Курсовая работа (т): Цифровой манометр

Рис. 2. Электрическая схема генератора опорной частоты

Ограничимся упрощенным функциональным обозначением:

Рис. 3. Функциональное обозначение генератора опорной частоты

Генератор должен иметь парафазные выходы  и . Желательно, чтобы эти выходы были достаточной мощности.

.1.2. Устройство временной привязки

УВП привязывает сигнал  к фронтам опорной частоты . Реализуется на динамическом D-триггере К561ТМ2.

1 - выход Q1; 2 - выход инверсный Q1; 3 - вход синхронизации C1; 4 - инверсный вход установки R1; 5 - вход D1; 6 - инверсный вход установки S1; 7 - общий; 8 - инверсный вход установки S2; 9 - вход D2; 10 - инверсный вход установки R2; 11 - вход синхронизации C2; 12 - выход инверсный Q2; 13 - выход Q2; 14 - напряжение питания

Рис.4. УГО К561ТМ2

Триггер расположен в 14ти выводном корпусе, кроме информационных и установочных входов имеет входы питания, которые на электрической принципиальной схеме обычно не изображается (7 - общий, 14 - 5В±10%). Необходимо использовать половину этого корпуса. Если нижняя половина использоваться не будет, то на все неиспользуемые входы надо подать логический уровень «1». Поэтому подадим S=1 и R=1.

Двухтактный D-триггер микросхемы К561ТМ2 работает следующим образом: По фронту первого импульса синхронизации на входе C логический уровень со входа D записывается в первый однотактный D-триггер. По фронту второго синхроимпульса на входе C информация записывается во вторую ступень триггера и на выходе Q устанавливается уровень, присутствовавший на входе D перед первым синхроимпульсом. Таким образом, на выходе двухтактного D-триггера сигнал задерживается на один такт (период следования синхроимпульсов).

Входы установки (S) и сброса (R) не зависят от импульсов синхронизации т.е. являются асинхронными. Они имеют активный высокий уровень (лог."1"). Поступление высокого уровня на один из входов R или S устанавливает обе ступени D-триггера соответственно в "0" или "1" независимо от состояния входов C и D.

На входС подается опорная частота, однако какой конкретно сигнал,  или , будет решено в процессе тактирования. Тактовый вход УВП обозначим через С, информационный вход через D. Для дальнейшей работы поставим в соответствие упрощенное функциональное обозначение:

Рис. 5. Функциональное обозначение УВП

.1.3 УФИВ

Необходимо сформировать интервал времени tФ, заданной длительности. Задача построения ФИВ сводится к следующему:

) взять счетчик соответствующей емкости;

) записать в него в исходном состоянии число ;

) установить счетчик в режим вычитания;

) запустить счетчик внешним запускающим сигналом aзап. Счетчик начнет считать в режиме вычитания, отработает NФ импульсов и должен остановиться, после чего следует ждать следующего запускающего сигнала.

ФИВ предназначен для выработки tф заданной длительности. Он работает в ждущем режиме, то есть запускается αзап, вырабатывает tф, приходит в исходное состояние и ждет следующего сигнала запуска.

Поскольку tф не электрическая величина, то везде далее ее электрическим эквивалентом будем считать прямоугольные импульсы αф , длительность каждого равна tф.

Реализуем УФИВ на счетчиках серии К561ИЕ11. Его удобно применять для подсчета приращения данных, причем несколько корпусов К561ИЕ11 можно объединить в многокаскадные синхронные либо асинхронные счетчики. Для организации запуска и остановки УФИВ необходим дополнительный триггер К561ТМ2.

Рис.6. УГО К561ИЕ11

Рис. 7. Электрическая схема УФИВ

Нам нужно построить ФИВ с заданным произвольным Nф. В исходном состоянии в счетчик записывается число Nф по входам предварительной установки. По приходу αзап начинается счет в режиме вычитания, при достижении состояния (0…00) сигнал с выхода переноса останавливает процесс счета, в счетчик записывается число Nф и устройство ждет очередного сигнала запуска.

Формирователь интервалов времени состоит из двоичных счетчиков и динамического D-триггера, который еще называют управляющим триггером.

По   положительному перепаду запускающего сигнала αз запуска, подаваемого на информационный вход С D-триггера, «1» переписывается на выход триггера, на вход РЕ, разрешается счет. Счетчики считают в режиме вычитания, начиная с предустановленного числа. Когда обрабатывается последний такт, появляется сигнал переноса, который сбрасывает счетчик в начальное состояние. На выходе переноса со старшего счетчика формируется сигнал низкого уровня, который, пройдя через инвертор, приходит на асинхронный вход сброса R управляющего триггера и устанавливает его в нулевое состояние. Далее, сигнал высокого уровня с выхода Q , D-триггера, подается на входы предустановки счетчиков РЕ и останавливает их.

На входы предварительной установки по шине подается ранее вычисленный числовой эквивалент Nф . Не используемые асинхронные входы сброса R счетчика заземляем, то есть создаем на их входах уровень логического нуля. Так как счетчики должны работать в режиме вычитания, то входы “±1” также заземляем. Также подадим логический ноль на информационный вход D и  на асинхронный вход установки в единицу S управляющего триггера. На тактовые входы С будем подавать сигнал α0 с генератора опорной частоты. Запускающий сигнал αз будет вырабатываться узлом управления.

Поставим разработанному устройству в соответствие его функциональное обозначение.

Рис. 8. Функциональное обозначение УФИВ

.1.4 Счетчик

Nсч =1204,2

Необходим двоично-десятичный счетчик, суммирующий, работающий от нуля и имеющий возможность сброса, количество корпусов счетчика - 4. Реализуем счетчик на корпусах типа К561ИЕ2, предельная частота которого равна 2МГц.

Счетчики выполнены в 16ти выводном корпусе (8 - общий, 16 - +5В±10%). Входы предварительной установки будем использовать для сброса счетчика в ноль, поэтому на них подаем αСТРЕ=αСТR.

Рис. 9. УГО К561ИЕ2

Микросхема К561ИЕ2 - счётчик, который может работать как двоичный, так и как десятичный. Счетчик имеет пять двоичных выходов (выводы 10...14) и один десятичный (15). По входам S1 - S4 (выводы 4...7) можно записать в счетчик предварительные данные. По входу R счетчику К176ИЕ2 дается асинхронный сброс. На вывод 3 подается сигнал тактовой частоты С(t). По входу 2/10 осуществляется переключение счета. Если на входе 2/10 - высокий уровень, счетчик работает как двоичный; при низком (нулевом) потенциале - как десятичный и на выводе 15 появляются импульсы с частотой f/10.

Простейшее включение счетчика К561ИЕ2: вывод 2 соединить с выводом 16, а выводы 4, 5, 6, 7, 8 - заземлить. На вывод 3 подать частоту f. На выводах 14, 13, 12, 11, 10 появятся частоты f/2, f/4; f/8, f/16 н f/32 соответственно. Вывод ЕС (т. е. 2) служит для разрешения счета.

Рис. 10. Электрическая схема соединений счетчиков

Поскольку счетчик работает в режиме суммирования “1” нужно подать на вход “+1”. Счетчик должен сбрасываться в “0” по входу R с подачей на него “1”, поэтому все входы R необходимо объединить.

- сброс счетчика в 0.

- открытие.

Изобразим упрощенную функциональную схему:

Рис. 11. Функциональная схема блока счетчиков

При выполненном каскадном соединении корпусов между собой счетчик работает по асинхронному принципу, следовательно, и сам счетчик в целом должен рассматриваться как асинхронный, то есть съем информации со счетчика должен происходить после завершения в нем переходных процессов.

2.1.5 Регистр

Регистр предназначен для хранения информации счетчика в промежутках между циклами преобразования.

Далее приводится микросхема К564ИР9 (Рис.11) с цоколевкой корпуса, описанием сигналов, подаваемых на входы, каскадным соединением регистров.

Рис.12. Регистр

Микросхема представляет собой 4х разрядный регистр с тактовыми входными импульсами. Микросхема расположена в 16 выводном корпусе, поэтому каждый её триггер имеет только один прямой выход данных Q. Данные вводятся через последовательный вход D. Данные принимаются от этого входа и сдвигаются поразрядно после каждого положительного перепада на входе С. Сброс в ноль выходных данныхQ происходит, когда на вход асинхронного сброса Rдано напряжение высокого уровня.

Четыре выхода каждого регистра позволяют преобразовать последовательный код, принятый по входу D, в параллельный, отображаемых через 4 такта на выходах Q0…Q3.

На ножку 16 подается =5В; 8-общий.

Поставим разработанному устройству в соответствие его функциональное обозначение.

Рис. 13. Функциональное обозначение регистра

.1.6 Входной формирователь F

Необходим для того, чтобы сформировать внешние асинхронные сигналы, т.е. очистить их от помех, получить заданный уровень логического сигнала и необходимую крутизну фронтов.

Чаще всего используется схема триггера Шмидта.

Воспользуемся двумя микросхемами К561ТЛ2.

Рис. 14. Электрическая схема формирователя

Достаточно одного элемента триггера Шмидта, или если требуется прямой сигнал, то двух последовательных элементов. Остальные элементы могут быть использованы в генераторе и УНУ.

Функциональное обозначение:

Рис. 15. Функциональное обозначение формирователя

.1.7 Устройство начальной установки

Используется для установки узлов преобразователя и его узлов в заданное начальное состояние или принудительного сброса преобразователя в исходное состояние.

Чаще всего для этого используют RC-цепь с последующим триггером Шмидта. Практически всегда используется подача UПИТ.

Рис. 16. Электрическая схема устройства начальной установки

В момент подачи напряжения источника питания на входе низкий уровень и поэтому bУНУ=0. этим сигналом можно установить узлы преобразователя в заданное начальное состояние. После заряда конденсатора bУНУ=1 и схема готова к началу цикла преобразования.

Время выработки выходного сигнала b определяется как t=RC. При необходимости оператор может замкнуть контакты кнопки и тем самым подать на вход триггера-Шмидта нулевой уровень, что приведет к установке bУНУ=0.

Обозначим такое устройство как:

Рис. 17. Функциональное обозначение УНУ

.1.8 Устройство отображения информации (УОИ)

Включает в себя дешифратор и индикатор. Реализуем дешифратор на корпусах типа К561ИД5 (4 корпуса). Отображаться информация будет на семисегментных индикаторах HG1- HG4 типа DA/DC08-11 (4 корпуса).

ИМС К561ИД5 представляет собой преобразователь двоично-десятичного кода в семисегментный со встроенным буферным регистром. Преобразователь имеет вход стробирования записи данных в буферный регистр . При подаче высокого уровня на этот вход, происходит прямое прохождение сигнала с входа на выход. По спаду импульса данные защелкиваются в буферном регистре. Вход  определяет активный уровень на выходе дешифратора. Если на этот вход подан «0», то активным будет высокий уровень и наоборот.

Рис.18. УГО К561ИД5

Рис.19. Устройство отображения информации

Упрощенное функциональное обозначение УОИ:

Рис.20. Функциональное обозначение УОИ

3. Разработка узла управления

Рассмотрим синтез УУ на базе ДА Мура. Разработка УУ на базе ДА включает в себя два этапа: абстрактный синтез и структурный синтез.

.1 Абстрактный синтез

Изобразим временную диаграмму функционирования и выделим необходимые состояния преобразователя:

Рис.21. Временная диаграмма: А1 - счет. В этом состоянии ФИВ работает, счетчик работает, регистр не записывает. Это состояние реализуется в течение интервала времени tф. А2 - запись. В этом состоянии регистр записывает, ФИВ остановлен, счетчик открыт. А3 - сброс. Счетчик закрыт и необходимо сбросить в “0”, ФИВ не работает, в регистре записи нет

Теперь выделим сигналы, которые должны подаваться на входы узлов в каждом из этих состояний табл. 1.

Таблица 1

Состояние ДА и функционирование ФИВ, Счетчика и Регистра

Составим таблицу выходов табл. 2.

Таблица 2. Выходы ДА

При этом сигнал β1УУ отвечает за управление ФИВ, β2УУ за управлением счетчиком, β3УУ за управлением регистром, т. е. αCФИВ= β1УУ , αRСТ = β2УУ, αСRG= β3УУ.

Следующий этап абстрактного синтеза - это получение таблиц переходов. Таблица переходов - это функция Аt+1 = δ(Аt,xt). Сигнал xt, зависит от αx и αф , следовательно, организуем управление используя эти входные сигналы таблица 3

Таблица 3/ Таблица переходов