Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Інститут комп’ютерних технологій, автоматики та метрології
Факультет:
Комп’ютеризовані системи
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2009
Тип роботи:
Інструкція до лабораторної роботи
Предмет:
Елементи дискретних пристроїв автоматики
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА"
ІНСТИТУТ КОМП’ЮТЕРНИХ ТЕХНОЛОГІЙ, АВТОМАТИКИ ТА МЕТРОЛОГІЇ
ДОСЛІДЖЕННЯ ІМПУЛЬСНИХ СХЕМ НА ОСНОВІ ІНТЕГРАЛЬНОГО ТАЙМЕРА NE555
ІНСТРУКЦІЯ
до лабораторної роботи №6а
з дисципліни
"ЕЛЕМЕНТИ ДИСКРЕТНИХ ПРИСТРОЇВ АВТОМАТИКИ"
для студентів базового напряму 6.0914 «Комп'ютеризовані системи, автоматика і управління» та базового напряму 050201 «Системна інженерія»
Затверджено
на засіданні кафедри
комп’ютеризованих систем
автоматики
Протокол № від
Львів - 2009
Дослідження імпульсних схем на основі інтегрального таймера NE555. Інструкція до лабораторної роботи № 6а з дисципліни "Елементи дискретних пристроїв автоматики" для студентів базового напрямку 6.0914 «Комп'ютеризовані системи,автоматика і управління» та базового напрямку 050201 «Системна інженерія» усіх форм навчання / Укл. О.С. Вітер, Р.В.Проць – Львів: НУ(ЛП(, 2009, 12с.
Укладачі: О.С.Вітер, канд. техн. наук, доц.,
Р.В.Проць, канд. техн. наук, доц.,
Відповідальний за випуск: А.Й. Наконечний д.т.н.,проф.
Рецензент: проф. З.Р.Мичуда.
1. Мета роботи
Метою роботи є ознайомлення з принципом побудови мультивібраторів, одновібраторів та імпульсних модуляторів на основі інтегрального таймера на мікросхемі NE555 (КР1006ВИ1).
2. Теоретичний вступ
При побудові пристроїв автоматики, вимірювальної і обчислювальної техніки часто виникає необхідність у отримані послідовності імпульсів прямокутної форми заданої частоти і з заданим коефіцієнтом заповнення, послідовності імпульсів прямокутної форми з можливістю регулювання їх тривалості, генерування окремого імпульсу заданої тривалості, генерування частотно і широтно модульованих послідовностей імпульсів. Усі ці імпульсні вузли можуть бути побудовані за традиційними схемами на основі дискретних електронних елементів (транзисторів, діодів та ін.) а також на основі стандартних цифрових інтегральних мікросхем. Оптимальним варіантом реалізації поставлених задач слід визнати використання спеціальних інтегральних схем генераторів і формувачів імпульсів, які випускаються рядом фірм. До таких інтегральних схем відноситься універсальна мікросхема таймера 555, яка випускається під назвами КР1006ВИ1, LM555, SE555, NE555 та іншими, що у назвах мають цифри 555.
Мікросхема 555 поєднує в собі генератор середньої точності і схеми, якою задається час. Таймер є багатофункціональним і використовується в наступних режимах:
Прецизійне генерування заданих часових інтервалів
Генерування імпульсів
Отримання послідовності часових інтервалів
Отримання часової затримки
Широтно-імпульсна модуляція (ШІМ)
Частотно-імпульсна модуляція (ЧІМ)
Схема може генерувати коливання з частотою до 250 кГц при напрузі живлення Е від 4,5 до 18 В.
Структурна схема таймера приведена на рис. 1. У склад схеми входять два компаратори DA1 і DA2, які виконують функцію порівняння рівнів сигналів на їхніх входах, RS-тригер на логічних елементах DD1 і DD2 і ключ на транзисторі VT1. Компаратори разом з RS-тригером утворюють тригер Шмітта. На вході схеми є дільник напруги живлення R = R = R, яким встановлені пороги спрацювання тригера Шмітта рівними Е/3 і 2Е/3.
На рис. 2 наведена схема таймера у режимі генерування неперервних коливань прямокутної форми. При ввімкненні напруги живлення потенціал на конденсаторі С1 дорівнює нулю. При цьому на виході DD2, який є одночасно виходом таймера, встановлюється високий рівень, а на базі VT1 низький. Тому VT1 закритий і конденсатор С1 починає заряджатися через резистори R1 і R2. Коли потенціал на конденсаторі С1 досягне верхнього порогу спрацювання тригера Шмітта 2Е/3, сигнал на вході встановиться на низькому рівні. Вихідна напруга RS−тригера також встановиться на низькому рівні, а транзистор VT1 відкриється високим рівнем на виході логічного елемента DD1. Конденсатор С1 при цьому стане розряджатися через резистор R1 до тих пір, поки напруга на ньому не досягне нижнього порогу спрацювання, який дорівнює Е/3. Це станеться за час
(1)
Після досягнення нижнього порогу спрацювання тригера Шмітта сигнал прийме низьке значення і RS− тригер перекинеться у зворотну сторону. Вихідна напруга RS−тригера встановиться на високому рівні і транзистор VT1 закриється. При цьому почнеться заряд конденсатора через два послідовно включені резистори R1 і R2. Напруга на конденсаторі знову досягне верхнього порогу спрацювання за час
(2)
Період генерованих коливань
(3)
Частота вихідної напруги мультивібратора дорівнює
(4)
Коефіцієнт заповнення вихідних імпульсів дорівнює
. (5)
Частоту генерованих коливань можна змінювати зміною величини С1, що часто не є зручним, і зміною величин резисторів R1 і R2. В останньому випадку слід враховувати одночасну зміну коефіцієнта заповнення вихідних імпульсів.
Використання мікросхеми 555 в режимі одновібратора (таймера) показано на рис. 3. У цьому режимі на вхід (вивід 2 мікросхеми) подається високий рівень, на виході схеми (RS−тригера) встановлюється низький рівень і відкритий транзистор VT1 утримує конденсатор С1 розрядженим. При подачі на вхід запускаю чого імпульсу з низьким потенціалом RS-тригер змінює стан, на виході встановлюється високий потенціал, транзистор VT1 закривається і починається заряд конденсатора з нульового рівня до рівня 2Е/3, при якому схема знову переходить у попередній стан. Тривалість вихідного імпульсу не залежить від тривалості вхідного, визначається величинами R2 і С1 і дорівнює
(6)
При використанні м/с 555 в режимі генератора ЧІМ сигналу на вхід 5 подається модулюючий сигнал з амплітудою Um (рис. 4). При цьому сумарний рівень напруг на виводі 5 буде дорівнювати , а на неінвертуючому вході DA2 Ці напруги визначають пороги спрацювання тригера Шмітта, тому
.
При малих значеннях Um/Е можна записати
.
Аналогічно
.
Залежність періоду імпульсів від Um/Е
(7)
Відносна зміна частоти
При цьому частота генерованих імпульсів буде змінюватися приблизно пропорційно амплітуді вхідної напруги, тобто буде відбуватися частотно-іпульсна модуляція вхідного сигналу.
Якщо мікросхема включена для роботи в режимі одновібратора, і він запускається неперервною послідовністю імпульсів (рис. 5), то при подачі на вхід 5 модулюючого сигналу з амплітудою Um, ширина вихідних імпульсів визначається виразом
, (8)
тобто здійснюється широтно-імпульсна модуляція.
3. Вказівки до схемотехнічного моделювання
Для схемотехнічного моделювання використовуються програми Electronics Workbench, Multisim, Micro−Cap версій, та інші, в бібліотечних файлах яких є схема 555.
Нижче приведено варіант схемотехнічного моделювання за допомогою програми Electronics Workbench.
Модель таймера 555 розміщена у вікні Mixed. Нумерація виводів мікросхеми іде проти годинникової стрілки починаючи від виводу GND.
Призначення виводів мікросхеми:
1 – GND – спільний (земля)
2 – TRI – тригер
3 – OUT – вихід
4 – RES – скидання
5 – CON – вхід керування
6 – TRH – поріг
7 – DIS – розряд
8 – VCC – живлення
3.1. Генератор неперервних коливань
Скласти схему для моделювання, приведену на рис. 6.
Поначення резисторів моделі (за схемою) правого лівого відповідає R2, лівого – R1. Запустити програму і виміряти за осцилограмою параметри імпульсної послідовності t1 t2 і Т. Номінали резисторів вибрати відповідно до завдання. Номінал конденсатора 6,8 нФ.
Порівняти одержані результати з розрахунковими за формулами (1), (2) і (3) і зробити висновки.
Рис. 6. Модель генератора неперервних коливань
3.2. Частотно-імпульсний модулятор (ЧІМ)
Скласти схему для моделювання, приведену на рис. 7.
Встановити амплітуду вихідної напруги генератора Function Generator UГ = 0V і напруги зміщення Offset UЗ = 1V. Запустити програму і виміряти за осцилограмою період імпульсної послідовності Т. Повторити те саме для інших значень UЗ. Результати занести у таблицю 1.
Таблиця 1
UЗ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Т
Рис. 7. Генератор ЧІМ сигналу
За даними таблиці побудувати залежність Т = f(UЗ). Вибрати середину лінійної ділянки залежності і встановити UЗ, яке дорівнює цьому значенню. Збільшити UГ до границь лінійної ділянки залежності Т = f(UЗ). Запустити програму і одержати осцилограму ЧІМ сигналу.
3.3. Одновібратор і генератор сигналу з широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ)
Скласти схему для моделювання, приведену на рис. 8.
Для моделювання одновібратора від’єднати вихід генератора Function Generator від схеми. Запуск одновібратора здійснюється від тактового генератора Clok через транзисторний ключ імпульсами з коефіцієнтом заповнення 5%. Другий вхід осцилографа з’єднати з входом запуску TRI..
Значення номіналу резистора R2 встановити 3 кОм. Запустити програму і виміряти за осцилограмою тривалість вихідного імпульсу t1.
Рис. 8. Одновібратор і генератор ШІМ сигналу
Порівняти одержані результати з розрахунковими за формулою (6) і зробити висновки.
Для моделювання генератора ШІМ сигналу схема з’єднань повинна відповідати рис. 8.
Встановити амплітуду вихідної напруги генератора Function Generator UГ = 0V і напруги зміщення Offset UЗ = 1V. Запустити програму і виміряти за осцилограмою тривалість вихідного імпульсу t1. Повторити те саме для інших значень UЗ. Результати занести у таблицю 2.
Таблиця 2
UЗ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
t1
За даними таблиці побудувати залежність Т = f(UЗ). Вибрати середину лінійної ділянки залежності і встановити UЗ, яке дорівнює цьому значенню. Збільшити UГ до границь лінійної ділянки залежності t1 = f(UЗ). Запустити програму і одержати осцилограму ЧІМ сигналу
4. ВКАЗІВКИ ДО ЗВІТУ
Звіт повинен містити.
Назву і мету роботи.
Електричну схему, що досліджується, і короткий опис принципу її роботи.
Необхідні розрахунки.
Результатами схемотехнічного моделювання повинні бути схеми моделювання і діаграми вхідних і вихідних напруг для усіх моделей.
Короткі висновки до роботи.
5.ВАРІАНТИ ЗАВДАНЬ
Схема
Варіант
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
п. 3.1
п. 3.2
R1
24
27
33
36
39
43
47
51
68
75
R2
1
1,5
2
2,7
3
3,6
4
4,3
4,7
5,1
п. 3.3
R2
24
27
33
36
39
43
47
51
68
75
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. − М.: Мир, 1982.
Фолкенберри Л. Применение операционных усилителей и линейных ИС. − М.: Мир, 1985.
Гольденберг Л.М. Импульсные и цифровые устройства. Учебник для вузов. М., Связь, 1973.
Розевинг В.Д. Система схемотехнического моделирования Micro−Cap V/ − М.: «СОЛОН», 1997.
Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. − М.: «СОЛОН−Пресс», 2004.
Навчальне видання
Дослідження імпульсних схем на основі інтегрального таймера NE555. Інструкція до лабораторної роботи № 22 з дисципліни "Елементи дискретних пристроїв автоматики" для студентів базового напрямку 6.0914 «Комп'ютеризовані системи,автоматика і управління» та базового напрямку 050201 «Системна інженерія».
Укладачі: О.С.Вітер, канд. техн. наук, доц.,
Р.В.Проць, канд. техн. наук, доц.,
30.01.2013 20:01-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора