построени я счетчиков с числом разрядов, превышаю щих четыре, микросхема имеет выв оды окончания счета на увеличение (">9", вывод 12) и на уменьшение ("<0", вывод 13). От этих выводов берут ся тактовые сигнал ы переноса и заема для последующего и от предыдущего четырехразрядного счетчика. Дополнительной логики при последователь ном соединении этих счетчиков не требуется: выводы ">9" и "<0" предыду щей микросхемы присоединяю тся к выводам "+1" и "-1" последующей. По входа м разрешения параллельной загрузки РЕ и сброса R запрещается действие тактовой последовательности и да ются команды загрузки четырех разрядного кода в счетчик или его сброса. Если на вход "– 1" подает ся импульсный перепад от низкого уровня к высокому, от содержимого счетч ика вычитается 1. Аналогичный перепад, поданный на вход +1, увеличивает сче т на 1. Если для счета используется один из этих входов, на другом тактовом входе следует зафиксировать напряже ние высокого логического уровня. Первый триггер счетчика не может перек лючиться, если на его тактовом входе зафиксировано напряжение низкого у ровня. Во избежание ошибок менять направление счета следует в моменты, к огда запускающий тактовый импульс перешел на высокий уровень, т. е. во вре мя плоской вершины импульса. На выходах ">9" и "<0" нормальный уровень — высо кий. Если счет достиг максимума (цифра 9), с при ходом следующего так тового перепада от высокого уровня к низкому на вход +1 (более 9) на выходе ">9" появится напряже ние низкого уровня. После возврата напряжения на такто вом входе "+1" к высокому уровню, напряжение на выходе ">9" останется низким ещ е на время, соответствую щее двойной задержке переключения логического элемента ТТЛ. Аналогично на выходе "<0" появ ляется напряжение низкого уровня, если на вход "-1" пришел счетный перепад низкого уровня. Импу льсные перепады от выходов ">9" и "<0" служат, таким образом, как тактовые для по следующих входов "+1" и "-1" при конструиров ании счетчиков более высо кого порядка. Такие многокаскадные соединени я счетчиков ИЕ6 не полностью синхронные, поскольку на последующую микрос хему тактовый импульс передается с двойной задержкой переключения. Если на вход разрешения пара ллельной загрузки Е (вывод 11) по дать напряжение низкого уровня, то код, зафиксированный ранее на параллельных входах DO — D 3 (выводы 15, 1, 10 и 9), загружается в счетчик и появляется на его выходах QO — Q 3 (выводы 3, 2, 6 и 7) независимо от сигналов на тактовых входах. След овательно, операция параллельной за грузки — асинхронная. Параллельный запуск триг геров запрещается, если на вход сброса R (вывод 14) подано напряжение высокого уровня. На всех выходах Q установится низкий уровень. Если во в ремя (и после) операций сброса и загрузки придет тактовый перепад (от Н к В), микросхема примет его как счетный. Счетчики К555ИЕ6 потребляют ток 34 мА. Максимальная тактовая частота 25 МГц. Время задержки распростран ения сигнала от входа "+1" до выхода ">9" 26 ns , аналогичные задержки от входа Е до выхода Q 3 составл яют 40 ns . Время действия сигнала сб роса (от входа R до выходов Q ) 35 ns . На рис. , показана диаграмма рабо ты десятичного счетчика ИЕ6, где обозначены логические переходы сигнало в при счете на увеличе ние и уменьшение. Кольцевой счет возможен в предел ах 0...9, остальные шесть состояний триггерам запрещены. Составив опре деле нную комбинацию входных сигналов, по табл. можно выбрать один из четырех режимов работы счетчика ИЕ6. Счет на увеличение здесь закончится при вых одном коде ВННВ (9), на уменьшение — при НННН (0). Рис . Табл. 3) Блок индикации . Для индикации состояния СВВ были использованы семисегме нтные индикаторы типа АЛС324Б. Схема соединения индикаторов показана на р ис. Рис . При конструировании устройства индикаторы устанавливаются на передней панели, слева направо, начиная с HL 1. Стабисторы D 1 и D 2 сл ужат для предотвращения перегрузки преобразователя кода. Принцип их де йствия заключается в том что напряжение источника питания +5 V распределяется между тремя сопротивления ми нагрузки и сопротивлениями D 1 и D 2, сопротивлением сегмента индикат ора и сопротивлением транзисторного ключа микросхемы. Поскольку сумма рное падение напряжения на сегменте индикатора и ключа микросхемы не до лжно превышать 2 – 2,5 V (при этом ток ч ерез эти элементы будет в пределах допустимого), в большинстве подобных схем раньше использовался ограничительный резистор, который устанавли вался в разрыв провода между микросхемой и индикатором. При этом на кажд ый индикатор требовалось 7 таких резисторов. Установить один общий резистор мешала его линейность, из – за которой, например, цифра 1 светилась очень ярко, а цифра 8 была практич ески не видна. Использование нелинейных элементов (стабисторов) позвол ило решить эту проблему. Благодаря нелинейной ВАХ падение напряжения на них остается практически постоянным, независимо от количества горящих сегментов, и поэтому яркость всех цифр одинакова. Применение такой схемы питания индикаторов позволило отказаться от использования 28 резисторо в. 2) Преобразоват ель кода. Преобразователь кода предназначен для перевода двои чно – десятичного кода с выходов разрядов СВВ в код семисегментных инди каторов . Пр инципиальная схем а этого блока показана на рис . Рис . Он состоит из четырех специализированных микросхем этого КР514ИД1. На входы этих микросхем подается четырех разрядный двоично – десятичн ый код а выходы подключаются к соответствующим разрядам индикатора. Как видно из схемы для управления индикатором применяется статический мет од. Это позволило значительно упростить устройство индикации, хотя и пот ребовало использование большого количества соединительных линий. (28 шту к). Состояние выходов микросхемы КР514ИД1, сведены в таблицу. Блоки управления ________________________________________________________________ 1 ) Схема об нуления . Принципиальная схема блока обну ления приведена на рис. Она состоит из 2 логических элементов DD 1 и DD 2 м икросхемы К555ЛАЗ, причем элемент DD 2 и спользуется в качестве инвертора. Рассмотрим работу схемы. Рис . При первоначальном включении ус тройства конденсатор С 1 заряжается через резистор R 1 . При это м в течении некоторого времени (порядка 0,1 секунды), на входе 2 DD 1 присутствует логический ноль. В результат е на выходе этого элемента устанавливается (независимо от состояния вхо да 1) логическая единица. Она подается на входы R микросхем СВВ, в результате чего последний обнуляется. Эл емент DD 2 необходим, поскольку входы сброса СН, РЗ и БУПУ в отличие от аналогичных входов СВВ, инверсные. Клавиш а «Сброс» клавиатуры подключается параллельно конденсатору С 1 , а импульс сброса от СВВ подается вход 1. Это необход имо для того, чтобы время срабатывания схемы обнуления, которое складыва ется с временем выдержки, было минимальным и не оказывало на него сущест венного влияния . После обнуления на выходе “окончани е счета” СВВ и следовательно, на входе 1 DD 1 устанавливается логическая единица, если конденсатор С 1 заряжен а клавиша «Сброс» не нажата то схема перей дет в режим ожидания. На выходе “сброс СВВ” установится логический ноль разрешающий его работу. Конденсаторы С 2 и С 3 предназначены для предотвращения ложн ого срабатывания схемы из – за помех. Их емкость должны относиться межд у собой как (50 – 100) * С 3 = С 2 , а максимальная емкость С 2 выби рается так, чтобы время ее зарядки не оказывало заметного влияния на точ ность интервала выдержки. 2) Схема управления Принципиальная схема этого блок а приведена на рис. Он построен на одном из триггеров микросхемы К 555 ТМ 2 и трех логических элементах микросхемы К 555 ЛА 3. Ха рактеристики этих микросхем были даны выш е . Блок предназначен для синхронно го управления РЗ и ДПЗ. На вход “Тактовые импульсы” подаются импульсы с Т Г. Благодаря инвертору на элементе DD 1 триггер переключается по спаду импульса. Рис . Для блокировки работы блока и следовательно окончания загрузки чисел с клавиатуры используется вх од S триггера. 3) Испо лнительное устройство. Исполнительное устр ойство должно обеспечивать вклю чение нагрузки на врем я выдержки или по прошествии этог о времени . Принципиальная схем а этого блока представлена на рис . Рис . Светодио д HL 1 служит для индикации в ключения нагрузки. Помимо этого он, совместно с R 1 выполняет роль делителя напряжен ия. С выхода этого делителя через резистор R 2 напряжение подается на базу транзистора VT 1 и открывает его. Резистор R 2 ограничивает ток базы транзис тора и, тем самым, предотвращает его влияние на БУИУ. Его сопротивление не обходимо выбирать по возможности больше. В нашем случае оно было подобра но экспериментально и равно 10 кОм. В коллекторную цепь транзистора включ ается реле К1, которое своими контактами управляет нагрузкой. Диод VD 1 необходим для замыкания токов самоиндукции, возникающих в обмотке реле при запирании транзистора. Тем самым он предотвращает пробой транзистора, а также возникновение помех по цепи питания микросхем. Сопротивление резистора R 1 выбрано экспериментально, по прие млемой яркости свечения светодиода. 4) Бло к управления исполнительным устройством. Блок управле ния исполнительным устройством выполняет следующие функции: 1. включает исполнительное устро йство в начале интервала выдержки 2. выключает исполнительное устр ойство после окончания выдержки 3. отключает исполнительное устр ойство при нажатии на клавишу «Сброс» 4. воспринимает нажатие на клавиш у «Пуск» и подает сигнал управления на устройство блокировки. Принципиальная схема этого б лока приведена на рис. Рис . На тригг ере DD 1 построено устройст во управления схемой блокировки. Вход D триггера подключается к третьему разряду CH . После четырех нажатий клавиш сюда подается логический ноль, разрешающий запуск отсчета времени. К входу С подключается клавиша «Пуск» клавиатуры. Когда эта клавиша не нажата, на С установлен логический ноль благодаря резистору R 1. При нажатии на клавишу «Пуск» пер епад 0– 1 на входе С разрешает запись информации (нуля) на выход триггера и, следовательно разрешает прохождение импульсов делителя частоты к СВВ. Вход S подключается схеме обнуления параллельно входу обнуления СН. На элементах DD 1 – DD 5 собрано устройство контроля, управляющее нагрузкой. После включения устройства в сеть или нажатия на клавишу «Сброс» тригге р DD 5 устанавливается в нул евое состояние. На вход D п ри этом подается логическая единица. Эта единица также устанавливается и на одном из входов элемента DD 2, выполняющего в данном случае электронного ключа. После разбл окирования схемы блокировки первый перепад 0– 1 появившийся на ее выходе , пройдет через элементы DD 2, DD 3 и диод VD 2 на вход с триггера. Триггер перекл ючится в единичное состояние и подаст логическую единицу на исполнител ьное устройство. Логический ноль с его инверсного выхода поступит на DD 2 и запретит прохождение ч ерез него следующих импульсов. В этом состоянии устройство будет находи тся до окончания счета, либо до нажатия на клавишу “Сброс”. По окончании с чета логический ноль с соответствующего выхода СВВ поступит на входы эл емента DD 4, играющего роль и нвертора, и далее через VD 1, на вход С триггера. Логический ноль со входа D перепишется на выход триггера и отключит исполнител ьное устройство. Элементы VD 1, VD 2 и R 2 представляют собой простейший ло гический элемент ИЛИ. Их применение позволило отказаться от микросхемы с элементами ИЛИ и обойтись имеющимися лишними элементами микросхемы К 555ЛАЗ. Сопротивление резистора R 2 подобрано экспериментально и равняется 2,7 кОм. Характеристи ки использованных микросхем К555ТМ2 и К555ЛА3 приведены выше. Генераторное оборудование ________________________________________________________________ 1) Тактовый генератор Тактовый генератор является одним и з основных элементов цифрового т аймера . От точности у становки частоты этого г енератора зависит точность и нтервала выдержки . В цифровых таймерах применяют, как правило, высокостабильные кварцевые генераторы, которые устанавливают в специальные термостатирующие устр ойства, поддерживающие постоянную температуру окружающей среды. Точность воспроизведения заданного временного интервала зав исит также от частоты генератора. Чем она больше, тем больше коэффициент деления делителя частоты, и следовательно, тем больше делится значение п огрешности установки частоты. Кварцевые генераторы можно классифицировать по различным признакам. 1. По способам повышения стабильн ости частоты: - Простой без дополнительных элементов, предназн аченных для улучшения каких либо его параметров. - Термокомпенсированный кварцевый генератор, о тклонение частоты которого уменьшается с помощью специальной электри ческой цепи. - Термостатированные кварцевые генераторы , элементы электрической цепи которого полностью или частично помещены в термостат для уме ньшения влияни я окружающей среды . 2. По допустимой нестабильности част оты КГ можно разделить на 7 групп : - менее 0,001*10 -6 - (0,001… 0,01)*10 -6 - (0,01…0,1) *10 -6 - (0,1…1) *10 -6 - (1…10) *10 -6 - (10…100) *10 -6 Внутри каждой группы ста бильности могут быть различными. Целесообразно для унификации требований выбирать нестабильности по следующему ряду в одной группе: ±1; ±1,5; ±2; ±2,5; ±3; ±5; ±7,5 и ±10. Обычно в квар цевых генераторах за классификационную стабильность при нимают температурную стабильность частоты в рабочем интервале темпера тур. 3. По диапазону частот : - низкочастотн ые (1 — 1000 кГц ); - среднечастот ные (1 — 30 МГц ); - высокочастот ные ( выше 30 МГц ). 4. Элементной базе и способам конст руирования : - на дискретных элементах; - гибрид ные с резонатором ; - гибридные с пьезоэлементом ; - интегральные с пьезоэлементом ; - интегральные на пьезоэлементе Поскольк у конструирование кварцевых генераторов сложно и дорого, в макете тайме ра был использован простой RC генератор на логических элементах микросхемы К555ЛА3. Принципиальная схема этого генератора приведена на ри с. Сам гене ратор собран на элементах DD 1- DD 3. Он представля ет собой обычный несимметричный мультивибратор. Частота выходных импу льсов зависит от значений элементов C 1, R 1, R2 и вычисля ется по формуле F = 1/(3*(R1+R2)*C1) Элемент DD 4 используется в качестве буфера. Он предотвращает влияние нагр узки генератора на частоту. 2) Делитель частоты. Делитель частоты предназначен для получени я длительностей импульсов большей, чем длительность импульсов, вырабат ываемых генератором. Он позволяет применять генераторы импульсов высо кой частоты и тем самым значительно упрощает построение последних. К том у же применение делителя позволяет повысить точность воспроизведения заданного временного интервала, т.к. относительная погрешность установ им частоты тактового генератора делится на коэффициент деления делите ля К, т.е. уменьшается в К раз. Как было сказано в предыдущей главе, при постр оении макета использовался простейший тактовый генератор на частоту п орядка 10Гц. Это позволило также упростить и делитель частоты применив в н ем всего одну микросхему – двоично– десятичный счетчик К555ИЕ6. Принципиальная схема делителя представлена на рис . Рис . На вход “+1 ” микросхемы подаются импульсы с тактового генератора. Выход “8” подключ ается ко входу СВВ и БУПУ. Такая схема делителя позволила полностью искл ючить схему блокировки. Ее роль исполняет сам делитель. Как было сказано ранее, если на вход R подат ь логическую единицу то на выходах 1– 2– 4– 8 микросхемы установится логи ческий ноль независимо от состояний остальных входов. Это означает, что микросхема блокируется и не реагирует на импульсы, поступающие на вход “ +1”, т.е. не пропускает их. В реальных та ймерах делитель частоты строится, как правило на коэффициент деления К = 10 5 …10 7 . В сочетании с высокостабильным кварцевым генератором это позволяет получить очень точное значение выдержек. Например в электрон ных частотомерах интервал счета в 1 секунду получают путем деления часто ты кварцевого генератора 5 МГц на 5000000. 3) Устро йство сигнализации. Устройство сигнализации представляет собо й простейший генератор прямоугольных импульсов, к выходу которого подк лючен микротелефонный капсюль. Схема показана на рис. Рис . Сам гене ратор собран на элементах DD 1, DD 2. Для управлен ия подачей звуковых сигнала используется один из входов элемента DD 1. Включение генератора осуще ствляется подачей на этот вход логической единицы. Элемент DD 3 служит в качестве буферного. Он пр едотвращает влияние сопротивления капсюля на частоту генерации. Конде нсатор С3 предотвращает протекание постоянного тока через капсюль при о тсутствии генерации. Его емкость выбирается в пределах 0,01 – 0,1 мкФ, в завис имости от требуемой громкости и тональности звучания. Резистор R 1 выводит э лемент DD 1 в линейный усили тельный режим. Его значение для элементов ТТЛШ рекомендовано 220 Ом конден сатор С 1 создает положительную о братную связь, необходимую для самовозбуждения схемы. Частота автогене рации, как сказано выше, равняется F =1/(3* R 1 * C 1 ) При емкости конденсатора С 1 =1мкФ и сопротивлением R =220Ом частота генерации равняется F=1/(3*220*10 -6 )=1500 Гц Список литературы _____________________________ ______________________ 1. В.Л. Шило «Популярные цифровые мик росхемы» М. 1989 г 2. Н. Н. Васерин «Применение полупров одниковых индикаторов» М. 1991 г. 3. Ю. И. Степанов «Справочник по ЕСКД» К. 1975 г. 4. А. Уильямс «Применение интегральн ых схем» М. 1987 г. 5. С. А. Бирюков «Цифровые устройства на интегральных микросхемах» М. 1991 г.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
В жизни нет репетиций. Каждый момент - сплошная импровизация.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, курсовая по информатике и информационным технологиям "Разработка цифрового таймера", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru