Разработка автоматического устройства (стр. 1 из 2)
1)
2) Задание на курсовой проект. ВАРИАНТ 8
Исходные данные:
Мультивибратор
tи1 = 0,4 мкс ; Uп.ф/ Uз.ф = 0,78 В ; Т = 0,7 мкс ;
Заторможенный мультивибратор
tи2 = 0,4 мкс ; Uп.ф/ Uз.ф = 0,78 В ;
Двоичный суммирующий счетчик
К = 57 ;
Стабилизатор компенсационного типа
Iн.стаб = 140 мА ; δU = 0,1 %В;
Серия ИС: К531 ;
Структурная схема автоматического устройства
Принцип работы:
При включении автоматического устройства стабилизатор 6 подает питающее напряжение на все функциональные узлы схемы. При этом триггер 2 специальным входным сигналом ("R") устанавливается в нулевое состояние. Автоколебательный мультивибратор 5 начинает вырабатывать последовательность прямоугольных импульсов с заданными параметрами, которые подаются на вход комбинационной схемы 1. На выходе комбинационной схемы 3 при этом импульсы отсутствуют, так как триггер 2 не дает единичный разрешающий сигнал. Входной запускающий импульс с произвольной длительностью и амплитудой (не менее 2,4 В) запускает заторможенный мультивибратор 1, который своим выходным импульсом с заданной амплитудой и длительностью переключает триггер 2 в единичное состояние .Запускающий импульс должен установить все триггеры двоичного счетчика 4 в нулевое исходное состояние. Как только триггер 2 переключился в единичное состояние, комбинационная схема 1(блок 3)
начинает пропускать импульсы мультивибратора на вход двоичного суммирующего счетчика, который подсчитывает их количество. Как только количество подсчитываемых импульсов достигает заданной величины, комбинационная схема 2 (блок 7) вырабатывает сигнал, который переключает триггер 2 в нулевое состояние, после чего импульсы мультивибратора не подаются на вход счетчика 4.Схема фиксируется в этом состоянии до прихода следующего запускающего импульса.
Управляющий сигнал с комбинационной схемы 2 подается на один из входов комбинационной схемы 3 и при этом содержимое счетчика передается на выходную шину устройства BD.
3) БЛОК 1 .
Заторможенный мультивибратор:
 |
а).Принципиальная схема:
б). Принцип действия:
В исходном состоянии и ИЛЭ ТТЛ DD1.1 DD1.2 находятся в нулевом и единичном состояниях соответственно . Под действием запускающего импульса (в момент t = t1) логические элементы изменяют свои состояния на противоположные , времязадающий конденсатор начинает заряжатся через выход ИЛЭ ТТЛ DD1.2 и резистор R.
Напряжение UВХ2 на выходе ИЛЭ ТТЛ DD1.2 экспотенциально изменяется от Emax, стремясь к нулю . Формирование рабочего импульса длительностю tU заканчивается при UВХ2(tU) = U1n , так как дальнейшее уменшение входного напряжения приводит к увеличению выходного напряжения ИЛЭ ТТЛ DD1.2.
При t > t1 в мультивибраторе развивается регенеративный процесс, по окончании которого ИЛЭ возвращается в исходное состояние , а напряжение UВХ2 уменшается скачком от UВХ2 до (U1n -Е1вых). Далее мультивибратор в два этапа возвращается в исходное состояние . Сначала конденсатор С разряжается через смещенный в прямом направлении диод VD, а затем после запирания диода перезаряжается входным вытекающим током ИЛЭ, DD1.2, а напряжение UВХ2 стремится к значению U1ВХ.
в) Расчет:
Для получения прямоугольной формы выходных импульсов заторможенного мультивибратора сопротивление времязадающего резистора R должно удовлетворять условию:
 |
 |
Реальные значения найдем из соотношения:
R = 0,532 кОм;
Время востановления мултивибратора :
 |
tв≈ 0,357 мкс ;
 |
Длительность импульса:
Тогда:С ≈ 0,44 пкФ;
Чтобы мультивибратор успевал востанавливатся период повторения запускающих импульсов выберем следующим образом:
T > tИ + tВ > 0,757мкс ;
4) БЛОК 2. Триггер:
В качестве логических элементов используем два элемента “ИЛИ–НЕ” микросхемы К531ЛЕ1
a) Схема асинхронного RS-триггера на элементах ИЛИ-НЕ:
 |
б) Описание:
Триггер RS-типа представляет собой устройство, имеющее два информационных входа: R и S.Один из выходов триггера называют прямым и обозначают Q, другой инверсным и обозначают . Состояние триггера отождествляют с сигналом на прямом выходе.В нем возможны два устойчивых состояния .При R = 0 и S = 1 триггер принимает состояние 1 (Q = 1), а при R = 1 и S = 0 –состояние 0 (Q = 0). Для триггера RS-типа комбинация R = 1 и S = 1, является запрещенной , так как после такой комбинации состояние триггера будет неопределенным и он может оказатся или в нуле, или в единице.
Соединения логических элементов таковы,что если на входе одного из них установлен потенциал, соответствующий коду 0, то на выходе другого будет потенциал логической единицы.Изменение сигналов на выходах триггера приводит тому, что схема принимает новое устойчивое состояние, в котором
может находится как угодно долго. При любом начальном состоянии триггера Q подача на вход S кодо 0 приводит к появлению 1 на выходе
(Q = 0 ) , а подача потенциала логического 0 на вход R вызывает появленние на выходе сигнала Q = 0.
Для переключения такого триггера в состояние “1” на вход S необходимо подать сигнал,соответствующий “0”.
5) БЛОК 3. Комбинационная схема 1:
Логический элемент И на два входа.
В качестве логического элемента “И” Используем один элемент микросхемы К531ЛИ1
 |
Логический элемент “И” реализует операцию логического умножения (конъюкции), смысл которого в том, что сложное высказывание истинно только в том случае, если истинны все составля ющие его простые высказывания.
6) БЛОК 5
Автоколебательный мультивибратор:
В качестве логических элементов используем два оставшихся элемента “И–НЕ”
Микросхемы К531ЛА3.
а).Принципиальная схема:
 |
б) Описание принцыпа действия.
В состав мультивибратора входят: два инвертора на двухвходовых ИЛЭ
И-НЕ DD1.1, DD1.2, резисторы R1, R2 и конденсаторы C1, C2 времязавдающие цепи (ВЗЦ), защитные(демпфирущие) диоды VD1, VD2.
При работе мультивибратора в автоколебательном режиме инверторы DD1.1, DD1.2 поочередно находятся в единичном и нулевом состояниях. Время прибывания инверторов в нулевом или единичном состоянии определяется временем заряда одного из конденсаторов С1 или С2.Если ИЛЭ DD1.1 находится в единичном состоянии, а DD1.2 в нулевом (t = 0), то конденсатор С1 заряжен током, протекающим через выход ИЛЭ DD1.1 и резистор R1. К как диод VD1 при этом закрыт, то ток, протекающий через него , как и входной ток ИЛЭ DD1.2, пренебрежимо мал и не оказывает существенного влияния на процесс заряда конденсатора . По мере заряда конденсатора С1 входное напряжение U(2 ) вх инвертора DD1.2 уменшается по экспотенциальному закону с постоянной τ1 , стремясь к нулевому уровню.
Когда напряжение U(2 ) вх достигает порогового напряжения U(1) n ниже которого дальнейшее уменьшение входного напряжения приводит к уменьшению выходного напряжения инвертора ТТЛ, в мультивибраторе развивается регенеративный процесс, при котором состояние элементов DD1.1, DD1.2 изменяются на противоположные (t = t1). Скачкообразное уменьшение выходного напряжения U(1 ) вых ИЛЭ DD1.1 вызывает уменьшение выходного напряжения U(2 ) вх , что приводит к быстрому разряду конденсатора С2 с постоянной времени τ2 в противоположной ветви мультивибратора (t = t2).
При периодически повторяющихся процессах , на выходах ИЛЭ DD1.1, DD1.2 формируются два изменяющихся в противофазе импульсных напряжения с длительностями tU1 и tU2 .
в). Расчет устройства.
 |
Определим длительность выходного импульса :
tИ2 = 0,3 мкс;
Так как tИ1 ≠ tИ2, мультивибратор несиметричен и С1≠ С2.
Выходные импульсы мультивибратора по форме близки к прямоугольным.
 |
Отношение амплитуд переднего и заднего фронтов выходного напряжения определяется соотношением:
Где R = R1 для выходных импульсов ИЛЭ DD1.1, R = R2 для выходных импульсов ИЛЭ DD1.2
Вычислим значения резисторов R1, R2:
R = R1 = R2 = 35,455 кОм ;
 |
Вычислим значения конденсаторов C1, C2:
Из выражений для длительности импульсов на выходах мультивибратора: