Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
ГПІ в автоколивному режимі з використанням RS-тригера та подільника частоти на 14
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Інститут комп’ютерних наук та інформаційних технологій
Факультет:
КН
Кафедра:
Кафедра автоматизованих систем управління
Інформація про роботу
Рік:
2013
Тип роботи:
Розрахунково - графічна робота
Предмет:
Елементи і вузли поліграфічної техніки
Група:
ВП
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
ІНСТИТУТ КОМП’ЮТЕРНИХ НАУК ТА ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ
КАФЕДРА «АВТОМАТИЗОВАНИХ СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ»
Розрахунково-графічна робота
на тему:
ГПІ в автоколивному режимі з використанням RS-тригера та подільника частоти на 14
B-21: f = 1.4 кГц, Т =1/ f = 0.71 • 10 -3 С, Q =2/3, К=14
τі =2 Т /3, τп = τі /2 (Т /3), τі = 0.47 • 10 -3 С , τп = 0.23 • 10 -3 С.
з дисципліни :
“ Елементи та вузли поліграфічної техніки ”
Міністерство освіти і науки України
Національний університет "Львівська політехніка"
Інститут комп’ютерних наук та інформаційних технологій
Кафедра автоматизованих систем управління
Завдання на розрахунково-графічну роботу
з дисципліни :
“ Елементи та вузли поліграфічної техніки ”
Прізвище, ім’я студента _______________
Група ВП – 21
Тема розрахунково-графічної роботи: ГПІ в автоколивному режимі з використанням RS-тригера та подільника частоти на 14.
Вхідні дані для розрахунково-графічної роботи:
1.Вхідні дані для розрахунку мультивібратора:
- режим роботи генератора: автоколивний;
- елементна база генератора: мікросхема К155ТМ2;
- основні параметри генератора:
частота імпульсів f і = 1,4 кГц;
період імпульсів Т і = 710 мкС;
шпаруватість імпульсів Q =2/3;
номінальна вихідна напруга імпульсу Uвих = 5 В;
2.Вхідні дані для розрахунку подільника частоти:
- елементна база подільника частоти: мікросхема К155ИЕ5;
- модуль лічби лічильника К= 14
3. Номер залікової книжки № 00000021
Завдання видано: 21.11.2012р.
Студент Прізвище студ.
/ підпис /
Керівник Балич Б.І.
/ підпис /
Львів – 2012/2013 н.р.
ЗМІСТ
Завдання на розрахунково-графічну роботу........................................... 2
Генератор прямокутних імпульсів (ГПІ)................................................ 4
Опис роботи схеми генератора...................................................... 4
Розрахунок і вибір елементів схеми генератора.......................... 7
Моделювання роботи генератора.................................................. 8
Лічильник імпульсів (подільник частоти).............................................. 10
Опис роботи схеми лічильника.................................................... 10
Розрахунок і вибір елементів схеми лічильника......................... 13
Моделювання роботи лічильника................................................ 14
Моделювання роботи спроектованого пристрою.................................. 15
Використана література............................................................................ 18
Додатки...................................................................................................... 19
Додаток 1. Схема електрична принципова спроектованого пристрою.
Додаток 2. Специфікація спроектованого пристрою.
Додаток 3. Паспорті дані використаних елементів.
1. Генератор прямокутних імпульсів (ГПІ).
1.1 Опис роботи схеми генератора.
Оскільки для забезпечення генерації треба мати коефіцієнт підсилення відповідного пристрою, більший за одиницю, і фазовий зсув вхідного сигналу на 360 ел. градусів, то мультивібратор може бути побудований на двох логічних елементах з інверсією на виході [ 1 ].
Відомо, що логічний елемент залежно від комбінації вхідних сигналів (0 або 1) отримує певне значення сигналу на виході (також 0 або 1).
Виникає питання, коли саме логічний елемент перестає сприймати вхідний сигнал як 0 і починає сприймати його як 1, якщо вхідний сигнал повільно змінюється від низького рівня напруги до високого – від 0 до 1 (або навпаки)? Яке значення напруги порогу перемикання Uпор він має?
Це залежить від типу елементної бази, на якій виконано елемент. Так, наприклад, для елементів К-МОН-логіки поріг перемикання становить приблизно половину напруги джерела живлення.
На рис. 1.1.1 наведено схему одновібратора, побудованого на основі комбінованого К-МОН RSD-тригера [ 1 ] . Тригер, як відомо, є, наприклад, двокаскадним підсилювачем з додатними зворотними зв’язками або, як у даному випадку, побудований на логічних елементах.
Рис. 1.1.1 Одновібратор на RSD-тригері
Часозадаючий RS-ланцюжок підімкнено до прямого виходу (Вих1) тригера. Напруга з конденсатора С подається на вхід установки тригера в нульовий стан R.
Можливі два способи запуску цього одновібратора. Перший – подачею імпульсу запуску на асинхронний вхід S. При цьому тривалість імпульсу повинна бути меншою за тривалість генерованого ( tзап < ti ).
Другий – подачею імпульсу будь-якої тривалості на вхід синхронізації С (тригер реагує тільки на передній фронт імпульсу). На вхід S при цьому необхідно подати 0.
У вихідному стані на прямому виході Вих1 = 0. Конденсатор розряджений.
Після подачі імпульсу запуску, тригер переходить в одиничний стан (залежно від виду запуску: як асинхронний RS-тригер або як синхронний D – тригер, на D-вході якого зафіксовано 1, що подається з інверсного виходу тригера – Вих2). На прямому виході отримаємо 1.
Тепер конденсатор почне заряджатися і, коли напруга на ньому, а значить, і на вході R досягне значення порогу перемикання Uпор, тригер повернеться в нульовий стан Вих1 = 0, а конденсатор швидко розрядиться через діод VD.
У результаті, на виходах тригера (прямому – Вих1 і інверсному – Вих2) ми отримали імпульс, довжина якого:
t = (R·С )·ln 2 = 0.7· ( R·С ) (1.1)
а одновібратор готовий до повторного запуску.
На такому ж тригері можна побудувати і автоколивальний мультивібратор, як показано на рис. 3.1.2 [ 1 ] .
Рис. 1.1.2 Мультивібратор на RSD-тригері
Тут до тригера відімкнені дві часозадаючі ланки. Часозадаюча R1 С1 -ланка підімкнена до інверсного виходу (Вих2) тригера, а часозадаюча R2 С2 – ланка підімкнена до прямого виходу (Вих1) тригера.
Оскільки D-вхід і С-вхід RSD-тригера підключені до загальної шини (занулені), то цей тригер у такому разі може лише працювати як асинхронний RS-тригер. Зміна станів на виходах Вих1 і Вих2 забезпечується відповідними рівнями напруг на конденсаторах С1 і С2 , які відповідно підімкнені до S і R входів тригера ( S=0 і R=0 → пам'ять, S=1 і R=0 → Вих1=1 і Вих2=0, S=0 і R=1 → Вих1= 0 і Вих2=1, оскільки управління S і R входами тригера є пряме ). Напруга з конденсатора С2 подається на вхід установки тригера в нульовий стан R, а з конденсатора С2 подається на вхід установки тригера в одиничний стан S.
У початковий момент конденсатори С1 і С2 розряджені і, відповідно, S=0 і R=0 → пам'ять ( нехай Вих1= 0 і Вих2=1, тобто на прямому виході маємо 0, а інверсному виході маємо 1). Конденсатор С1 почне заряджатися через R1 до напруги +5 В ( Вих2=1, що відповідає +5 В) і, коли напруга на ньому, а значить, і на вході S досягне значення порогу перемикання Uпор, то тригер перейде в одиничний стан (Вих1= 1 і Вих2=0), і конденсатор С1 швидко розрядиться через діод VD1. Тепер конденсатор С2 почне заряджатися через R2 до напруги +5 В ( Вих1=1, що відповідає +5 В) і, коли напруга на ньому, а значить, і на вході R1 досягне значення порогу перемикання Uпор, то тригер перейде в нульовий стан (Вих1= 0 і Вих2=1), а конденсатор С2 швидко розрядиться через діод VD2 і т.д.
У результаті, на виходах тригера (прямому – Вих1 і інверсному – Вих2) ми отримали однакові за періодом (а різні за фазою) згенеровані імпульси:
Т = (R1 · С1 + R2 · С2 ) · ln 2 = 0.7·(R1 ·С1 + R2 ·С2 ). (1.2)
1.2 Розрахунок і вибір елементів схеми генератора.
Відповідно до технічного завдання нам необхідно отримати початкові сигнали з частотою надходження імпульсів f = 1,4 кГц на RSD-тригері типу К561ТМ2 (К155ТМ2).
Обчислимо період імпульсів Т =1/ f = 0.71 • 10 -3 С.
Враховуючи шпаруватість Q =2/3, обчислимо тривалість імпульсу і паузи τі =2 Т /3, τп = τі /2 (Т /3) : τі = 0.47 • 10 -3 С , τп = 0.23 • 10 -3 С.
Відповідно до табл.11.3.5 [ 1 ] приймаємо конденсатори С1 = С2= 1.0 • 10 -6 Ф (тип К73-17 номінальною напругою 63 В).
Враховуючи формулу (1.2) , розраховуємо значення резисторів:
R1 = 0.670 • 10 3 Ом ( τі = 0.7 R1 ·С1 = 0.47 • 10 -3 С ) ,
R2 = 0.335 • 10 3 Ом ( τп= 0.7 R2 ·С2 = 0.23 • 10 -3 С ) .
Відповідно до ряду резисторів табл.11.3.2 [ 1 ] вибираємо резистори потужністю 0.125 Вт R1 = 0.750 • 10 3 Ом і R2 = 0.360 • 10 3 Ом (тип ОМЛТ).
ІМС К561ТМ2 [ 1 ], позначення якої наведено на рис. рис 3.1. 3, містить у собі два синхронних RSD-тригери (для виконання завдання достатньо одного тригера), а схема мультивібратора на RSD-тригері – на рис. 1.1.3 (він тут власне використовується як асинхронний RS-тригер).
Рис. 1.1.3 ІМС 561ТМ2
1.3 Моделювання роботи генератора.
Для моделювання генератора в якості мікросхему К561ТМ2, використали закордонний аналог якої є SN77474N.
Результати моделювання роботи спроектованого генератора прямокутних імпульсів (схема і осцилограми) приведені на рис.1.3.1.
Рис.1.3.1. Результати моделювання роботи спроектованого генератора прямокутних імпульсів (схема і осцилограми)
Додатково в схемі використані інвертори для узгодження напруг RC ланок з R і S входами тригера, які у використаній мікросхемі є інверсними.
Подати також Рис.1.3.2. - Результати дослідження спроектованого генератора прямокутних імпульсів (осцилограф в режимі Expand з виділенням τі).
Дослідили роботу схеми в автоколивному режимі шляхом спостереження осцилограм процесів в основних точках схеми (напруги на часозадавальній ланці імпульсів R1C1) (рис.1.3.1).
Визначили експериментальні значення τі і τп і порівняти їх з розрахунковими:
τі ЕКС = 4.6 гориз.кл • 0.1 • 10 -3 = 0.46 • 10 -3 С
τп ЕКС =2.4 гориз.кл • 0.1 • 10 -3 = 0.24 • 10 -3 С
Т ЕКС = τі ЕКС + τп ЕКС = 0.46 • 10 -3 + 0.24 • 10 -3 = 0.7 • 10 -3 С
f ЕКС = 1/ Т ЕКС = 1/ 0.7 • 10 -3 = 1.429 кГц ( за технічним завданням f = 1.4 кГц ).
Незначна розбіжність ( вказати % ) викликана заокругленнями при обчисленнях номіналів і виборі резисторів R1 і R2, а також похибкою від спрощення виразу логарифма ( в розрахунках використано ln 2).
В результаті виконаної роботи з моделювання ми отримали генератор з частотою f=7kHz, тривалістю періоду 135,17 мс , що відповідає вимогам технічного завдання.
2. Лічильник імпульсів (подільник частоти)
2.1 Опис роботи лічильника на ІМС К155ИЕ5
Рис. 2.1. Структурна схема лічильника ІМС К155ИЕ5.
Основні параметри:
Номінальна напруга живлення : 5 В 5 %
Вихідна напруга високого рівня : більше 2.4 В
низького рівня : менше 0.4 В
Вхідний струм низького рівня по лічильним входам
С1 та С2 при Uж=5.25 В : не більше -3.2 мА
Вхідний струм високого рівня по лічильним входам
С1 та С2 при Uж=5.25 В : не більше -0.08 мА
Затримка при подачі (зміні) вхідного імпульсу на С1 та С2 : не більше 135 мкс
Струм КЗ при Uж=5.25 В : -18..57 мА
Максимально допустимі режими експлуатації:
Напруга живлення : не більше 6 В
Мінімальна напруга на вході : -0.4 В
Максимальна напруга на вході : 5.5 В
Мінімальна напруга на виході : -0.3 В
Максимальна напруга на виході : 5.25 В
Дана мікросхема К155ИЕ5– це підсумовуючий чотири розрядний двійковий лічильник (рис.1), виконаний на двоступеневих JK-тригерах. Тактові сигнали подаються додатної полярності (сигнал відсутній – логічний 0, а наявний – логічна 1).Лічильник має два лічильних входи С1 і С2, два входи встановлення нуля R01 і R02, чотири виходи Q1, Q2, Q3, Q4.
Вхід Q1 в середині мікросхеми не з’єднаний з С-входом наступних тригерів, відповідно дана мікросхема має два незалежні лічильники:
- однорозрядний лічильник з модулем лічби 2 – тактові імпульси подаються на вхід С1, а вихід Q1 (при цьому цей лічильник можна використати як подільник частоти вхідних сигналів на два).
- трирозрядний лічильник з модулем лічби 8 – тактові імпульси подаються на вхід С2, а виходи Q2, Q3, Q4, де Q2 молодший розряд (при цьому цей лічильник можна використати як подільник частоти вхідних сигналів на два - вихід Q2, на чотири - вихід Q3, на вісім - вихід Q4).
Якщо вхід Q1 (ніжка 12 мікросхеми) ззовні з’єднати з входом С2 (ніжка 1), відповідно дана мікросхема стає чотирирозрядним лічильником з модулем лічби 16 – тактові імпульси подаються на вхід С1, виходи Q1, Q2, Q3, Q4, де Q1 молодший розряд (при цьому цей лічильник можна використати як подільник частоти вхідних сигналів на два - вихід Q1, на чотири - вихід Q2, на вісім - вихід Q3, на шістнадцять - вихід Q4).
10 – загальний вивід
5 – живлення +5 В
а) б)
Рис. 2.2 Мікросхема К155ИЕ5:
а) - функціональна схема К155ИЕ5; б) - зовнішній вигляд ІМС К155ИЕ5 і нумерація їх виводів.
Коли одночасно подати логічну 1 (високий рівень напруги) на установочні входи нуля R01 і R02, то зупиняється лічба і на всі чотири виходи Q1, Q2, Q3, Q4 встановлюється логічний 0 (низький рівень напруги). Для операції лічби на одному із входів R01 і R02 повинен бути потенціал низького рівня. Увага! Якщо входи R01 і R02 залишити не під’єднаними, то на них “наводиться” логічна 1 і лічильник залишається постійно “обнуленим” (лічба не здійснюється).
Таблиця істинності показує стани на виходах схеми підчас операції лічби імпульсів (виводи С2 іQ1 з’єднані, а тактові імпульси подаються на С1)
Таблиця 1. Таблиця істинностей 4-розрядного лічильника (мікросхема К155ИЕ5)
Тактові
В И Х
О Д И
Рахунок
імпульси
Q4
Q3
Q2
Q1
0
0
0
0
0
0
1 (↑↓)
0
0
0
1
1
2 (↑↓)
0
0
1
0
2
3 (↑↓)
0
0
1
1
3
4 (↑↓)
0
1
0
0
4
5 (↑↓)
0
1
0
1
5
6 (↑↓)
0
1
1
0
6
7 (↑↓)
0
1
1
1
7
8 (↑↓)
1
0
0
0
8
9 (↑↓)
1
0
0
1
9
10 (↑↓)
1
0
1
0
10
11 (↑↓)
1
0
1
1
11
12 (↑↓)
1
1
0
0
12
13 (↑↓)
1
1
0
1
13
14 (↑↓)
1
1
1
0
14
15 (↑↓)
1
1
1
1
15
16 (↑↓)
0
0
0
0
0
17 (↑↓)
0
0
0
1
1
Рис. 2.3 Часові діаграми роботи підсумовуючого чотирирозрядного синхронного лічильника (мікросхема К155ИЕ5).
2.2 Розрахунок і вибір елементів схеми лічильника
Коефіцієнт повного перерахунку лічильника К155ИЕ5 К = 16.
Всі виходи Q4 ,Q3 ,Q2,Q1 К155ИЕ5 підімкнені до однойменних двійкових індикаторів Q4 ,Q3 ,Q2,Q1 та одно розрядного шістнадцяткового індикатора.
За технічним завданням коефіцієнт перерахунку в спроектованого лічильника повинен бути К = 14. Тоді в двійковій системі це: 1410 = 11102
Коли лічильник досягне 14, то на виходах Q4 ,Q3 ,Q2 появляться одиниці і тоді лічильник необхідно скинути в 0.
Для перевірки значень на виходах Q4 ,Q3 ,Q2 використаємо один логічний елемент 4І ( К555ЛИ6 – 2ел. 4І ) і його вихід заведемо на входи R01 і R02 К155ИЕ5. Оскільки перевіряються три виходи лічильника Q4 ,Q3,Q2 , то вільний четвертий вхід підімкнули до +5 В.
Рис. 1 Мікросхема К555ЛИ6:
а) - функціональна схема К555ЛИ6; б) – нумерація і призначення виводів.
2. 3 Моделювання роботи лічильника
Рис. 2.1 Схема і результати моделювання лічильника в середовищі Electronics Workbench
Схема і результати досліджень приведені на рис. 2.1. Для моделювання роботи лічильника в якості К155ИЕ5 використали закордонний аналог SN7493N. Для забезпечивши лічильник з рахунком до К=14 в якості К555ЛИ6 використали закордонний аналог SN7421N. Для аналізу роботи лічильника на його вхід СКА (вхід С1 в К155ИЕ5) подали періодичні прямокутні імпульси з частотою 2 Гц (на осцилограмі – імпульси червоного кольору). На індикаторах (рис. 2.1) відображене число, яке відповідає К-1=1310 = (d)8. З приходом чергового імпульсу від генератора відбувається скидання в нуль лічильника і вироблення короткого за тривалістю сигналу про закінчення рахунку (на осцилограмі – імпульс чорного кольору). Аналогічно повторюється наступний перерахунок лічильника. В результаті дослідження переконалися, що відповідно до технічного завдання спроектований лічильник забезпечує коефіцієнт перерахунку К=14.
Моделювання роботи спроектованого пристрою
Схема і результати досліджень приведені на рис. 3.1. Для моделювання генератора використали в якості мікросхеми К155ТМ2 закордонний аналог SN7474N. Для моделювання роботи лічильника в якості К155ИЕ5 використали закордонний аналог SN7493N, а для забезпечивши лічильник з рахунком до К=14 в якості К555ЛИ6 використали закордонний аналог SN7421N.
Рис. 3.1 Схема і результати моделювання роботи спроектованого пристрою
Рис. 3.2 Схема і результати моделювання роботи спроектованого пристрою (осцилограф в режимі Expand з виділенням Т).
В результаті виконаної роботи з моделювання ми отримали генератор з частотою f=0.083 kHz, тривалістю періоду 12.1 мс , що відповідає вимогам технічного завдання f=0.1kHz, тривалістю періоду 14 мс.
Рис. 3.3
Список літератури
Колонтаєвський Ю.П. Промислова електроніка і мікротехніка, К., Кавела, 2004.
Балич Б.І. Бегота Р.В. Методичні вказівки до розрахунково-графічних робіт з дисципліни «Елементи та вузли поліграфічної техніки», Л., каф. АСУ, 2012.
Электрические конденсаторы и конденсаторные установки: Справочник / В. П. Берзан, Б. Ю. Геликман, М. Н. Граевский и др. / Под ред. Г. С. Кучинского. - М.: Знергоатомиздат, 1987. - 656 с.
Полупроводниковые приборы. Транзисторы малой мощности: Справочник / А. А. Зайцев, А. И. Миркин, В. В. Мокряков и др. / Под ред. А. В. Голомедова. - М: Радио и связь, 1989. - 384 с.
Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности: Справочник / А. А. Зайцев, А. И. Миркин, В. В. Мок ряков и др. / Под ред. А. В. Голомедова. - М: Радио и связь, 1989. - 384 с.
Цифровие и аналоговые интегральные микросхеми: Справочник / С. В. Якубовский, Л. И. Ниссельсон, В. И. Кулешова и др. / Под ред. С. В. Якубовского. - М.: Радио и связь, 1989. - 496 с.
24.02.2013 22:02-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора