УСО для сигнала d

1. УСО для сигнала d.

 

Рисунок 8 - УСО для сигнала d

По заданию входная ситуация при ненажатой кнопке воспринимается как логический ноль.

По рисунку 8 когда кнопка SB1 не нажата, конденсатор С1 разряжен и на входе логического элемента логический ноль. Когда контакт кнопки размыкается конденсатор через резистор R1 заряжается с постоянной времени T₁=R₁·C₁ и на входе логического элемента уровень логической единицы. Во время дребезга, при замыкании, ёмкость разряжается с временем разряда

где

R - сопротивление контакта и проводов.

Таким образом ёмкость не успевает зарядиться до уровня выше, чем логическая единица.

Рисунок 9 - Временные диаграммы заряда и разряда конденсатора во время дребезга

Значения сопротивления и ёмкости определяются исходя из выражения

 (3)

Сопротивление R=1МОм, T=1мс, тогда

Требуемая мощность резисторов

, (4)

где Р - мощность резистора, Вт;

U_ПИТ - питающее напряжение элементов, В.

Выбираются:

резистор мощностью Р=0,125 Вт и сопротивлением R=1 МОм МЛТ-0,125;

конденсатор стеклокерамический К22-5 номинальной ёмкостью С=1000пФ на номинальное напряжение U=16 В.

2. УСО для сигнала b.

Рисунок 10 - УСО для сигнала b

Когда контакт кнопки разомкнут конденсатор заряжен. В момент замыкания контакта конденсатор будет разряжаться с постоянной времени

где

R - сопротивление контакта и проводов.

Во время дребезга, при размыкании, ёмкость заряжается через R1 c постоянной времени заряда

Таким образом ёмкость не успевает зарядиться до уровня выше, чем логическая единица. Этот процесс представлен на рисунке 11.

Рисунок 11 - Временные диаграммы заряда и разряда конденсатора при дребезге

Значения R и C будут такими же, что в УСО для сигнала d.

3. УСО для сигнала c. Для перекидных контактов защиту от дребезга удобнее строить на RS-триггере.

Рисунок 12 - УСО для сигнала c

Значения сопротивлений резисторов и их марки аналогичны тем, что используются в УСО сигнала d.

4. Цепь обнуления представлена на рисунке 13. Значения R и C будут такими же, что в УСО для сигнала d.

 

Рисунок 13 - Схема обнуления

5. На цепи питания для ограничения пульсаций питающего напряжения ставятся электролитические конденсаторы К50-6 ёмкостью 10мкФ на номинальные напряжения 16В и 50В.

2.7.2 Расчёт и выбор элементов выходного УСО

Выходные УСО предназначены для согласования выходных устройств с логическими элементами.

1. Выходной сигнал А. Выходным устройством является электромагнитное реле. Схема его подключения представлена на рисунке 14.

Балластный резистор R_б предназначен для ограничения тока. Когда на базу транзиcтора VT1 напряжение, то он открывается и к катушке реле прикладывается U_ПИТ2=27В. В момент закрытия транзистора к нему, напряжение на катушке меняет свою полярность и к транзистору приложено напряжение на катушке и U_ПИТ2. Это может вывести транзистор из строя. Чтобы избавиться от энергии, запасённой на катушке реле, параллельно ей включается обратный диод, на котором вся энергия рассеивается.

Рисунок 14 - Схема подключения электромагнитного реле

Диод выбирается по следующим параметрам

;  (5)

где U_ОБР - обратное напряжение диода, В;

I_ПР - прямой ток через диод, мА;

I_НАГР - ток нагрузки реле, мА.

I_НАГР=27мА.

Выбирается диод Д 311, U_ОБР=30В, I_ПР=40мА.

Транзистор выбирается по следующим параметрам:

; ;  (6)

где β - статический коэффициент усиления по току;

U_КЭ - напряжение коллектор-эмиттер, В;

I_КЭнас - ток насыщения перехода коллектор-эмиттер.

Выбирается транзистор КТ315В, β=30, I_КЭнас=100мА, U_КЭ=40В, Р=150мВт, U_БЭнас=1В.

Балластный резистор выбирается по формуле

 (7)

где U_БЭнас - напряжение насыщения перехода база-эмиттер, В.

Выбирается резистор с номинальным сопротивлением 15кОм марки МЛТ-0,125 с мощностью рассеивания Р=0,125Вт.

2. Выходной сигнал “B” управляет семисегментным светодиодным индикатором АЛС333А с параметрами: U_прям=2 В, I_прям=20 мА. Необходимо высветить цифру "3", то есть нужно зажечь пять сегментов (A, B, G, С, D).

Рисунок 15 - Сегменты индикатора

Для управления индикатором воспользуемся транзисторным ключом

Рисунок 16 - Схема включения сегментов индикатора по схеме с общим катодом

Общий ток, протекающий через все сегменты, определится по формуле

 (8)

где I_VD - ток через один сегмент, мА; n - количество используемых сегментов.

Транзистор VT2 выбирается по выражениям

; ;  (9)

КТ 3102А. β=120, I_КЭнас=150мА, U_КЭ=40В, Р=350мВт, U_БЭнас=5В, U_КЭнас=0,6В.

Балластный резистор выбирается по выражению (7).

Выбирается резистор с номинальным сопротивлением 15кОм марки МЛТ-0,125 с мощностью рассеивания Р=0,125Вт.

Ограничивающие резисторы рассчитываются по формуле

 (10)

где ΔU_сег - падение напряжения на сегменте индикатора, В.

Мощность резисторов определяется по формуле (4)

Выбираются резисторы МЛТ-0,25 R=1кОм мощностью Р=0,25Вт в количестве пяти штук.

2.8 Описание работы устройства

В момент подачи питающего напряжения происходит обнуление триггеров D1.2, D1.3 и счётчика D5 по RC-цепочке на элементах R5 и С4. Когда на входе устройства появится определённая комбинация сигналов a, b, c, d на выходе появляется сигнал А и реле К, которым управляет сигнал А, перекидывает свои контакты.

Сигнал В появится в том случая, если на вход триггера DD7.2 подаются сразу три сигнала: a, b и с, и исчезает, когда сигнал d перекидывается из единичного состояния в нулевое. При появлении сигнала В на семисегментном светодиодном индикаторе загорается цифра 3, а при исчезновении - гаснет.

Сигнал С появится на выходе в том случае, если появится сигнал В, а исчезнет, когда число появлений сигнала А сравняется с числом 14, при этом счётчик D5 и триггер D1.3 обнуляются.

Расчёт потребляемого тока устройством от всех источников питания и предъявление требований к источникам питания

Требования, предъявляемые к первому источнику питания:

1.  Напряжение питания U_ПИТ1=15В±10%;

2.  Ток источника питания определяется по формуле

 (11)

где I_DD - ток потребляемый одной микросхемой, мА;

n - количество микросхем;

I_HG - ток, протекающий через один сегмент светодиодного индикатора, мА;

m - количество используемых сегментов светодиодного индикатора.

Токи, потребляемые микросхемами:

К561ЛА7 I=0,001мА;

К561ЛА8 I=0,004мА;

К561ЛА9 I=0,004мА;

К561ТР2 I=0,08мА;

К561ИЕ10 I=0,02мА.

Ток через один сегмент светодиодного индикатора I=20мА.

Требования, предъявляемые ко второму источнику питания:

1.  Напряжение питания U_ПИТ2=27В±10%;

2.  Ток источника питания

 (12)

где k_З - коэффициент запаса;

I_CP - ток срабатывания реле, мА.

3. Конструкторская часть 3.1 Разработка чертежа принципиальной схемы. Выбор элементов схемы

Принципиальная электрическая схема ТПЖА.420000.230 Э3 представлена на листе формата А2. Элементы, входящие в её состав приведены в перечне элементов, который расположен на этом же листе.

3.2 Разработка сборочного чертежа. Выбор вариантов установки элементов схемы

Сборочный чертеж ТПЖА.420000.230 СБ печатного узла выполнен на листе формата А2 с таким расчётом, чтобы давать полное представление о форме, расположении и установке навесных элементов и других деталей. Навесные элементы выполнены условно. Все требования к сборочному чертежу и варианты установки элементов приведены на листе.

2.3.  Разработка (трассировка) печатной платы

Чертёж печатной платы ТПЖА.420000.230 выполнен на листе формата А2. Шаг координатной сетки выбирается исходя из минимального расстояния между выводами отдельных элементов. Печатная плата имеет размер 125х110 мм. Технические требования и диаметры отверстий приведены на листе. Печатная плата двусторонняя из-за большого количества пересечений проводников. Это существенно уменьшает ее габариты по сравнению с односторонней.

Заключение

В процессе работы над курсовым проектом было синтезировано арифметико-логическое устройство, реализованное на элементах цифровой (дискретной) техники. При разработке принципиальной схемы и конструктива (печатная плата и сборочный чертёж) было использовано по возможности минимальное количество логических элементов КМОП на элементах И-НЕ. Разработанное устройство полностью соответствует техническому заданию. Были рассчитаны и выбраны УСО.