2
РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
СХЕМЫ
Рассмотрим, отдельно, блоки структурной схемы, предложенной ранее.
Для того, чтобы дынный прибор считал в пределах нескольких сотен необходимо создать несколько разрядов (единицы, десятки и сотни). Соответственно, каждые из них будут подключаться к следующему, каскадируя цифровые счетчики и компараторы, для формирования импульса сброса в ноль.
Счетчиком называют цифровое устройство, обеспечивающее подсчет числа электрических импульсов. Коэффициент пересчета счетчика равен минимальному числу импульсов, поступивших на вход счетчика, после которых состояния на выходе счетчика начинают повторяться. Счетчик называют суммирующим, если после каждого очередного импульса цифровой код на выходе счетчика увеличивается на единицу. В вычитающем счетчике после каждого импульса на входе счетчика цифровой код на выходе уменьшается на единицу. Счетчики, в которых возможно переключение с режима суммирования на режим вычитания, называются реверсивными.
Рассмотрим микросхему К155ИЕ5. Функциональная схема счетчика и его условное обозначение приведены на рисунке 2.1. Счетчик К155ИЕ5 имеет фактически два счетчика: с коэффициентом пересчета два (вход С0 и выход Q0) и с коэффициентом пересчета восемь (вход С1 и выходы Q1, Q2, Q3). Счетчик с коэффициентом пересчета шестнадцать легко получается, если соединить выход Q0 с входом С1, а импульсы подавать на вход С0. Временная диаграмма работы такого счетчика приведена на рисунке 2.2.
Рис.2.1 – Функциональная схема и условное обозначение счетчика К155ИЕ5
Рис.2.2 – Временные диаграммы счетчика К155ИЕ5
Объединять счетчики ИЕ5 для увеличения разрядности (каскадировать) очень просто: нужно выход 8 предыдущего счетчика (выдающего более младшие разряды) соединить со входом С1 следующего счетчика (выдающего более старшие разряды). На рис. 2.3 показано соединение трех счетчиков для получения 12-разрядного асинхронного счетчика со сбросом в нуль на примере схемы ИЕ5.
Рис.2.3 – Объединение трех счетчиков ИЕ5 для увеличения разрядности
Цифровые компараторы выполняют сравнение двух чисел, заданных в двоичном коде. Они могут определять равенство двух двоичных чисел А и В с одинаковым количеством разрядов либо вид неравенства А>В или А<В. Цифровые компараторы имеют три выхода.
Цифровые компараторы выпускают, как правило, в виде самостоятельных микросхем. Так, микросхема К564ИП2 является четырехразрядным компаратором. Данная микросхема имеет расширяющие входы А<В, А=В, А>В, что позволяет наращивать разрядность обоих чисел. Для этого компараторы соединяют каскадно или параллельно (пирамидально).
На рисунке 2.1 представлено каскадное подключение цифровых компараторов КП564ИП2.
Рассмотрим каскадное соединение компараторов К564ИП2 для сравнения двух восьмиразрядных чисел (рис. 2.4). При этом соединении выходы А = В и А < В предыдущей микросхемы (младшие разряды) подключают к соответствующим входам последующей. На входы А < В, А = В, А > В микросхемы младших разрядов подают соответственно потенциалы U0, U1 и U1 (U0 соответствует логическому 0, а U1 – «1»). В последующих микросхемах на входах А > В поддерживают потенциал логической единицы U1.
Рис.2.4 - Каскадное соединение компараторов КП564ИП2
В
нашем случае A
будет
сигнал, поступающий со счетчика, а В –
сигнал сравнения, определяющий предел
счета. Следовательно, нам понадобиться
три компаратора, соединенных вместе.
Соединив выход цифрового компаратора
A=B
с входом счетчика R,
получим необходимый сброс в ноль по
достижению заданного количества
импульсов.
Надежная работа любых электроприборов, как бытовых, так и промышленных, от простой лампочки до производственного станка зависит от стабильности электросети. Резкое повышение напряжения или его падение ниже допустимого предела приводят к быстрому выходу из строя всего этого оборудования. Это может привести к перегреву обмоток электродвигателей приборов и последующему выходу их из строя.
Транзисторные устройства могут работать при разных значениях напряжения питания - от одного вольта до нескольких вольт. Максимальное значение этого напряжения Uп max определяется на основе приводимых в каталогах данных о максимальном допустимом постоянном напряжении коллектор - эмиттер и коллектор - база: Uк-э max и Uк-б max.
Согласно заданию, отклонения напряжения сети не должны переступать границы в +10 и -20%.Следовательно, получим максимально допустимое напряжение Uмакс и минимально допустимое Uмин.
Uмакс=Uc + (Uc ·10%) (2.1)
Uмин=Uc - (Uc ·20%) (2.2)
Подставив данные в уравнения (2.1) и (2.2) получим:
Uмакс=Uc+ (Uc ·10%)=5+0,5=5,5В
Uмин=Uc - (Uc ·20%)=5-1=4В
т. е. следует обеспечивать Uп от 4 В до 5,5 В. Не рекомендуется применять напряжение питания ниже 4 В, чтобы не ухудшить эксплуатационные параметры, в частности быстродействие микросхемы. Напряжение питания не должно также превышать 5,5 В, так как существует опасность пробоя на входе интегральной микросхемы.
Источник питания должен обеспечивать помимо напряжения и необходимый ток потребления - ток нагрузки. Для транзисторных схем этот ток определяется как типом транзисторов, так и конкретной схемой
реализации и параметрами пассивных компонентов. Для устройств, выполненных на микросхемах ТТЛ и КМОП, ток нагрузки определяется типом и числом используемых микросхем и является суммой токов потребления всех микросхем (этот параметр приводится в справочниках).
В качестве источника питания можно применить простой прибор собственной конструкции, состоящий из силового трансформатора, выпрямителя и стабилизатора напряжения.
Рис.2.5 – Броневой сердечник трансформатора
Для выпрямления обычно используют однофазный мостовой выпрямитель, так называемую схему Греца (рис. 2.6). Выпрямительные диоды также выбирают в зависимости от тока в нагрузке. Данные о некоторых подходящих типах диодов приведены в табл. 4 и 5.
Рис.2.6
– 
Применение стабилизаторов напряжения - интегральных микросхем - значительно облегчает реализацию источников питания. На рис. 2.7 показана простейшая и наиболее часто используемая схема выпрямителя, который обеспечивает фиксированное значение питающего напряжения при токе нагрузки до 1,5 А.
Рис.2.7 –
Выходной ток можно повысить, если стабилизатор укрепить на охлаждающем радиаторе. Площадь поверхности радиатора должна быть пропорциональна потребляемому току. В стабилизаторе-микросхеме предусмотрена защита выходного транзистора от перегрузки. Третий вывод (общий) интегральной микросхемы связан с металлическим корпусом. Конденсаторы С1 и С2 применять необязательно. Конденсатор С1 необходим, если фильтр нагрузки и стабилизатор пространственно разнесены. Конденсатор С2 служит для улучшения переходной характеристики стабилизатора.
Последним
звеном в блоке преобразования параметров
сети является интегральный выпрямитель.
Согласно паспортным данным, его отклонения
равны:
Uмакс.в=5,1В
Uмин.в=4,9 ,
что полностью удовлетворяет заданным требованиям.
На выходе этого счетчика мы получаем четырехразрядный двоичный код, однако, для облегчения восприятия человеком, необходимо вывести данные на какое-нибудь показывающее устройство. Для этой цели подойдут два семисегментных индикатора. Для вывода данных на него преобразуем двоичный код, в доступный для индикаторов (8 разрядный) при помощи дешифратора. Для этой цели лучше всего подходит дешифратор
На микросхемы серии К514 подают входные сигналы уровня ТТЛ. Сигнал С служит для гашения индикации (напряжением низкого уровня). При нормальной работе уровень сигнала С=1. Дешифратор на микросхеме К514ИД1 работает со светодиодными индикаторами, которые имеют раздельные аноды, а на К514ИД2 – с раздельными катодами. Дешифратор К514ИД2 подсоединяют к индикаторам через токоограничивающие резистор (200-500 Ом), а первый имеет такие резисторы в своем корпусе.
Его условное обозначение представлено на рисунке 2.8.
Рис.2.8 –преобразователи двоично-десятичного кода в семисегментный (дешифраторы)
В качестве показывающего устройства можно использовать семисегментные индикаторы различной комплектации и зависеть этот выбор будет уже больше от конструктивных особенностей прибора. Заранее, как наиболее компактный и экономичный, можно выбрать индикатор АЛ304Г, представленный на рисунке 2.9.
Рис.2.9 – 4 семисегментных индикатора АЛ304Г (справа)