1 Анализ задачи
В данной работе планируется спроектировать схему счетчика оборотов двигателя. Результат отображается на 5-разрядном индикаторе. В зависимости от настроек, схема может считать либо каждый импульс, либо каждый второй, либо каждый третий и т.д. Коэффициент деления может задаваться в пределах от 0 до 100. Установленный коэффициент деления отобразить на отдельном индикаторе.
Реализация частотомера предполагается на цифровых микросхемах. Питание и двигатель для счета частоты в данной работе не рассматриваются, предполагается, что блоки уже реализованы, и на вход разрабатываемой цифровой схемы, подаются пригодные для измерения и работы устройства сигналы. Результат работы является представляет собой цифровую электронную схему для точного измерения частоты вращения валов двигателей в различных отраслях.
Исходя из того, что в данной работе необходимо разработать только цифровую схему, делается предположение что на нашу схему поступает некая функция импульсных сигналов f(x). Для подсчета количества импульсов будем использовать счетчик. Затем мы сравниваем в компараторе два числа: число на счетчике то, есть количество импульсов и коэффициент деления K. Коэффициент деления K задается в зависимости от настроек в диапазоне от 0 до 100 и выводится на отдельный индикатор. В компараторе если два числа равны значит сигнал проходит дальше в счетчик и выводит на индикатор, в противном случае сигнал не проходит.
Очевидно, что для реализации данной схемы необходимы будут такие элементы цифровых устройств, как:
Счетчики
Компараторы
7-сегментные индикаторы
Логический элемент «И»
Внешний дизайн устройства. Предполагается, что данное устройство будет иметь компактный вид, органичный дизайн и простоту понимания работы устройства. Данное устройство задумывается будет иметь вид параллелепипеда размером 100×50×50 мм, что дает устройству свойство компактности и легкости. Цветовое решение не влияет на работу устройства, следовательно будет выбор стоит только от выбора пользователя. Желательно сделать устройство яркого цвета чтобы оно не потерялось среди других приборов так, как есть предположение что устройство будет использоваться в загрязненных местах работы. Исходя из этого был нарисован эскиз внешнего вида устройства, представленный на рисунке 1.
Рис 1 – Эскиз внешнего вида счетчика оборотов двигателя.
Лицевая часть устройства имеет два индикатора. Левый 5-разрядный индикатор – это результат измерения количества оборотов двигателя. Правый 3-разрядняй индикатор показывает коэффициент деления. Также на устройстве присутствуют две кнопки “+” и “-”, нажимая на них есть возможность изменять коэффициент деления до 100. Также устройство имеет порт для входа импульсных сигналов то, есть для функции f(x). Питание для устройства будет происходить либо батареями, либо напрямую через сеть. Решение о питании зависит от желаний потребителя.
2 Структурная схема
На рисунке 2 предоставлена структурная схема разрабатываемого устройства «Счетчик оборотов двигателя». Структурная схема состоит 4 функциональных блоков: блок подсчета импульсов, блок настройки коэффициента деления, блок подсчета импульсов с учетом коэффициента деления и блок вывода. Каждый блок выполняет определенную функцию, что обеспечивает надежную работу схемы.
Рис 2 – Структурная схема.
В анализе работы был описан принцип работы устройства. Основной принцип работы заключается в подсчете импульсов с заданным коэффициентом деления. Рассмотрение структурной схемы стоит начать с блока подсчета импульсов.
Блок подсчета импульсов. Блок подсчитывает количество импульсов поступаемых со входа. Этот блок необходим для подсчета всех импульсов поступаемых в систему для последующей обработки. Этот блок связан с блоком подсчета импульсов с учетом коэффициента деления. О связи между этими блоками будет написано позже при описании блокам подсчета импульсов с учетом коэффициента деления. В составе этого блока присутствуют такие элементы как: датчик для считывания импульсов, два десятичных компаратора так, как в этой работе подразумеваются двухзначные числа.
Блок настройки коэффициента деления. В этом блоке пользователь может задать коэффициент деления от 0 до 100 то, есть устройство будет подсчитывать либо каждый импульс, либо второй импульс исходя из настроек пользователя. В этом блоке будут участвовать такие элементы как кнопки «+» и «-», для настройки коэффициента деления и два десятичных счетчика по той же причине как в блоке подсчета импульсов.
Блок подсчета импульсов с учетом коэффициента деления. В этом блоке происходит обработка импульсов который были получены в блоке подсчета импульсов. В данном блоке компаратор сравнивает два числа: количество импульсов, полученных системой и заданный коэффициент деления. Затем если оба числа равны импульс, то компаратор дает импульс, который сбрасывает счетчик из блока подсчета импульсов и этот импульс идет дальше. Импульсы с компаратора идет на счетчик. В этом блоке подразумевается использовать такие элементы: два компаратор для сравнения десятков и единиц, логический вентиль «И», чтобы если десятки и единицы чисел совпали, то импульс пошел на счетчик, 5 десятичных счетчиков так, как результат должен выводиться на 5-разрядный индикатор.
Блок вывода. Этот блок выполняет функцию выводя результатов. Блок позволяет зафиксировать результаты измерения. Этот блок прост в исполнении. Этот блок выводит результаты с блоков, упомянутых выше. В этом блоке используются дешифраторы для преобразования двоичного числа в позиционный для 7-сегментных индикаторов, 7-сегментные индикаторы для вывода результатов.