![]() |
РУБРИКИ |
Проектирование устройства логического управления (разработка электронного автомата) |
РЕКЛАМА |
|
Проектирование устройства логического управления (разработка электронного автомата)Проектирование устройства логического управления (разработка электронного автомата)32 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ Пояснительная записка по дисциплине: ”Элементы систем автоматики” на тему: "Разработка устройства логического управления." Содержание
Рис.2 Упрощенный направленный граф автомата Мура. 1.3 Кодирование внутренних состояний и выбор типа памятиПоскольку автомат имеет шесть внутренних состояний, потребуется использовать трехразрядный код и соответственно три ячейки памяти. Это следует из формулы: n= [целая часть (log2N)] +1,где N - число внутренних состояний автомата; n - количество ячеек памяти.В качестве элементов памяти применяются динамические D - триггеры, таким образом, автомат будет синхронным. Отказ от разработки асинхронного автомата связан со сложностью кодирования состояний асинхронного автомата с учетом эффекта "гонок". В связи с этим надежность асинхронного автомата при воздействии внешних возмущений, которые присутствуют в промышленных условиях, будет невысокой. Например, наличие импульсных помех в сигнальных цепях внешних датчиков и каналов связи может привести к ложным переключениям логических элементов, если не использовать дополнительных мер по защите от помех. При этом синхронный автомат более устойчив к импульсным помехам, так как входной сигнал D - триггера должен быть зафиксирован заранее, до прихода тактового перепада, на время не меньшее чем защитный интервал.1.4 Определение логических функций возбуждения памятиОпределим функции возбуждения памяти. При составлении функций возбуждения памяти учитываются только те переходы, включая петли, при которых в соответствующем разряде логический "0" меняется на "1" или "1" сохраняется.__ __ ___ __ ___ __ __ ___ __ __ __ __ ___D2=g2g1g0B2+g2g1g0B2 +g2g1g0F1 +g2g1g0B2+g2g1g0B2+g2g1g0B1;__ __ __ __ __ ___ __D1=g2g1g0?t +g2g1g0F2+g2g1g0F1;__ __ __ __ __ ___ __ __ __ ___ __ __ ___D0=g2g1g0 F2+g2g1g0?t+g2g1g0?t +g2g1g0B2+g2g1g0B2.Упростив выражения, применяя алгебру логики, получим:__ __ ___ __ __ __ __ ___D2=g2g1g0 1 +g2g1g0F1 +g2g1g0 1 +g2g1g0B1;__ __ __ __ __ ___ __D1=g2g1g0?t +g2g1g0F2+g2g1g0F1;__ __ __ __ __ __ ___ __ __ ___D0=g2g1g0 F2+g2g1g0 1 +g2g1g0B2+g2g1g0B2.Теоретически возможны дальнейшие преобразования приведенных выражений и их минимизация в ещё большей степени, но в данном случае минимизация производилась с учетом использования мультиплексоров при реализации автомата с целью снизить количество корпусов микросхем.Таким образом, число элементарных логических элементов в схеме автомата будет сведено к минимуму.Составление таблицы переходов.Составим таблицу переходов (таблица 1):Таблица 1
Рис.3 Схема управляющего автомата. 1.6 Моделирование автоматаСоставление модели в OrCAD на основе полученных упрощенных выражений.Рис.4 Схема управляющего автомата при моделировании. Результаты моделирования схемы автомата. Подставляя на соответствующие входы значения проверяем правильность составления модели: 1) F2 2) F2B2B1 3) F2B2 4) F2B1 5) F2 6) F2 F1 7) B1 8) B2 1.7 Выбор элементной базыС учётом промышленного назначения проектируемого автомата целесообразно использовать ТТЛ-логику (для простоты коммутации - так как часть входных сигналов задается уровнем ТТЛ (b1) при напряжении питания 12 В). Для реализации автомата потребуются микросхемы: 2 8-входовых мультиплексора (74151А), 1 4-входовый мультиплексор, 3 D-триггера с дополнительными входами установки и сброса (7474), 4 элемента НЕ (7404), 2 элемента И-НЕ (7400). Также в состав автомата входят некоторые другие микросхемы, которые будут рассмотрены при разработке соответствующих функциональных блоков.Выбираем следующие элементы:3 D-триггера КР1533ТМ2 (2 триггера в одном корпусе)4 логических элементов НЕ - КР1522ЛН1 (6 эл. в 1 корпусе)2 логических элементов 2И-НЕ - КР1533ЛА3 (4 эл. в 1 корпусе)2 8-входовых мультиплексора1 4-входовый мультиплексор2. Выбор аналоговых элементовСветодиоды VD1,VD2-АЛ307БМ.Общие сведения о данных светодиодов занесены в таблицу (таблица ):
Светодиод VD3-АЛ119А. Общие сведения: Пост. пр. напряжение (Uпр) В, не более……3 Iпр, мА……………………………………...300 Электролампа (60 Вт, 127 В). Датчик освещенности. Датчик освещенности выбираем из условия, что измерения будут производиться в диапазоне 50…200лк. Датчик [2] позволяет измерять действующее значение освещенности и в зависимости от этого формирует выходное напряжение. Внешний вид датчика приведен на рис.5. Рис.5 Внешний вид датчика освещенности В таблице ниже приводятся характеристики и параметры датчика освещенности
Датчик устанавливается в разъём RJ-11. Внешний вид разъёма приведен на Рис.6. Рис.6. Внешний вид разъёма RJ-11 Назначение контактов разъема RJ-11 представлено в таблице ниже.
Рис 12. Рис 13. Схема реализации функции F1 в программе OrCAD представлена на рис. Рис 14. Полученные графики представлены на рис 15. При f=2500 Гц. При f=10000 Гц. При f=500 Гц. Рис 15. Графики зависимости Uвых (t) и Uвх (t) 3.7 Устройство реализации функции F2Задание: F2=Uвых=5lnUH-UH, Х2 = 5В.Для реализации задания потребуется логарифматор и аналоговый вычитатель. Схема реализации функции F2>X2 представлена на рис16.Логарифмический усилитель предназначен для получения выходного напряжения, которое пропорционально логарифму входного напряжения. Для этого можно использовать характеристику диода или транзистора. Я использовал характеристику транзистора. В этой схеме дифференциальный усилитель на транзисторах Т1 и Т2 служит для логарифмирования. Выходное напряжение логарифматора считается по следующей формуле:при Ue, Uопорн > 0,Ut=0,02586 В.Величина сопротивления R5 в это выражение не входит. Этот резистор выбирают таким образом, чтобы падение напряжения на нём не превышало выходного напряжения операционного усилителя. Конденсаторы С1 и С2 служат для дополнительной частотной коррекции. Компенсация температурной зависимости Ut выполняется с помощью резистора R4, имеющего положительный температурный коэффициент порядка 0,3% К.Выбираем следующие значения сопротивлений и конденсаторов из ряда Е96:R1 С2-23 0,125/0,25 1% 200 Ом, R2 С2-23 0,125/0,25 1% 2кОмR3 С2-23 0,125/0,25 1% 4 кОм, R4 ТРП-27 22 Ом.Аналоговый вычитатель напряжения рассчитываем по следующей формуле:Выбираем следующие значения сопротивлений из ряда Е96:R6,R7, R8,R9 С2-23 0,125/0,25 1% 2кОм,R5 С2-23 0,125/0,25 1% 200ОмКомпаратор К554СА2.Рис 16. Схема получения Uопорн представлена на рис17. Использую микросхему REF200, содержащую в одном корпусе 2 источника тока. Выбираем резистор R из ряда Е96 С2-23 0,125/0,25 1% 100кОм. При таком значении получаю значение Uоп = 10В. Для получения напряжения сравнения Uоп = 5В выбираем резистор R С2-23 0,125/0,25 1% 50кОм. Рис 17. Схема реализации функции F2 в программе OrCAD представлена на рис 18. Рис 18. Полученный график представлен на рис 19. Рис 19. Графики зависимости Uвых (t) и Uвх (t) 4. Разработка устройств сопряжения по выходу4.1 Согласование электролампы с выходом автоматаПо заданию требуется управлять электролампой с параметрами В, 60Вт.Для сопряжения автомата с электролампой используем твёрдотельное реле DPA6119 со следующими параметрами:Управление: постоянное напряжение 3,5…10В;Коммутируемое переменное напряжение ~20…280В;Максимальный ток нагрузки 1А;Время вкл. и выкл.10мс.Схема включения:Рис.20 Схема включения твёрдотельного реле. Резистор R1 предназначен для ограничения входного тока реле на уровне10 мА: R1= (5-1,2) /0,01=380 Ом. Ближайшее стандартное - 383 Ом из ряда Е48. 4.2 Согласование светодиодов с выходом автоматаРис.21 Индикация исполнительных устройств.Используемые элементы:Выбираем резистор R1 из ряда Е96 С2-23 0,125/0,25 1% 270Ом.Светодиод АЛ307АМ, с параметрами UПР = 2В, IПР =10 мА.Выбираем резистор R2 из ряда Е96 С2-23 0,125/0,25 1% 5,6Ом.Светодиод АЛ119А, с параметрами UПР = 3В, IПР =300 мА.5. Устройство индикации мгновенного значения F2Для реализации устройства индикации индукции воспользуемся индикатором ИЖЦ 5-4/8. Индикатор имеет 4 разряда и работает в статическом режиме. Типовая схема включения преобразователя, его соединения с жидкокристаллическим индикатором и четырьмя элементами ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, необходимыми для управления десятичными запятыми индикатора, показана на рис.22. Жидкокристаллический индикатор полностью управляется АЦП типа К572ПВ5. Также воспользуемся делителем напряжения, и повторителем.Выбираем сопротивления для делителя напряжения: R1 - С2-23 0,125/0,25 1% 10 кОм; R2 - С2-23 0,125/0,25 1% 10 кОм.В преобразователе К572ПВ5 использован принцип двойного интегрирования, в соответствии с которым вначале разряженный интегрирующий конденсатор Синт заряжают определенное время током, пропорциональным измеряемому напряжению, а затем разряжают строго определенным током до нуля. Время, в течение которого происходит разрядка и разрядка конденсатора, будет пропорционально измеряемому напряжению. Это время измеряют с помощью счетчика импульсов; с его выхода сигналы подают на индикатор.Пределы входного напряжения устройства зависят от образцового напряжения Uобр и определяются соотношением Uвх. max=±1,999 Uобр. Текущие показания индикатора должны выражаться числом, равным 1000 Uвх/Uобр, однако на практике они ниже на 0,1...0,2%. В основном используют частоту тактового генератора равную 200, 100, 67, 50, 40 КГц. Период измерений при тактовой частоте 50 кГц равен 320 мс. Иначе говоря, прибор производит 3 измерения в секунду.Преобразователь оснащен двумя встроенными источниками питания, один напряжением 2,9±0,5 В, а второй - около 5 В. Плюс первого соединен с выв.1, а минус - с выв.32 (этот вывод принято считать общим проводом аналоговой части преобразователя). У второго источника плюс на том же выв.1, а минус - на выв.37. На выходе F преобразователь вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов вида "меандр" с частотой, в 800 раз меньшей тактовой (62,5 Гц при fт = 50 кГц). На выходах, подключаемых к элементам цифр индикатора, напряжение имеет ту же амплитуду, форму и частоту, но оно синфазно с напряжением на выходе F для невидимых элементов и противофазно для видимых. Низкий уровень этих импульсов соответствует - 5 В (выв.37), а высокий - нулю (выв.1). Для управления четырьмя десятичными запятыми необходимы дополнительные четыре логических элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (DD2). Они повторяют фазу "меандра" для неиндицируемых запятых и инвертируют ее для той, которая должна быть видна.Рис.22 Схема включения АЦП и индикатора контролируемого параметра ЗаключениеВ результате выполнения курсовой работы был выполнен структурный синтез устройства логического управления, выбор элементной базы; синтез сопряжения по входу и выходу, таймера, тактового генератора и устройства индикации.В курсовой работе контролируемой величиной является освещенность, измеряемая датчиком освещенности, который позволяет измерять действующее значение освещенности и в зависимости от этого формирует выходное напряжение. При этом требовалось нормирование контролируемой величины, приведение её к шкале 10В для согласования датчика с преобразователем аналоговых сигналов, реализующий функцию F2.Дискретный автомат был реализован на базе мультиплексора, в качестве элементов памяти были применены динамические D - триггеры.При выборе схем, реализующих заданные передаточные функции, вспомогательные функции и реализация коммутаций устройств со схемой автомата Мура, были выбраны: таймер, тактовый генератор, устройство начального пуска, устройство реализации функции F1 и F2, устройства опорного напряжения, устройства сопряжения, устройство индикации.При разработке устройства индикации, в качестве преобразователя аналогового сигнала в цифровой использована микросхема КР572ПВ5, которая представляет собой преобразователь на 3,5 десятичных разрядов, работающий по принципу последовательного счета с двойным интегрированием, с автоматической коррекцией нуля и определением полярности входного сигнала. Адекватность работы дискретного автомата и преобразователей F1 и F2 была проверена с помощью моделирования в программном комплексе OrCAD 9.1. В результате выполнения курсовой работы были получены навыки разработки и моделирования цифровых и аналоговых устройств.Список литературы1. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроники и микропроцессорная техника. - М.: Высшая школа. 2005. - 790 с. 2. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. - М.: Мир. 1982. - 512 с. 3. Быстров Ю.А., Мироненко И.Г. Электронные цепи и схемотехника. - М.: Высшая школа. 2002. - 384 с. 4. Дубровский В.В., Иванов Д.М. Резисторы: Справочник. - М.: Радио и связь 1991. - 528 с. 5. Якубовский С.В., Ниссельсон Л.И., и др. Цифровые и аналоговые микросхемы: Справочник. - М.: Радио и связь. 19980. - 496 с. 6. Радио. №9, 1990.80с. 7. Техническая документация сайтов http://tomschools.ru, http://www.nightbird.ru/help.html |
|
© 2007 |
|