НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
«ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»
Кафедра «Комп’ютеризовані системи автоматики»
Методичні вказівки
до виконання курсової роботи
РОЗРАХУНОК ГЕНЕРАТОРА ЗАДАНИХ ІМПУЛЬСНИХ ПОСЛІДОВНОСТЕЙ
з дисципліни
«Елементи дискретних пристроїв автоматики та обчислювальної техніки»
для студентів базового напряму 051201 «Системна інженерія»
Затвердженона засіданні кафедрикомп'ютеризованих систем автоматикипротокол № від . .2015р.
ЛЬВІВ 2015
Методичні вказівки до виконання курсової роботи «Розрахунок генератора заданих імпульсних послідовностей» з дисципліни (Елементи дискретних пристроїв автоматики та обчислювальної техніки( для студентів базового напрямку 050201 «Системна інженерія» усіх форм навчання / Укл. Проць – Львів: НУ (ЛП(, 2015, с. 20.
Укладач: Проць Р.В., канд. техн. наук, доц..
Відповідальний за випуск: Наконечний А.Й., д-р техн.. наук, проф.
Рецензент: Мичуда З.Р., д-р техн.. наук, проф.
Мета роботи
Метою роботи є ознайомлення з методикою розрахунку аналогових імпульсних та цифрових схем для формування послідовностей імпульсів заданої тривалості, синтезом схеми формування заданих послідовностей імпульсів та дослідження отриманого результату синтезу схеми і її моделюванням за допомогою прикладної програми Multisim.
Теоретична частина
В пристроях автоматики широко використовуються пристрої, якими формуються імпульси заданої тривалості. Такі імпульси можуть використовуватися для ввімкнення різноманітних приладів на заданий час tз безпосередньо після ввімкнення, або через певний період часу затримки (паузи) tп. Задані проміжки часу визначаються частотою генератора тактових імпульсів і їх кількістю у кожному заданому часовому проміжку. Варіанти побудови таких генераторів можуть бути різними у залежності від вибору елементної бази, включаючи інтегральні схеми аналогових таймерів, цифрові інтегральні схеми та мікроконтролери. Варіант рішення визначається технічними вимогами до проектованого пристрою і наявністю елементної бази. У завданні до курсової роботи пропонується розробка схеми для формування часових проміжків, які формуються заданими кількостями імпульсів певної тривалості. Форми вихідних імпульсів схеми приведені на рис. 1.
Рис. 1. Форми вихідних імпульсів схеми
У завданні до курсової роботи приведені необхідні тривалості тактових імпульсів tі, їх період повторення Т, а також кількість імпульсів Nп часу затримки tп і кількість імпульсів Nз заданого часу тривалості вихідного імпульсу tз.
На рис. 2 приведений один із варіантів структурної схеми для рішення поставленого завдання, у якій використано двійково-десяткові лічильники. Крім лічильників у її склад входять комбінаційні схеми для формування керуючих сигналів, тактовий генератор ТГ, цифрові індикатори, частотомір і логічний аналізатор для відображення результатів проектування.
Рис. 2. Структурна схема пристрою
Імпульси від тактового генератора ТГ подаються на входи синхронізації СLK двійково-десяткових лічильників імпульсів СТ2/10 D1 і D3. У структурній схемі (рис. 2) найменування виводів лічильників відповідає їх позначенням, прийнятим для двійково-десяткових лічильників 74LS160D. Для забезпечення модуля рахунку від 0 до 99 лічильники D1D2 і D3D4 об’єднано у групи по два і виходи переносу RCO D1 і D3 з’єднано з входами синхронізації СLK D2 і D4. До виходів усіх лічильників QА…QD підключені комбінаційні схеми 1…4, якими формуються високі рівні у випадку досягнення числа вхідних тактових імпульсів значень Nп і Nз, де N – число заданої кількості тактів тактового генератора ТГ. Тільки у цьому випадку на виходах схем D5 і D6 формуються низькі рівні, яким через входи ENP зупиняється робота лічильників D1 і D4. Комбінаційна схема 5 дозволяє спочатку підрахувати число Nп і потім почати підрахунок числа Nз. Після закінчення підрахунку робота генератора зупиняється і значення Nп і Nз відображаються семисегментними індикаторами для зчитування числа записаних імпульсів. Роботу тактового генератора, лічильників імпульсів і всієї схеми слід проконтролювати логічним аналізатором.
Розрахунок генератора тактових імпульсів
При побудові пристроїв автоматики, вимірювальної і обчислювальної техніки часто виникає необхідність у отримані послідовності імпульсів прямокутної форми заданої частоти і з заданим коефіцієнтом заповнення з можливістю регулювання їх тривалості, а також генерування окремого імпульсу заданої тривалості, генерування частотно-модульованих і широтно-модульованих послідовностей імпульсів. Генератори таких імпульсів 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 [4]. Зокрема, до таких інтегральних схем відноситься універсальна мікросхема таймера 555, яка випускається під назвами КР1006ВИ1, LM555, SE555, NE555, LM555 та іншими.
Таймер 555 є багатофункціональним пристроєм і використовується в наступних режимах:
Прецизійне генерування заданого часового інтервалу
Генерування імпульсів
Отримання часової затримки імпульсу
Широтно-імпульсна модуляція (ШІМ)
Частотно-імпульсна модуляція (ЧІМ)
Схема може генерувати коливання з частотою до 1 МГц у діапазоні напруг живлення від 5 до 18 В.
Структурна схема таймера приведена на рис. 3. 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. 4 наведена схема таймера у режимі генерування коливань прямокутної форми. Конденсатор С1 заряджається через резистори R1 і R2 і розряджається через R1. Тому коефіцієнт заповнення імпульсів може бути встановлений точно за рахунок величини відношення цих опорів. При роботі у цьому режимі під час заряду конденсатора С1 ключ VT1 розімкнений і конденсатор заряджається через послідовно включені резистори R1 і R2 до рівня 2Е/3. Після досягнення цього рівня ключ VT1 замикається і конденсатор С1 розряджається через резистор R1 до рівня Е/3. Після чого ключ розмикається і процес заряду-розряду повторюється. Час заряду і розряду не залежать від напруги живлення.
Час тривалості імпульсу (рівень сигналу на виході 3 високий) визначається виразом