Главная Обратная связь

Дисциплины:






Описание схемы электрической принципиальной



Электрическая принципиальная схема синтезируемого утройства приведена в Приложении 2.

Работает она следующим образом. Шестнадцать входных напряжений с разъема Х1, который служит также для подключения питающих напряжений к схеме ( ), поступают на входы аналогового мультиплексора (микросхема DD4). Подключение канала к АЦП (DD9) зависит от значения кода, поданного на адресные входы DD4.

Формирование кода адреса канала в автоматическом режиме работы осуществляется следующим образом. Генератор тактовых импульсов DD2 формирует импульсы прямоугольной формы заданной длительности и частоты, которые поступают на счетный вход С2 трехразрядного двоичного счетчика DD1. Полученные сигналы с выхода DD1 поступают на адресные входы A6, A7, A8 ПЗУ управления мультиплексором DD5. При этом на адресных входах А0…А5 будет логическая единица, а на входах А9 и А10 - логический ноль. Последовательность значений на выходах А6, А7, А8 (c выходов счётчика DD1) формируют адрес ПЗУ управления мультиплексором (00ХХХ111111, где ХХХ – А8, А7, А6), по которому записаны значения кодов каналов напряжения аналогового мультиплексора DD4 в заданной для автоматического режима работы последовательности - 0, 9, 1, 10, 2, 11, 3, 12.

При нажатии на одну из кнопок S1...S16 происходит переход из автоматического режима работы в ручной на заданное время, равное 2,8 с. Нажатая кнопка кодируется с помощью двух шифраторов DD7, DD8 (для каждой группы кнопок - 1…8 и 9…16 - свой трёхразрядный код). Выходы шифраторов DD7, DD8 подключены к адресным входам А0…А5 ПЗУ управления мультиплексором DD5. Таким образом, значение кода на адресных входах ПЗУ DD5 будет иметь следующий вид: YY000XXXXXX, где ХХХХХХ - А5…А0 соответственно. По этим адресам в ПЗУ записаны значения кодов каналов напряжения аналогового мультиплексора DD4 в ручном режиме (для каждой кнопки S1…S16 соответственно номеру канала).

На выходах E0 шифраторов DD7, DD8 формируются сигналы низкого логического уровня при разомкнутых кнопках S1...S16, и сигнал высокого логического уровня при нажатии на любую кнопку. Эти сигналы (от обоих шифраторов) объединяются с помощью логического элемента 2ИЛИ-НЕ DD6; полученный сигнал управляет запуском таймера DD3, который формирует стробирующий импульс длительностью 2,8 с. С выхода таймера DD3 этот импульс подается на входы R01, R02 счетчика DD1; счётчик останавливается, обнуляется и переходит в режим ожидания разрешения счёта. Счёт возобновляется после снятия стробирующего импульса, т.е. через 2,8 с. Помимо этого, стробирующий импульс разрешает индикацию (он проходит через инвертор DD10 и разрешает запись в буферные регистры DD17 - DD20). Информация, записанная в буферных регистрах DD17 - DD20, выводится на светодиодные семисегментные матицы HG1 - HG4. На матрице HG2 подсвечивается разделительная точка, разделяя таким образом целую и дробную части напряжения (в вольтах).



Выбранный канал напряжения с помощью аналогового мультиплексора DD4 подключается к АЦП DD9. Информация, оцифрованная с помощью DD9, попадает на ПЗУ управления индикацией напряжения DD13 - DD16, где преобразуется в семисегментный код и подается на входы буферных регистров DD17 - DD20 для дальнейшей индикации. Параллельно выходной код АЦП DD9 с помощью двух ПЗУ преобразователя кода (ПК) DD11, DD12 преобразуется в одиннадцатиразрядный код с количеством нулей, равным четырём. Для хранения этого кода, на протяжении следующего цикла преобразования, в схеме стоят буферные регистры DD23, DD24, выходы которых выведены на разъём X2, использующийся для подключения внешних устройств обработки сигналов.

Во время работы выбранного канала напряжения адресный код, поданный на мультиплексор DD4, поступает на адресные входы ПЗУ управления индикаторами номера канала DD21 - DD22, в которых происходит преобразование кода в семисегментный для отображения номера канала на матрицах HG5 - HG6. В автоматическом режиме работы выходы ПЗУ DD21 - DD22 находятся в высокоимпедансном состоянии (отсутствует стробирующий импульс с выхода таймера DD3), и индикаторы номера канала отключены.

3. Расчётная часть

3.1. Расчёт параметров аналого-цифрового преобразователя

Определим динамический диапазон системы (с учётом технического задания):

В; (3.1.1)

Для решения задачи выбора интегрального (в данном случае) АЦП вычислим его основные параметры - разрядность и время преобразования, исходя из условий технического задания.

Для облегчения вычислений предположим, что основную часть погрешности даёт погрешность при квантовании по уровню; тогда необходимое количество уровней квантования для обеспечения заданной погрешности вычислим по формуле:

; (3.1.2)

где: - погрешность преобразования.

Исходя из необходимого количества уровней квантования, определим разрядность АЦП:

; (3.1.3)

Так как , то примем .

По теореме Котельникова верхняя частота спектра сигнала определяется следующим образом:

; (3.1.4)

где: - необходимый и достаточный период дискретизации.

Таким образом, из (3.1.3) получаем формулу для нахождения частоты дискретизации:

Гц; (3.1.5)

В реальной системе кроме времени собственно оцифровки сигнала присутствует дифференциальная составляющая, равная времени, затрачиваемому системой на прочие операции. Пусть эта составляющая равна периоду дискретизации, т.е.:

мкс; (3.1.6)

Тогда суммарное время преобразования АЦП не должно превышать значения:

мкс; (3.1.7)

С учётом циклического опроса восьми датчиков, получим интервал между преобразованиями, равный:

мкс; (3.1.8)

Опираясь на найденные значения, выберем интегральный АЦП AD571 фирмы Analog Devices [4]. Данный АЦП по уровням входных напряжений в однополярном включении ( В) полностью удовлетворяет требованиям технического задания, и не нуждается в согласовании с входными уровнями системы. Таким образом, при отсутствии сигнала на входе АЦП выдаёт код 0000000000; при уровне напряжения В код на выходе АЦП - 1111111111.

С целью обеспечения непосредственно коммутации входных каналов используется шестнадцатиканальный аналоговый мультиплексор ADG406 фирмы Analog Devices [4].

3.2. Расчёт параметров генератора и счётчика тактовых импульсов

Генератор тактовых импульсов построен на ИМС таймера DD2 типа КР1006ВИ1, которая включена в режиме мультивибратора.

Зададимся значениями длительности периода:

мкс; (3.2.1)

Тогда длительность импульса будет равна:

с; (3.2.2)

Используя документацию на ИМС таймера КР1006ВИ1, найдём значения номиналов резисторов R2, R3 и конденсаторов С1, С2:

; (3.2.3)

Задавшись значением номинала конденсатора С1 - 0,01 мкФ, найдем из (3.2.3), с учётом (3.2.1) и (3.2.2), значение номинала резистора R3:

Ом; (3.2.4)

Выбираем стандартный резистор сопротивлением 3,3 кОм.

Также известно, что:

; (3.2.5)

Таким образом, из (3.2.2) и (3.2.5) найдём значение номинала резистора R2:

Ом; (3.2.6)

Выбираем стандартный резистор сопротивлением 3,2 кОм.

Значение номинала конденсатора С2 выбираем, также используя документацию на ИМС таймера КР1006ВИ1, равным 0,025 мкФ.

В качестве счётчика импульсов DD1 выбираем ИМС четырёхразрядного двоичного счётчика типа HCT74LS93C1.

ИМС HCT74LS93C1 представляет собой четырёхразрядный двоичный счетчик, выполненный на двухступенчатых триггерах JK-типа. Счётчик имеет два счётных входа - С1 и С2, и два входа установки нуля - R01 и R02. Так как вход Q1 не соединен с последующими триггерами, то возможна работа ИМС в качестве четырёхразрядного двоичного счётчика (счётные импульсы подаются на вход С1) и трёхразрядного двоичного счётчика (счётные импульсы для этого должны подаваться на вход С2; использован в данном устройстве).

Входы установки нуля счётчика - R01 и R02, при одновременной подаче на них уровня логической единицы, обеспечивают прекращение счета и возвращают все четыре триггера в состояние низкого уровня. При разрешении счёта хотя бы на одном из этих входов должно присутствовать напряжение логического нуля.

Значение сопротивления R1 находим из условия:

Ом; (3.2.7)

где: - ток источника питания, взят из документации на ИМС HCT74LS93C1.

Выбираем стандартный резистор сопротивлением 560 Ом.

3.3. Расчёт блока клавиатуры

Блок клавиатуры состоит из двух групп кнопок - S1...S8 и S9...S16, по 8 кнопок в каждой группе. Для реализации устройства выберем кнопки серии 0673, допустимый ток 50мА, напряжение 12В. При отсутствии нажатия на кнопки в устройстве установлены резисторы подтяжки R6 и R7 (сборки из восьми резисторов). Номинал сопротивлений сборок определяем из условия:

Ом; (3.3.1)

Выбираем стандартные резисторы сопротивлением 270 Ом.

Для устранения эффекта «дребезга контактов» при нажатии на кнопки S1…S16 установим конденсаторы C5...C20 номиналом 100 нФ.

Каждая группа кнопок подключена соответственно к шифраторам DD7, DD8. Резисторы R8, R9 - для ограничения тока шифраторов. Определим значение их сопротивлений с учётом входного тока шифраторов (взят из документации на ИМС шифратора типа HC74LS148N):

Ом; (3.3.2)

Выбираем стандартные резисторы сопротивлением 330 Ом.

ИМС шифратора HC74LS148N представляет собой шифратор приоритетов на восемь входов и три выхода. Данная ИМС предназначена для преобразования сигналов в двоичный код. Активным для шифратора на входе и выходе является низкий уровень. Преобразование происходит при подаче на разрешающий вход Е1 низкого уровня. Выход Е0 является выходом И входных шин шифратора.

Путём объединения входов Е0 обоих шифраторов DD7, DD8 с помощью ИМС логического элемента 2ИЛИ-НЕ DD6 типа 5402FM, получим сигнал управления включением таймера DD3 по нажатию одной из клавиш S1...S16.

3.4. Расчёт параметров таймера

Для реализации временной задержки в ручном режиме работы устройства по нажатию одной из клавиш S1...S16 запускается ИМС таймера типа КР1006ВИ1. Длительность формируемого на его выходе импульса равна 2,8 с. Параметры внешних элементов таймера находим, исходя из документации на данную ИМС.

Выберем ёмкость конденсатора C3 равной 1 мкФ; тогда суммарное сопротивление резисторов R4 и R5 определяется условием:

Ом; (3.4.1)

Выбираем в качестве резистора R5 резистор сопротивлением 2.5 МОм.

Для точной установки временной задержки используем в качестве R4 переменный резистор сопротивлением 47 кОм.

Значение ёмкости конденсатора С4 с учётом документации на данную ИМС выбираем равным 0,025 мкФ.

3.5. Расчёт блока индикации

Индикаторы HG1 - HG6 выбираем типа HDSP-A901A. Цвет свечения - зелёный, потребляемый ток 10 мА. Номинал ограничительных резисторов найдем из следующего условия:

Ом; (3.5.1)

Выбираем стандартные резисторы сопротивлением 510 Ом.





sdamzavas.net - 2020 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...