Электронное пристрій рахунки і сортировки

Міністерство Російської Федерації за «атомною энергии.

Сіверський технологічний институт.

Томського політехнічного университета.

Кафедра ЭиАФУ.

Електронний пристрій рахунки і сортировки.

Пояснювальна записка.

ЭУ.200.600. ПЗ.

Керівник: Соловйов Ю.А.

«___"_____________200_г.

Студент: Пономарьов В.В.

«___"_____________200_г.

Северск 2002 г.

Завдання курсове проектування студентові Пономарёву В.В.

1. Тема проекту: Сортировочное пристрій, варіант № 24.

2. Термін здачі студентом закінченого проекту 20.12.2002 г.

3. Вихідні дані до проекту.

3.1. Пристрій харчується від однофазною промислової мережі змінного струму 220 У, частотою 50 Гц.

3.2. Пристрій має забезпечувати роботу при відхиленнях напруги що годує мережі від номінального не більше від плюс 10 до мінус 15%.

3.3. Пристрій призначено до роботи на закритих стаціонарних приміщеннях за нормальної температури навколишнього повітря на межах від плюс 5 до плюс 40 (С.

3.4. Пристрій має виробляти сортування предметів за трьома параметрами Х1, Х2, Х3 відповідно до програмою, заданої в таблиці 1.

Таблиця 1. Программа сортування |Номер набору |Х1 |Х2 |Х3 |Y | |0 |0 |0 |0 |0 | |1 |0 |0 |1 |0 | |2 |0 |1 |0 |0 | |3 |0 |1 |1 |1 | |4 |1 |0 |0 |1 | |5 |1 |0 |1 |0 | |6 |1 |1 |0 |1 | |7 |1 |1 |1 |0 |.

3.5. Пристрій має виробляти рахунок і відображення числа відсортованих предметів до значення N= 789.

3.6. Параметри граничних значень вхідних сигналів ФЛУ і точність порівняння наведені у таблиці 2.

Таблиця 2. Исходные дані. |Номер |Uд1min |Uд1max |Uд2min |Uд2max |Uд3min |Uд3max |Uср | |варіанта | | | | | | | | |24 |3,8 |9,3 |5,6 |8,7 |5,8 |7,3 |0,01 |.

3.7.Длительность сигналів управління виконавчими механізмами: ?имп1=19 (мс), ?имп2=19 (мс).

3.8.Принципиальная схема має забезпечити виконання всіх функцій, переказаних у п. 1.2 пособия.

Керівник .А. Соловйов «_______________200_г.

Завдання прийняв до исполнению.

Пономарьов В.В. «_______________200_г.

1. Загальні питання проектування 5.

1.1. Опис технологічного процесу 5.

1.2. Функції, що їх сортировочным пристроєм. 5.

1.3. Обгрунтування вибору блокової схеми СУ. 6.

2. Розробка формирователей логічних рівнів (ФЛУ). 8.

2.1. Розробка принципової схеми ФЛУ. 8.

2.2. Вибір типу компаратора. 11.

2.3. Розрахунок параметрів елементів принципової схеми. 12.

2.4. Визначення потужності і струму, споживаних ФЛУ. 16.

3. Проектування цифрового автомата. 18.

3.1. Мінімізація логічного функції автомата. 18.

3.2. Розробка принципової схеми автомата. 19.

3.3. Визначення потужності і струму, споживаних цифровим автоматом. 20.

4. Розробка двоично-десятичного лічильника. 21.

4.1. Обгрунтування і вибір типу інтегральної мікросхеми двоичнодесяткового лічильника. 21.

4.2. Проектування лічильника предметів на заданий число. 21.

4.3. Розробка дешифратора кінця рахунки. 22.

4.4. Розробка схеми установки лічильника у початковий (нульовий) стан 23.

4.5. Визначення потужності і струму, споживаних лічильником. 24.

5. Проектування схеми індикації в десяткової формі. 26.

5.1. Вибір типу дешифраторів і семисегментных індикаторів. 26.

5.2. Розробка принципової схеми індикації. 27.

5.3. Розрахунок потужності і струму, споживаних схемою індикації. 28.

6. Проектування схем управління виконавчими механізмами. 29.

6.1. Вибір типу інтегральної мікросхеми чекає мультивибратора. 29.

6.2. Розрахунок параметрів елементів времязадающих ланцюгів 29.

6.3. Розрахунок потужності і струму, споживаних схемою. 30.

7. Розробка джерела харчування. 31.

7.1. Визначення вихідних даних (кількість джерел напруги, необхідні величини напруг і струмів навантаження). 31.

7.2. Вибір схеми випрямлення та певного типу діодів. 31.

7.3. Розрахунок і вибір параметрів схеми згладжування пульсацій. 32.

7.4. Розробка принципової схеми стабілізаторів, розрахунок параметрів схеми і вибір типу застосовуваних елементів. 33.

8. Розробка і опис принципової схеми сортувального устрою. 34.

9. Укладання. 35.

10. Список літератури. 36.

Додаток 1 37.

Бистре розширення областей застосування електронних пристроїв одне з особливостей сучасного науково — технічного прогресу. Цей процес відбувається пов’язані з впровадженням інтегральних мікросхем в управляючі устрою. Застосування інтегральних мікросхем дозволило вдосконалити і створити нові методи проектування, конструктирования і виробництва радіоелектронної апаратури різного призначення. Використання цифровий мікроелектроніки у різноманітних галузях значно спростило контролю над різними процесами і підвищило якість випущених изделий.

1. Загальні питання проектирования.

1. Опис технологічного процесса.

Розглянемо технологічний процес сортування деяких предметів (виробів), представлений малюнку 1.

[pic].

Малюнок 1. Технологічна схема сортування предметов.

Виготовлені предмети з питателя П надходять на транспортну систему 1 і автоматично розподіляються (сортуються) по накопителям Н1 — Нn. Управління здійснюється з допомогою сортувальних пристроїв СУ1 — СУn, измеряющих деякі параметри предметів і які б виробляли сигнал управління на складування на велетенський нагромаджувач М при збігу набору певних значень параметрів предметів з заданим. При досягненні кількості відсортованих предметів заданому числу контейнер з отсортированными предметами видаляється з допомогою інший транспортної системи 2, забезпечуючи безперервність процесса.

Розробимо і розрахуємо основні елементи системи управління сортувального устройства.

2. Функції, що їх сортировочным устройством.

Кількісна оцінка кожного ознаки виробляється трьома аналоговими датчиками (Д1 — Д3), вихідний напруга яких має позитивну полярність змінюється від 0 до 10 В.

Оскільки одночасну оцінку параметрів трьох ознак забезпечити технічно складно, необхідно запровадити позиційний (шляховий) датчик Д4. Цифровим вихідний сигнал датчика Д4. одиничного рівня з’являється тоді, коли аналогові датчики Д1 — Д3 закінчили формування своїх вихідних сигналов.

Числова оцінка параметра ознаки здійснюється у цифровій формі. Цей ознака Х приймає одиничне значення, якщо вихідний напруга відповідного аналогового датчика перебуває у певній зоні, задаваемой двома пороговыми значеннями UДmin і UДmax:

1. [pic].

Програма сортування задається певної сукупністю цифрових наборів ознак Х1, Х2, Х3.

При збігу поточного набору ознак з заданим за програмою рахункове пристрій виробляє сигнал управління виконавчим механізмом (ИМ1) тривалістю (им1, що запускає процес складування відсортованої предмета на накопичувача Н1.

У процесі сортування необхідно вести рахунок і індикацію в десяткової формі числа відсортованих предметов.

При досягненні заданого числа N відсортованих предметів в накопичувачі формується сигнал певної тривалості (им2 управління виконавчим механізмом (ИМ2), видалення контейнера з предметами з нагромаджувача і заміни на порожній. У цьому лічильник повинен автоматично «обнулиться» і розпочати рахунок відсортованих предметів у наступному партии.

Необхідно передбачити автоматичне «обнуління» лічильника предметів під час подачі напруги харчування на сортировочное пристрій, а як і «обнуління» за командою обслуговуючого персоналу (ручне управление).

3. Обгрунтування вибору блокової схеми СУ.

На малюнку 2 представлена блокова схема сортувального устрою СУ, яка дає наочне уявлення про структуру СУ, внутрішніх зв’язках і работы.

[pic].

Малюнок 2. Блочная схема СУ.

Блок аналогових датчиків (БД) виробляє вимір трьох параметрів предметів в аналогової формі. Четвертий датчик Д4. видає сигнал готовності процесу виміру перетворилася на цифровий формі. Одиничному вихідному сигналу відповідає час, коли всі три ознаки блоком БД сформированы.

Процес перетворення аналогових сигналів виміру перетворилася на цифровий вид (Х1, Х2, Х3) здійснює блок формирователей логічних рівнів ФЛУ.

Цифровим (програмний) автомат (ЦА) працює за жорсткої програмі, задаваемой таблицею істинності. При збігу поточної сукупності вимірюваних параметрів із заданої видається вихідний сигнал ЦА, використовуваний для рахунки і включення виконавчого механізму після формування певної тривалості (им1 ждущим мультивибратором (ЖМ1). Рахунок кількості відсортованих предметів ведеться десятковими лічильниками Сч100 — Сч1. Візуальна індикація числа предметів виробляється семисегментными індикаторами И100 — И1 в десятковому вигляді. Для перетворення стану лічильника (Сч) з двоичного коду в код, необхідний управління індикаторами И100 — И1, використовуються спеціальні дешифраторы DC100 — DC1.

Дешифратор DC2 визначає момент досягнення заданого кількості відсортованих предметів. Ждущим мультивибратором ЖМ2 формується сигнал управління тривалістю (им2 другим виконавчим механізмом і контейнер з предметами видаляється з нагромаджувача. У цій ж сигналу лічильник автоматично «обнуляется». Установка лічильника Сч100 — Сч1 в нульовий вихідне стан то, можливо зроблена вручну оператором шляхом комутації кнопки P. S. Сигнал установки лічильника у початковий стан виробляється схемою формування (СФ1).

Харчування СУ виробляється від мережі однофазного напруги 220 В, частотою 50 Гц. З допомогою понижувального трансформатора ТV отримують джерело струму з потрібним напругою. VD — блок выпрямителей, СП — блок стабілізаторів напряжения.

У VD виробляється перетворення змінного струму постійно і фільтрація отриманих нестабилизированных напряжений.

Блок СП забезпечує харчування електронних схем СУ стабилизированными напругами Uп. При підключенні СУ до що годує мережі передбачено автоматичне «обнуління» лічильника з допомогою схеми формування (СФ2).

2. Розробка формирователей логічних рівнів (ФЛУ).

1. Розробка принципової схеми ФЛУ.

ФЛУ призначені для перетворення аналогового сигналу датчиків ознак (UД1, UД2, UД3) у цифровій сигнал. У цьому має виконати умова: цифровий сигнал ознак (Х1, Х2, Х3) приймає «одиничне» значення, если:

2. [pic].

Реалізуємо це завдання використавши два компаратора, формують вихідні сигнали Х1(, Х1(відповідно до умовою (2). Діаграма роботи компараторов представлена малюнку 3.

[pic].

Малюнок 3. Диаграмма роботи компараторов.

Розглянемо роботу компараторов на одне каналу перетворення аналогового сигналу першого датчика UД1 у цифровій Х1.

На діаграмі (малюнок 3) представлені залежності вихідних сигналів компараторов Х1(і Х1(від величини вхідного сигналу датчика ознак UД1. При напрузі датчика:

[pic]; при [pic]. Принципова схема, реалізує діаграму (малюнок 3) і завдання граничних рівнів UД1min і UД1max, представлена малюнку 4. [pic].

Малюнок 4. Принципиальная схема ФЛУ.

Інтегральний компаратор DA1.1 формує цифровий сигнал Х1(, а DA1.2 — Х1(. З виходу дільника R1, R2, R3 задається граничний рівень, рівний напрузі UД1min, і з виходу дільника R4, R5, R6 — UД1max. Схема (малюнок 4) доповнена логічним пристроєм DD1.1, стан що його залежність від UД1 наведено в таблиці 3.

Таблиця 3. Состояния логічного устрою DD1 |UД1 |Х1(|Х1(|Х1 | |UД1 (UД1min |0 |1 |0 | |UД1min (UД1 (UД1max |1 |1 |1 | |UД1 (UД1max |1 |0 |0 | | |0 |0 |(|.

Логічний функція Х1не визначено на наборі Х1(=0, Х1(=0, оскільки логічна функція технологічно може бути задана. Тому, за формалізації у цьому наборі Х1 може взяти будь-яке значення 0 чи 1. У тому випадку доцільним є нульовий значення функції Х1 на наборі Х1(=0, Х1(=0. Остаточний вид таблиці стану функції Х1 дано в таблиці 4.

Таблиця 4. Таблица істинності функції Х1 |Х1(|Х1(|Х1 | |0 |0 |0 | |0 |1 |0 | |1 |0 |0 | |1 |1 |1 |.

На инвертирующий вхід компаратора DA1.1 із виходу потенциометра R2 (малюнок 4) подається граничний рівень UД1min, і з виходу R6 — UД1max на не инвертирующий вхід DA1.2. Оскільки аналоговий сигнал датчика ознак Uд позитивної полярності, те й опорне напруга (Uоп) вибираємо позитивної полярности.

Вибір величини Uоп визначається найбільшим значенням напруг UД1max, UД2max, UД3max, у разі 9,3 У. Умовою вибору величини напруги Uоп визначимо його перевищення на 10 — 20% щодо найбільшого значення з UД1max, UД2max, UД3max, получаем:

[pic].

Схеми формування логічних сигналів Х2 і Х3 аналогічні схемою малюнку 4. У цьому параметри резисторів R1, R2, R3 і R4, R5, R6 будуть пораховані відповідно до заданими значеннями UД2min, UД2max, UД3min, UД3max.

Логічне пристрій (малюнок 4), реалізує функцію (2), виконано на логічному елементі 3И (DD1.1). На третій вхід подається вихід датчика Д4, одиничне значення дозволяє формування логічного сигналу Х1. Остаточно, таблиця стану для логічного елемента DD1 має вигляд таблиці 5.

Таблиця 5. Состояние DD1. |Х1(|Х1(|Д4 |Х1 | |0 |0 |0 |0 | |0 |1 |0 |0 | |1 |0 |0 |0 | |1 |1 |0 |0 | |0 |0 |1 |0 | |0 |1 |1 |0 | |1 |0 |1 |0 | |1 |1 |1 |1 |.

Розглянемо роботу схеми (малюнок 4).

При Uд (Uдmin, позитивний граничний рівень Uдmin на инвертирующем вході DA1 визначає нульової рівень виходу Х1(. На не инвертирующем вході DA1.2 діє позитивне напруга Uдmax і виході Х1(формується одиничний уровень.

При Uд? Uдmin, вихід компаратора DA1.1 переключається на високий рівень, а вихід компаратора DA1.2 залишається попередньому високому уровне.

При Uд = Uдmax вихід компаратора DА1.1 залишається без зміни вищому рівні, а вихід компаратора DA1.2 переключається на нульової рівень. При Uд (Uдmax стан компараторов не изменяется.

Формування вихідного логічного сигналу ознаки Х1 проводиться у разі високого рівня сигналу датчика Д4.

Якщо Д4 = 1 і Uдmin (Uд (Uдmax, то Х = 1; якщо Д4 = 1 і Uд (Uдmin чи Uд (Uдmax, то Х = 0.

Формування логічних рівнів Х2, Х3 здійснюється аналогічно описаного вище для Х1.

2. Вибір типу компаратора.

Розрахунок схеми зводиться у виборі типу компаратора та визначенням параметрів резисторів R1, R2, R3, R4, R5, R6, R19, R20.

У основу розрахунку прийнято 2 условия:

1. Мінімальна вплив вхідних струмів Iвх компаратора.

2. Мінімальна вплив величини напруги усунення Uсм формування вихідного сигналу (на точність работы).

Перше вимагає рівності еквівалентних опорів, подключаемых до инвертирующему і инвертирующему входам компаратора:

3. [pic], [pic].

Умова (3) призводить до необхідності включення додаткових резисторів R19 і R20 на відповідні входи компараторов DA1.1 і DA1.2.

Друге умова обмежує величину еквівалентних опорів, подключаемых до входам компаратора:

4. [pic], где:

Uсм — напруга усунення обраного компаратора,.

Iвх — вхідний струм обраного компаратора.

Визначимо точніше умова (4). Вважатимемо, що зниження еквівалентного опору відношення до значенням Uсм/Iвх значно, є достатнім. Тоді умова (4) матиме вид:

5. [pic].

У цьому слід враховувати, що Uсм на точність цілком можливо. Зведено до мінімуму вплив вхідних струмів Iвх виконанням умов (3) і (4).

При виборі типу компаратора врахуємо два становища: а) можливість формування вихідного цифрового сигналу, відповідного стандартному рівню КМОП серії логічних елементів, б) чисельна значення напруги усунення Uсм, наведене в довідкових данных.

Якщо напруга Uсм велике, необхідно застосувати додаткову схему балансування, подключаемую до додатковим висновків NC компаратора в відповідність до рекомендацією, наведеній у літературі. Напруга Uсм вважатимемо великим, если:

6. [pic].

А маємо следующее:[pic][pic] це основна умова виконується при исползовании компаратора К597СА3. Параметры UСМ = 0,005 В, IВХ = 0,25мкА.

3. Розрахунок параметрів елементів принципової схемы.

При розрахунку опорів резисторів делителей, котрі задають необхідні пороговими значеннями напруг, визначимо струм, протекающий через дільник. Розглянемо дільник напруги R1, R2, R3 для завдання порогового рівня UД1min (малюнок 5). Дільник напруги необхідно спроектувати так, щоб із виходу R2 можна давалися UД1min під час виборів стандартних (по ГОСТ) значень опорів резисторів R1, R2, R3. Завдання розрахунку істотно спрощується, якщо вибрати струм дільника R1, R2, R3 — Iд, що перевищує вхідний струм компаратора Iвх.

Если.

7. [pic], то вхідний струм компаратора годі й враховувати під час розрахунку опорів резисторов.

Для точної установки напруги порогового рівня використовується регулювальний резистор R2. віссю потенциометра можна плавно змінити величину порогового напруги не більше від 0,9UД1min до 1,1UД1min.

[pic].

Малюнок 5. Схема делителя.

Для визначення струму дільника (Iд). необхідно скористатися формулою (3) з урахуванням висловлювання (5) :

8. [pic],.

9. [pic],.

10. [pic],.

11. [pic].

З урахуванням формул (9), (10), (11) перетворимо співвідношення (8) і уявімо в виде:

12. [pic].

З рівняння (12) визначимо невідомий струм дільника Iд:

13. [pic].

Струм дільника R4, R5, R6 буде визначено аналогічно вираженню (13):

14. [pic].

Підставляючи в висловлювання (13) і (14) паспортні значення компаратора К597СА3, Uсм= 0,005 У, Iвх= 0,25мкА і вихідні дані напруг датчиків Д1, Д2, Д3, получим:

[pic].

[pic].

[pic].

[pic].

[pic].

[pic].

Перевіряючи умова [pic] бачимо, що вхідним струмом компаратора можна знехтувати через малої величини, користуючись лише струмом дільника IД розрахуємо опору резисторів дільника для датчика Д1:

15. [pic],.

16. [pic],.

17. [pic],.

[pic].

[pic].

[pic].

18. [pic],.

19. [pic],.

20. [pic],.

[pic].

[pic].

[pic] де: R1p, R2p, R3p, R4p, R5p, R6p — розрахункові опору резисторов.

Далі за ГОСТ вибираємо номінали опорів резисторів R1 R2, R3, R4, R5, R6 по условию:

R1 (R1p, R2 (R2p, R3 (R3p, R4 (R4p, R5 (R5p, R6 (R6p, тобто з низки стандартних значень вибирається однакову найближче чи менше значение.

З урахуванням гостированных номіналів резисторів розрахуємо струм делителей:

21. [pic].

22. [pic].

[pic].

[pic].

Далі робимо перевірку можливості установки необхідного напруги на резисторах R2 і R5:

23. [pic].

24. [pic].

[pic].

[pic].

З резисторами, обраними по ГОСТ зможемо забезпечити необхідні напруги на входах компаратора.

За формулою 3 розрахуємо опір еквівалентних резисторов:

[pic],.

[pic].

Розрахунок резисторів для датчиків Д2 — Д3 проводиться аналогічно описаного выше.

Проводячи аналогічні обчислення для резистивных делителей датчиків Д2 і Д3 з тим самим компаратором К597СА3 расчитаем опору резисторов: R7 — R18 і R21 — R24.

R7=3900 (OM), R8=750 (OM), R9=3300 (OM), R10=2000 (OM),.

R11=1300 (OM), R12=6200 (OM), R13=3600 (OM), R14=750 (OM),.

R15=3300 (OM), R16=2700 (OM), R17=1000 (OM), R18=4300 (OM),.

R21=2000 (OM), R22=2000 (OM), R23=2000 (OM), R24=2000 (OM),.

4. Визначення потужності і струму, споживаних ФЛУ.

Розрахуємо рассеиваемую потужність резисторів з прикладу формирователя логічного рівня на першому датчика:

25. [pic], [pic], [pic],.

26. [pic], [pic], [pic]. де: [pic], [pic], [pic], [pic], [pic], [pic] - розрахункові значення рассеиваемых мощностей.

[pic] - уточнену значення струму дільника після вибору резисторів по ГОСТ.

[pic].

[pic],.

[pic],.

[pic],.

[pic],.

[pic].

Номінальне значення розсіюваною потужності PHR має не меншим расчетной:

27. [pic].

Аналогічно прорахувавши потужності резисторів делителей датчиків Д2 — Д3, визначимо сумарне споживання потужності резистивных делителей датчиков:

[pic].

[pic].

[pic].

[pic].

[pic].

Струм споживання одного корпусу мікросхеми компаратора дорівнює 3,6 мАЛО, в нашому випадку 3 корпусу. Потужність споживання мікросхеми виконує функцію 3И-НЕ (К564ЛА9) дорівнює 20 мВт за кожен логічний елемент. Загальна споживана потужність ФЛУ дорівнюватиме сумі всіх позначених нижче мощностей:

28. [pic].

Где:

[pic].

[pic] - струм споживаний мікросхемою від двухполярного питания.

[pic].

[pic].

[pic].

3. Проектування цифрового автомата.

1. Мінімізація логічного функції автомата.

Завдання у цифровій техніці, зазвичай, формуються як таблиць істинності. Рішення завдання зводиться до пошуку аналітичного висловлювання логічного функції, яке б цієї таблиці. У цьому завданню програма сортування заданна наступній таблицею истинности:

Таблиця 6. Программа сортування. |Номер набору |Х1 |Х2 |Х3 |Y | |0 |0 |0 |0 |0 | |1 |0 |0 |1 |0 | |2 |0 |1 |0 |0 | |3 |0 |1 |1 |1 | |4 |1 |0 |0 |1 | |5 |1 |0 |1 |0 | |6 |1 |1 |0 |1 | |7 |1 |1 |1 |0 |.

У таблиці істинності виділимо рядки, у яких вихідна змінна Y приймає значення 1. Для кожного рядка таблиці складаємо конъюнктивный терм (контерм) — логічне помноження всіх вхідних змінних. Причому записують множене у прямому вигляді - Xi, якщо розглянута змінна дорівнює «1», інакше записують їх у інверсному вигляді - [pic]i. Таким чином складаємо стільки висловів, скільки є рядків з Y=1;

Записуючи логічний суму всіх знайдених контермов, отримуємо потрібну функцію в диз’юнктивної форме.

Відповідно до таблицею істинності (таблиця 6) в рядках 3, 4, 6 функція Y=1. Контермы кожної з рядків мають такий вигляд: а) рядок 3 — [pic]; б) рядок 4 — [pic]; в) рядок 6 — [pic].

Бажана функція записується як логічного суми конъюнктивных термов:

29. [pic] или.

30. [pic].

Перетворимо вираз (30) за правилами алгебри логіки. Відповідно до дистрибутивным законом:

31. [pic].

Логічний схема, яка за вираженню (31), приведено малюнку 6.

[pic].

Малюнок 6. Схема функціональна логічного устройства.

2. Розробка принципової схеми автомата.

У КМОП — серії, логічних елементів Не випускають, та й доцільно найповніше використовувати елементи однієї мікросхеми, оскільки збільшення числа корпусів мікросхем веде до підвищення споживаної потужності всієї схеми і вартості. Тому логічне вираз (31) перетворимо з допомогою теореми Де Моргана:

32. [pic].

У зв’язку з необхідністю застосування елемента 3И-НЕ, у схемі скидання счётчиков, і з метою зменшення кількості корпусів мікросхем як і слідство зменшення енергоспоживання, доцільно вживати такі ж елементи (3И-НЕ) у схемі ФЛУ+ЦА. Тому функцію (32) реалізується на 3-х елементах 3-И-НЕ і двох инверторах. Функціональна схема приведено на малюнку 7.

[pic].

Малюнок 7. Схема цифрового автомата.

3. Визначення потужності і струму, споживаних цифровим автоматом.

Потужність споживання мікросхеми DD3 (К561ЛА9) дорівнює 20мВт за кожен логічний елемент. Врахуємо споживання потужності інверторів применённых в ФЛУ і виконаних на мікросхемі DD2 (К561ЛА9).

33. [pic].

4. Розробка двоично-десятичного счетчика.

1. Обгрунтування і вибір типу інтегральної мікросхеми двоичнодесяткового счетчика.

У інтегральному виконанні випускаються асинхронні і синхронні імпульсні лічильники. По способу кодування внутрішніх станів зазначені лічильники діляться на двоичные, двоично-десятичные (декадные) та інших. Крім того, слід розрізняти суммирующие (UP — counter), вычитающие (Down-counter) і реверсивні (Up — down — counter) счетчики.

Аби вирішити поставленого завдання доцільно використовувати синхронні двоично-десятичные лічильники в інтегральному виконанні. Можливий вибір реверсивного, хоча до простого рахунки предметів достатнім є використання підсумовуючого. Спільним недоліком асинхронних імпульсних лічильників є послідовне спрацьовування тригерів, отже, велике час реакцію що поступив вхідний сигнал. Перемикання тригерів в синхронних лічильниках відбувається одночасно у перебігу часу затримки поширення. Остання обставина виключає поява перешкод (сигналів малої тривалості і нестандартній амплітуди) особливо у виході дешифраторів, фіксують досягнення лічильником певного состояния.

Для рахунку предметів у разі й у узгодження корпусів мікросхем по входам, виділимо з КМОП — серії реверсивний ніжний лічильник 561ИЕ14. На малюнку 8 наведено УГО мікросхем К564ИЕ14.

[pic].

Малюнок 8. УГО мікросхем К564ИЕ14.

D0, D1, D2, D3 — інформаційні входи; Q0, Q1, Q2, Q3 — виходи; L — вхід записи інформації, встановленої на входах D0, D1, D2, D3 шляхом подачі високого рівня напруги; Р0 — дозвіл рахунки за нижчого рівня сигналу; З — тактовий (лічильний) вхід; U — високого рівня суммирующий режим, за нижчого рівня напруги вычитающий режим роботи; ML — високий рівень сигналу на вході визначає рахунок у двоичном форматі, за низького рахунок ведеться в двоично-десятичном форматі; Р4 — вихід кінця рахунки (переполнение).

2. Проектування лічильника предметів на заданий число.

На малюнку 9 показано схема сполуки трьох мікросхем в швидкий синхронний 12-разрядный лічильник до максимального десяткового числа 999.

[pic].

Малюнок 9. Схема сполуки трьох микросхем.

На вхід Р0 (висновок 5) мікросхеми DD1 подається низький рівень, постійно дозволяючи рахунок. Декада DD1 є молодшої (одиниць), декада DD3 — старшої (сотень). По входу 1 відбувається рахунок імпульсів із виходу ЦА. Сигналом високого рівня по входу 2 лічильник скидається — «обнуляется». бо в все інформаційні входи D0, D1, D2, D3 подано «нулі». Низький рівень на вході ML визначає рахунок в десяткової формі, Високий рівень на вході U задає суммирующий режим.

3. Розробка дешифратора кінця счета.

Програма сортування предметів повинна подати сигнал під час досягнення в контейнері предметів у кількості 789 прим. Розробимо дешифратора для закінчення рахунку. Рахунок ведеться в десяткової формі, складемо таблицю істинності для виходів счётчика що був малюнку 9:

Таблиця 7. Таблица істинності дешифратора кінця рахунку | |Одиниці |Десятки |Сотні |Y1 |Y10 |Y100 | |0 |0 |0 |1 | |0 |0 |1 |1 | |0 |1 |0 |1 | |0 |1 |1 |1 | |1 |0 |0 |1 | |1 |0 |1 |1 | |1 |1 |0 |1 | |1 |1 |1 |0 |.

4. Визначення потужності і струму, споживаних счетчиком.

Потужність споживана схемою двоично — десяткового счётчика (PСЧ) буде визначатися сумою споживаних потужностей схеми рахунку (P1), дешифратора (P2)и схемою скасування (P3).

34. [pic].

[pic],.

[pic],.

35. [pic].

Потужність резисторів R26 R27рассчитаем за такою формулою (38):

36. [pic],.

[pic],.

[pic].

Произведём добір потужностей резисторів R26 і R27 по ГОСТ з учётом,.

[pic],.

[pic].

Потужність R26=0,5 Вт, R27=0,125 Вт.

Елемент DD3.3 (3И — НЕ) входить до складу мікросхеми К561ЛА9 применённой в схемою ФЛУ і ємність такого елемента вже враховано. З цього випливає, що потужність споживана схемою скасування визначатиметься лише потужністю споживаної резисторами R26 і R27:

[pic],.

[pic].

5. Проектування схеми індикації в десяткової форме.

1. Вибір типу дешифраторів і семисегментных индикаторов.

Як індикаторних пристроїв найбільше застосування знаходять напівпровідникові і рідкокристалічні семисегментные індикатори (рисунок12).

При пропущенні прямого струму через світлодіод смужка (сегмент) починає випромінювати світло червоного, зеленого чи жовто-зеленого кольору. Певне поєднання світних сегментів индицирует цифру чи букву і за застосуванні спеціальних дешифраторів з’являється можливість виведення цифровий і буквеної інформації, що відбиває стан управляючих і обчислювальних устройств.

[pic].

Малюнок 12. УГО семисегментного індикатора АЛС321А.

Найбільш удобочитаемым, є індикатор АЛС321А із загальним катодом. Висота знака від цього індикатора 7,5 мм, колір світіння жёлто-зелёный.Ток споживання кожного сегмента дорівнює 0,02 (А), напруга харчування одного сегмента 3,6 (В).

Спеціальні дешифраторы призначені для перетворення двоичного коду в семисегментный код та управління напівпровідниковими семисегментными і рідкокристалічними індикаторами. Розглянемо дешифратор К176ИД2 (малюнок 13).

[pic].

Малюнок 13. УГО дешифратора К176ИД2.

Входи D0 — D3 інформаційні входи, a-g — виходи семисегментный індикатор. При подачі на вхід P. S високого рівня — дозвіл перетворення двоичного коду в семисегментный код, під час подачі низького рівня — «защёлка». Високий рівень на вході М визначає підключення семисегментного індикатора із загальним анодом, низький рівень — із загальним катодом. За наявності «одиниці» на вході До все сегменти індикатора гаснуть, низький рівень дозволяє індикацію. Таблиця істинності дешифратора представленій у таблиці 9.

Таблиця 9. Таблиця істинності дешифратора К176ИД2 | | |Резисторы | | | | |R1 |5,6 кОм ± 5% МЛТ — 0,125 |1 | | | |R2 |560 Ом СП5−16ВВ-0,125 |1 | | | |R3 |2,4 кОм ± 5% МЛТ — 0,125 |1 | | | |R4, R5 |1,6 кОм ± 5% МЛТ — 0,125 |2 | | | |R6 |7,5 кОм ± 5% МЛТ — 0,125 |1 | | | |R7 |3,9 кОм ± 5% МЛТ — 0,125 |1 | | | |R8, R14 |750 Ом СП5−16ВВ-0,125 |2 | | | |R9, R15 |3,3 кОм ± 5% МЛТ — 0,125 |2 | | | |R10, |2 кОм ± 5% МЛТ — 0,125 |7 | | | |R19…R24 | | | | | |R11 |1,3 кОм СП5−16ВВ-0,125 |1 | | | |R12 |6,2 кОм ± 5% МЛТ — 0,125 |1 | | | |R13 |3,6 кОм ± 5% МЛТ — 0,125 |1 | | | |R16 |2,7 кОм ± 5% МЛТ — 0,125 |1 | | | |R17 |1 Ом СП5−16ВВ-0,125 |1 | | | |R18 |4,3 кОм ± 5% МЛТ — 0,125 |1 | | | |R25, R28 |180 кОм ± 5% МЛТ — 0,125 |2 | | | |R26 |510 Ом СП5−16ВВ-0,125 |1 | | | |R27 |4,7 кОм ± 5% МЛТ — 0,125 |1 | | | |R29…R49 |240 Ом ± 5% МЛТ — 0,125 |21 | | | | | | | | | | |Конденсатори | | | | |С1, С2 |560 мкФ К53−22−100 В ±5%-В |2 | | | |С3, С4 |510 мкФ К53−22−100 В ±5%-В |2 | | | |С5, С6, С7 |0,2 мкФ К53−22−100 В ±5%-В |3 | | | | | | | | | | |Мікросхеми | | | | |DA1…DA3 |KP597CA3 |3 | | | |DA4 |КР142ЕН8Б |1 | | | |DA5 |КР1168ЕН2А |1 | | | |DA6 |KP564АГ1 |1 | | | |DD1, DD2 |K561ЛA9 |2 | | | |DD3 |К564ЛА7 |1 | | | |DD6 |K176ЛИ1 |1 | | | |DD5, DD8, |K564ИЕ14 |3 | | | |DD10 | | | | | |DD4, DD7, |K176ИД2 |3 | | | |DD9 | | | |.

Закінчення таблиці 10 |Зон|Поз. |М чи м е зв про в, а зв і е |Паля. |Примітка | |а |позначення | | | | | | |Індикатори | | | | |HG1…HG3 |АЛС321А |3 | | | | | | | | | | |Діоди | | | | |VD1 |КЦ405А |1 | | | | | | | | | |S1 |Кнопко ПКн41 |1 | | | |S2 |Кнопко КМ1−1 |1 | | | | | | | |.