Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
ПОБУДОВА ІМПУЛЬСНИХ ПРИСТРОЇВ ТА ПОДІЛЬНИКІВ ЧАСТОТИ ІМПУЛЬСІВ
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Інститут комп’ютерних наук та інформаційних технологій
Факультет:
ЗІ
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:
ПОБУДОВА ІМПУЛЬСНИХ ПРИСТРОЇВ ТА ПОДІЛЬНИКІВ ЧАСТОТИ ІМПУЛЬСІВ
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 Мазуркевич Зінаїда
Група ВП – 21
Тема розрахунково-графічної роботи: Побудова імпульсних пристроїв та лічильників-подільників часоти імпульсів.
Вхідні дані для розрахунково-графічної роботи:
1.Вхідні дані для розрахунку мультивібратора:
- режим роботи генератора: автоколивний;
- елементна база генератора: мікросхема К1006ВИ1;
- основні параметри генератора:
частота імпульсів f і = 5,4 кГц;
період імпульсів Т і = 185 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= 9
- кінцева частота імпульсів f і(k)= f і/K=0,6 кГц
3. Номер залікової книжки № 1208075
Завдання видано: 21.11.2012р.
Студент Мазуркевич З.В.
Керівник Балич Б.І.
Львів – 2013/2014 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......................................5
Моделювання роботи генератора..............................................................6
Лічильник імпульсів (подільник частоти)..........................................................8
Опис роботи схеми лічильника.................................................................8
Розрахунок і вибір елементів схеми лічильника...................................11
Моделювання роботи лічильника...........................................................12
Моделювання роботи спроектованого пристрою............................................14
Використана література......................................................................................17
Додатки.................................................................................................................18
Додаток 1. Схема електрична принципова спроектованого пристрою…..18
Додаток 2. Специфікація спроектованого пристрою………………………...19
Додаток 3. Паспорті дані використаних елементів…………………………..20
1. Генератор прямокутних імпульсів (ГПІ).
1.1 Опис роботи схеми генератора.
Для побудови генераторів імпульсів використовують також спеціалізовані ІМС. Одна з них – це ІМС таймера універсального призначення К1006ВИ1 (міжнародний код 555). До складу ІМС входять два операційних підсилювачі, тригер, комбінаційна логічна схема, два транзистори (один з яких досить потужний) і вихідний підсилювач.
Рис.1.Умовне позначення таймера К1006ВИ1
Таймер дозволяє будувати одно вібратори з тривалістю імпульсів від десяти мікросекунд до однієї години і мультивібратори з частотою імпульсів до 500 кГц при точності 1%. При цьому напруга живлення може задаватися в межах від 4,5 до 18 вольт, а струм 100 міліампер (200 міліампер у ІМС555). Схема одно вібратора і мультивібратора, побудованих на ІМС К1006ВИ1, наведені на рис. 2
Рис.2. Мультивібратор на ІМС К1006ВИ1
У цих пристроях величину ємності конденсатора можна задавати більшою за 100 пікофарад, а опору резисторів – від 1 кОм до 10 мОм (для забезпечення працездатності ІМС і виключення впливу паразитних ємностей і опорів на параметри генерованих імпульсів).
Тривалість імпульсу одно вібратора становить:
tі ≈1,1RC (1)
А період генерованих мультивібратором імпульсів (без діода):
T≈0,7(R2 +2R1 )C (2)
Змінючи співвідношення велечин опорів R1 і R2, можна змінювати шпаруватість послідовності генерованих імпульсів
Q=( R1+ R2)/(2 R1+ R2) (3)
ІМС таймера 555 знайшла якнайширше використання при побудові імпульсних пристроїв.
1.2 Розрахунок і вибір елементів схеми генератора.
f = 5.4 кГц, Т =1/ f = 0.185 • 10 -3 С, Т = τі + τп,
Оскільки Q =2/3, то τі =2 Т/ 3 = 0.123•10 -3 С, τп = τі /2 = 0.062•10 -3 С ( Т/3 ).
Період імпульсів Т = ln 2•( R2 + 2 R1 ) С1 .
Шпаруватість імпульсів Q = ( R1 + R2 ) /( 2 R1 + R2 ).
Нехай С= 1мкФ (див. Таблицю 11.3.5 – Конденсатори постійної ємності, Колонтаєвський Ю.П. «Промислова електроніка і мікротехніка»), тоді
R1 = R2 = Т / С1•3 ln 2 = 0.185•10 -3 / 1• 10 -6 •3•0.7 = 0.088•10 3Ом
Вибираю резистори R1 і R2 відповідно до ряду резисторів(див. Таблицю 11.3.2 – Ряди номінальних значень, Колонтаєвський Ю.П. «Промислова електроніка і мікротехніка»)
R1 = R2= 91Ом
1.3 Моделювання роботи генератора.
Для моделювання генератора в якості мікросхему К1006ВИ1, використали закордонний аналог якої є NE555NL, LM555M.
Результати моделювання роботи спроектованого генератора прямокутних імпульсів
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)
Рис.1.3.2. - Результати дослідження спроектованого генератора прямокутних імпульсів (осцилограф в режимі Expand з виділенням Т і).
Дослідили роботу схеми в автоколивному режимі шляхом спостереження осцилограм процесів в основних точках схеми (напруги на часозадавальній ланці імпульсів R1C1) (рис.1.3.2).
Визначили експериментальні значення τі і τп і порівняти їх з розрахунковими:
τі ЕКС = 6.2 гориз.кл • 0.02 • 10 -3 = 0.124 • 10 -3 С
τп ЕКС =3.2 гориз.кл • 0.02 • 10 -3 = 0.064 • 10 -3 С
Т ЕКС = τі ЕКС + τп ЕКС = 0.124 • 10 -3 + 0.064 • 10 -3 = 0.188 • 10 -3 С
Т2-Т1= 190 мкС (рис.1.3.2 червоний і синій прапорці).
f ЕКС = 1/ Т ЕКС = 1/ 0.190• 10 -3 = 5.26 кГц ( за технічним завданням f = 5.4 кГц ).
Незначна розбіжність (1,02 % ) викликана заокругленнями при обчисленнях номіналів і виборі резисторів R1 і R2, а також похибкою від спрощення виразу логарифма (в розрахунках використано ln2).
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 істинності 4-розрядного лічильника(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 = 9. Тоді в двійковій системі це: 910 = 10012
Коли лічильник досягне 9, то на виходах Q4 ,Q3 ,Q2 з’являться 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=9 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=810 = (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=9.
Рис. 2.2 Результати дослідження спроектованого пристрою (лічильника, осцилограф в режимі Expand з виділенням Т ГПІ к).
Моделювання роботи спроектованого пристрою
Відповідно до результатів моделювання (див. п.1.3) спроектований початковий генератор виробляє прямокутні імпульси з частотою
f ГПІ п ЕКС = 1/ Т ГПІ п ЕКС = 1/ 0.175 • 10 -3 = 5,7 кГц (за технічним завданням f п = 5,4 кГц).
Відповідно до результатів моделювання ( див. п.2.3) спроектований лічильник здійснює рахунок К=9.
Забезпечую підключення початкового генератора прямокутних імпульсів до спроектованого лічильника.
Схема і результати дослідження спроектованого повного пристрою приведені на рис. 3.1. Початковий генератор виробляє періодично прямокутні імпульси.
Т ГПІ п ЕКС1 = 1.0 гориз.кл • 1.0 • 10 -3 = 1.0 • 10 -3 С (рис. 3.1 – «груба» оцінка).
Лічильник періодично здійснює рахунок К=9 і на виході спроектованого пристрою виробляє короткі за тривалістю одиничні прямокутні імпульси, тобто частоту вхідних сигналів ділить на п’ять (К=9). Відповідно ці періодичні прямокутні імпульси і є вихідними сигналами спроектованого генератора (повна схема):
Т ГПІ к ЕКС1 = 5.0 гориз.кл • 1.0 • 10 -3 = 5.0 • 10 -3 С (рис. 3.1 – «груба» оцінка).
f ГПІ к ЕКС1 = 1/ Т ГПІ п ЕКС1 = 1/ 5.0 • 10 -3 = 0.2 кГц (за технічним завданням f ГПІ к = 0.2 кГц ).
Уточнена оцінка періоду і частоти вихідних прямокутних імпульсів спроектованого пристрою приведена на рис. 3.2 (осцилограф в режимі Expand з виділенням Т ГПІ к ЕКС).
Т ГПІ п ЕКС2 = Т2-Т1= 1.752 мкС (рис. 3.2 червоний і синій прапорці).
f ГПІ к ЕКС2 = 1/ (Т2-Т1) = 1/ 1.752 • 10 -3 = 0.57 кГц (за технічним завданням f ГПІ к = 0.6 кГц ).
Незначна розбіжність ( 0,01% ) викликана відхиленням реальної частоти початкового генератора f ГПІ п ЕКС = 1.01кГц від частоти за технічним завданням f ГПІ п = 1.0 кГц.
Рис. 3.1. - Результати дослідження спроектованого пристрою (генератора прямокутних імпульсів і подільника частоти імпульсів)
Рис. 3.2. - Результати дослідження спроектованого пристрою (генератора прямокутних імпульсів і подільника частоти імпульсів, осцилограф в режимі Expand з виділенням Т ГПІ к).
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.
26.02.2014 04:02-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора