Светодинамические установки (стр. 3 из 10)
Делитель частоты содержит: микросхему серии К555ТМ2 (D-триггер) -DD2.2 и микросхему серии К555ИЕ8 (программируемый счетчик с входом для переключения коэффициента, на который можно разделить входную тактовую частоту) - DD4. Делитель частоты представляет собой счетчик до 128 (DD2.2 делит частоту на 2, DD4 делит частоту на 64, в итоге делитель делит частоту на 128).
Формирователь кода состоит из: микросхемы серии К555ТЛ2 (инвертирующий усилитель с порогом Шмитта) - DD3.4, DD3.5, DD3.6; микросхемы серии К555ЛА3 (логическая функция И с инверсией) – DD6.1, DD6.2; микросхемы серии К555ИЕ7 (четырехразрядный реверсивный счетчик) – DD7.
Формирователь сброса включает в себя такие элементы: интегрирующая RC-цепочка, реализованная на резисторе R8 и конденсаторе C12, а также микросхема серии К555ТЛ2 (инвертирующий усилитель с порогом Шмитта) -DD1.1, DD1.2.
Переключатель направления реализован единственным элементом – микросхемой серии К555ТМ2 (D-триггер) - элемент DD2.2 на схеме Э3.
Сдвиговый регистр представлен микросхемой К555ЛА3 (логическая функция И с инверсией) – DD6.3, DD6.4 и микросхемой К555ИР11 (универсальный четырехразрядный сдвиговый регистр, с помощью которого можно строго синхронно сдвигать цифровое слово вправо и влево) – DD9. Когда на входах S0 и S1 находится комбинация 11, происходит занесение комбинации свечения с микросхемы DD7.
Индикатор режимов реализуется светодиодами VD17-VD20 красного, желтого, зеленого и синего цветов и резисторами R12-R15.
Схема управления нагрузкой содержит такие элементы: контакты для соединения с нагрузкой, тиристоры VD5-VD8, микросхему К155ЛН5 (шесть буферных инверторов с открытыми коллекторами) – DD5.1–DD5.4, микросхему К555ЛА3 (логическая функция И с инверсией) – DD8.1–DD8.4, резисторы R4–R7, а также диоды VD1-VD4.
Блок питания состоит из: трансформатора Т1, двух диодных мостов VD9-VD12 и VD13-VD16, делителя напряжения R1, R2, транзистора VT1, фильтров по питанию С2-С11, микросхемы 142ЕН5А (стабилизатор напряжения), конденсатора С1 и резистора R1. Блок питания вырабатывает два типа напряжения: +12 В – нестабилизированное, +5 В – стабилизированное. Нестабилизированное напряжение идет через диодный мост VD9-VD12, сглаживается конденсатором С1. Стабилизатор DA1 преобразует +12 В нестабилизированного напряжения в +5 В стабилизированного. VD13-VD16 – детектор прохождения Uпит через ноль.
3. ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
В данном бакалаврском проекте разрабатывается устройство на логических элементах (микросхемах ТТЛ-технологии). Подобное устройство может обеспечить достаточное количество световых эффектов, необходимых для работы светодинамической установки. Приоритетным направлением проектирования в данном проекте является максимизация количества и разнообразия световых эффектов, создаваемых установкой.
Для проектирования СДУ выбираются радиотехнические элементы, отвечающие следующим критериям:
- элемент должен быть широко распространенным для обеспечения взаимозаменяемости в случае поломок;
- элемент должен иметь низкую стоимость;
- должно обеспечиваться низкое энергопотребление, т.к. предполагается использовать данное устройство в бытовых условиях;
- номинальные значения элемента должны точно соответствовать рассчитанным значениям.
3.1 Выбор элементной базы
1. Для проектирования СДУ нам понадобятся два типа конденсаторов: электролитические и керамические.
Конденсаторы К50-16 – конденсатор оксидно-электролитический, алюминиевый. Конденсатор постоянной емкости, общего назначения. Отклонение емкости от номинальной составляет 0,1%. Достоинство – широкое распространение.
Конденсаторы КМ6 – керамический монолитный. Достоинства – простота и дешевизна.
2. Выбираются резисторы С2-29 – непроволочные, тонкослойные, металлодиэлектрические, металлоокислые.
Данные резисторы отличаются высокой стабильностью параметров, слабой зависимостью сопротивления от частоты и напряжения и высокой надежностью. Отклонение сопротивления от номинального составляет 0,1%. Очень стойки к большим температурам. Широко распространены в радиотехнике.
3. В качестве светодиодов выбирается серия АЛ102В – данный тип светодиодов получил широкое распространение как в быту, так и в промышленной электронике. Очень компактны, потребляют очень мало энергии.
4. При проектировании устройства управления светодинамической индикацией необходимо использовать транзистор. Его выбор определяется следующими условиями: он должен быть биполярным, n-p-n типа.
Транзисторы КТ315A - транзисторы кремниевые планарно-эпитаксиальные n-p-n. Выпускаются в пластмассовом корпусе. Масса не более 0,18г. Обладают очень маленьким обратным током коллектора, коэффициент усиления от 20 до 90.
5. В качестве основных выбраны микросхемы 555-й серии, т.к. эта серия имеет низкое энергопотребление, широко распространение, имеют низкую стоимость, а также серия содержит всю требуемую номенклатуру, за исключением выходного усилителя, выполненного на микросхеме 155ЛН5, обеспечивающей требуемый (повышенный) выходной ток для управления тиристором.
6. Стабилизированный блок питания выполнен на микросхеме 142ЕН5А, реализующей блок питания +5В без дополнительной обвязки.
7. Диоды типа КД202Р обеспечивают выпрямление напряжения сети с током до 10 А.
8. Диоды КД208А обеспечивают выпрямление первичного напряжения для блока питания (12 В) с током до 1 А.
9. Тиристор КУ202Н обеспечивает управление напряжением до 400 В.
3.2 Выбор основных функций устройства, улучшенных по сравнению со схемами-аналогами
По сравнению с четырьмя устройствами, представленными в разделе 1.2, в проектируемом устройстве значительно больше светодинамических эффектов, отсутствуют режимы, когда все нагрузки включены, и когда они все выключены. Также схема управления выходными тиристорами предусматривает стробирование импульсов управления сигналом нулевого напряжения сети, в результате чего переключатель не создает коммутационные помехи для электрооборудования, которые тем больше, чем мощнее нагрузка.
4 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
4.1 Расчет генератора
4.1.1 Цель расчета – расчет периода следования импульсов и частоты генератора импульсов
4.1.2. Методика расчета
Генератор импульсов реализован на элементах: R9, R10, R11, С13, DD1.6 (см. рисунок 4.1). Рассчитывается общий период следования импульсов и частота генерации импульсов.
Рисунок 4.1 – Изображение рассчитываемой части генератора импульсов
Частота генератора вычисляется по формуле:
, (4.1)где: fген – частота генерации импульсов;
Т0 – период логического нуля;
Т1 – период логической единицы.
В представленном генераторе частота может меняться в зависимости от положения ползунка подстроечного резистора R11. Когда ползунок находится в самом верхнем положении - частота максимальна, когда в самом нижнем – частота минимальна. Таким образом, имеется две схемы для расчета – для минимальной частоты и максимальной.
Рассматривается для начала интегрирующая RC-цепь данного генератора (в качестве сопротивления в ней выступают резисторы R9, R10, R11 – в зависимости от положения ползунка подстроечного резистора R11, в качестве конденсатора выступает С13).
Напряжение на конденсаторе Uc при его заряде через резистор R от источника постоянного напряжения E изменяется по экспоненциальному закону:
(4.2) 
Рисунок 5.2 – Кривая заряда конденсатора
Напряжение на конденсаторе Uc при его разряде через резистор R изменяется по закону:
(4.3) 
Рисунок 4.3 – Кривая разряда конденсатора
1,7 В – пороговое значение напряжения логической единицы для входа микросхемы типа К555ТЛ2 [1];
0,9 В – пороговое значение напряжения логического нуля для входа микросхемы типа К555ТЛ2 [1];
Напряжение питания: Е=5 В.
Выведем формулы для нахождения t через формулы (4.2) и (4.3):
1)
(4.4) 
- при верхнем положении ползунка резистора R11. 
- при нижнем положении ползунка резистора R11.2)
; 
(4.5)По формуле (4.4) вычисляется Т1 – период логической единицы, а по формуле (4.5) вычисляется Т0 – период логического нуля.
Т1 min=Тв – Тн (4.6)
Тomin=Тн – Тв (4.7)
Формулы (4.6) и (4.7) применяются при верхнем положении ползунка, т.е. при минимальном сопротивлении.
Т1 max=Тв – Тн (4.8)
Тomax=Тн – Тв (4.9)
Формулы (4.8) и (4.9) применяются при нижнем положении ползунка, т.е. при максимальном сопротивлении.
R9=3 кОм; R10=33 Ом; R11=1 кОм; С13=330 мкФ.
4.1.3 Расчет
1)
2) Т1 min=Тв – Тн=
3) Тomin=Тн – Тв=
4)
