Разработка цифрового блока управления

Содержание

Условие

1 Функциональная схема ЦБУ

2 Принцип действия

3 Импульсный датчик

4 Формирователь импульсов

5 Счетчик импульсов

6 Командные триггеры

7 Импульсные усилители мощности

Список используемой литературы

Условие

Объект разработки

Разработать цифровой блок управления (ЦБУ), резьбонарезным шпинделем обеспечивающим автоматически заданное количество оборотов метчика при прямом и обратном ходе, реверсирование и останов шпинделя. Пуск шпинделя должен осуществляться кнопкой или внешним импульсным сигналом. Приводом шпинделя является реверсивный двигателем постоянного тока последовательным возбуждением и двухсекционной обработкой (серии СЛ).

ЦБУ должен содержать фотоэлектрический импульсный датчик, формирователь импульсов, счетчик импульсов с предустановкой, командный триггер и импульсный усилитель мощности.

Исходные данные (Вариант № 33):

1. Элементная база – КМОП

2. Количество оборотов:

прямой ход k_п=5+n=5+3=8;

обратный ход k_о=6+n=6+3=9;

3. Относительный световой ток фотодиода

где I_C - световой ток, I_T - темновой ток

4. Напряжение питания электродвигателя U_ЭД=110 В

5. Ток электродвигателя I_ЭД=0,2*(n+1)=0.2*(3+1)=0.8 А

1 Функциональная схема ЦБУ

Рисунок 1 - Функциональная схема

На рисунке 1 изображена функциональная схема, в состав которой входят:

ФИД - фотоэлектрический импульсный датчик. Датчик представляет собой оптрон, преобразующий поток излучения светодиода в импульсы тока фотодиода за счет периодического прерывания потока излучения вращающимся щелевым диском, установленным на выходном валу шпинделя.

Светодиод выбирается с ИК-спектром излучения для уменьшения влияния окружающего светового фона.

ФИ - формирователь импульсов. Формирователь импульсов выполняется на триггере Шмитта, в виде интегральной микросхемы и должен быть согласован по входному сопротивлению с фотоэлектрическим датчиком. На статистической характеристике формирователя Uвых =f(Uвх) необходимо определить уровни его срабатывания (Uср) и отпускания (Uот), а также уровни светового (Uс) и темнового (Uт) напряжений датчика.

СИ- счетчик импульсов. Счетчик обеспечивает подсчёт числа импульсов датчика, сформированных компаратором, и выдает на командный триггер сигнал после поступления заданного числа импульсов. Он может выполняться на одной или двух интегральных микросхемах.

КТ - командные триггеры ТПХ и ТОХ выполняются по схеме асинхронных RS- триггеров на ЛЭ «ИЛИ-НЕ» или «И-НЕ». ТПХ должен иметь два входа «Пуск» для кнопки ручного управления (РУ) и внешнего управления (ВУ). В схеме ЦБУ необходимо предусмотреть цепи «обнуления» командных триггеров и счетчика импульсов при включении напряжения питания.

ИУМ - импульсный усилитель мощности. Импульсный усилитель мощности выполняется на силовых транзисторах, работающих в ключевом режиме. Тип каждого транзистора выбирается по заданным значения напряжения и тока электродвигателя, а так же необходимому значению коэффициента передачи ß, определяемому по максимально возможному выходному току триггеров Iвых≤2мА.

ЛЭ - логические элементы. Они как вспомогательные устройства выбираются с минимальным количеством корпусов ИС и могут совмещаться по выполняемым функциям с триггером Шмита.

Р – редуктор, предназначен для уменьшения скорости вращения и увеличения крутящего момента.

2 Принцип действия

До начала работы требуется обнулить командные триггеры ТПХ и ТОХ. Далее, после подачи команды «пуск» от РУ или ВУ, командный триггер ТПХ переходит в состояние логической единицы.

Через импульсный усилитель мощности этот сигнал подается на электродвигатель. ЭД начинает вращаться, в прямом направлении. Импульсный датчик количества оборотов приводного вала начинает вырабатывать импульсы тока в соответствии с количеством оборотов.

Формирователь импульсов увеличивает крутизну фронта и среза импульсов датчика, обеспечивая требуемые сигналы на входе счетчика импульсов.

СИ считает количество импульсов. При подаче 8-го импульса ТПХ и 1-ый счётчик обнуляются, переключая триггер ТОХ в единичное состояние. При счете 15-го импульса вырабатывается сигнал, который обнуляет командный триггер ТОХ в логический ноль и сбрасывает 2-ой счетчик. Двигатель останавливается.

Для реализации устройства используем ИС серий К1554 и К1561.

Параметры ИС серии К1554:

U_{п min}, В 2

U_{п max}, В 6

При U_п = 5,0 В±10%:

U¹_{вх min}, В 3,15 - 3,85

U⁰_{вх max}, В 1,35 – 1,65

I_{вых max}, мА 24

Параметры ИС серии К1561:

U_{п min}, В 3

U_{п max}, В 18

При U_п = 5,0 В±10%:

U¹_вх, В 4,95

U⁰_вх, В 0,05

I_{вых max}, мА 24

Рассмотрим каждый элемент функциональной схемы.