курсовой проект / Настенное цифровое табло / 2 анализ технического задания+

2 Анализ технического задания, электрической схемы. Оценка элементной базы

После проведения поиска аналогов [1,2] и их сравнительного анализа по техническим характеристикам с проектируемым устройством, выявлено, они излишне сложны, в них использовано большое число дефицитных радиодеталей, что повышает их себестоимость и не способствует их широкому применению.

2.1 Принцип работы устройства

Настенное цифровое табло состоит из:

• блока управления;

• блока транзисторных ключей;

• блока питания табло и формирователя счетных импульсов;

• блока индикации и ввода информации.

Рассмотрим принцип работы каждого блока.

Принцип работы блока управления табло заключается в преобразовании импульсов микрокалькулятора, управляющих работой светодиодного индикатора, в сигналы, которые управляют транзисторными ключами, нагруженными лампами накаливания табло. На инверторах DD1.1 - DD1.6, DD2.1 - DD2.3 собраны формирователи разрядных импульсов (число разрядов-9), а на резисторах R1-R16 и элементах DD3.1-DD3.4, DD4.1-DD4.4 –формирователи импульсов, управляющих работой элементов разряда табло (эти формирователи сгруппированы на схеме в виде узлов А1-А8).

С блока управления сигналы поступают на блок транзисторных ключей, то есть на вход ячеек gl, а2-h2, а3-h3,…,а9-h9, основой которых является элемент совпадения. Все ячейки одинаковы, приведем пример ячейки а2.

Если импульсы на входы элемента совпадения DD1.1, приходят одновременно (то есть хотя бы на одном из входов - низкий уровень), то на выходе будет сигнал высокого уровня, который после инвертирования элементом DD1.2 поддерживает закрытым транзистор VT1 электронного ключа. Поэтому лампы EL1, EL2, высвечивающие соответствующий элемент изображения в соответствующем разряде, выключены.

Как только на обоих входах элемента совпадения DD1.1 ячейки появится высокий уровень, откроется, ключевой транзистор VT1 и включит лампы EL1, EL2. В этом случае цепь VD1C1DD1.2, задерживая по времени спад каждого выходного импульса элемента совпадения, обеспечивает перекрывание паузы между импульсами так, что на выходе элемента DD1.2 постоянно поддерживается высокий уровень. Поэтому транзистор VT1 все время открыт, лампы включены.

Рассмотрим принцип работы блока питания табло и формирователя счетных импульсов (ФСИ). Для питания микросхем устройства использован стабилизатор С1 при токе нагрузки до 1А.

Для формирования счетных импульсов, необходимых в режимах секундомера, использованы полупериоды напряжения частотой 50 Гц, снимаемые со вторичной обмотки трансформатора Т1. Эти импульсы поступают на вход формирователя прямоугольных импульсов, представляющих собой триггера Шмитта на элементах DD1.1, DD1.2. Триггер DD2.1 делит частоту импульсов на два.

Импульсы частотой 25 Гц при замыкании контактов тумблера SA1 в блоке управления поступают на вход транзисторного ключа R17VT1. Каждое срабатывание транзисторного ключа эквивалентно нажатию на клавишу «=» калькулятора. Для индикации текущего времени в секундах перед пуском секундомера следует набрать на клавиатуре 0,04, затем нажать клавиши «+», «=», «0». При этом слева от запятой будут единицы, десятки, а справа – десятые и сотые доли секунды.

В блоке питания использованы готовые трансформаторы ТВК-70-Л2 (Т1) и ТН61 (Т2,Т3).

2.2 Критические элементы по электромагнитной совместимости и тепловому режиму

К данным элементам относятся трансформаторы (Т1, Т2, Т3), лампы накаливания (EL1, EL2…EL15, EL16), микросхемы, конденсаторы и диоды. Поэтому необходимо эти элементы размещать с достаточными зазорами между элементами, чтобы обеспечивать естественную вентиляцию. При установке трансформаторов можно использовать естественную дополнительную вентиляцию, в виде отверстий в корпусе, расположенных на противоположных сторонах. Данные меры предотвращают перегрев этих элементов, а значит и выход их из строя.

2.3 Анализ элементов управления, индикации и присоединения

Элементы индикации – лампы накаливания и знаковый индикатор – для отображения информации. Они должны обладать достаточной яркостью, большим сроком наработки, а также быть просты в эксплуатации.

Элементы управления – кнопки – для управления работой прибора. Должны обладать хорошей фиксацией и удобны, в эксплуатации и ремонте.

Элементы присоединения – разъем. Должны обеспечивать хороший и надёжный контакт.

2.4 Анализ модулей и связи между ними

В данном устройстве выделено 4 модуля:

• блока управления, где происходит преобразование импульсов, управляющих работой светодиодного индикатора, в сигналы, которые управляют блоком транзисторных ключей;

• блок транзисторных ключей – осуществляет процесс выбора для дальнейшей индикации, полученной информации;

• блока питания и формирователя счетных импульсов (ФСИ) – обеспечивает питание прибора, преобразование напряжения 220 В в напряжение 5 В и формирование счетных импульсов;

• блок индикации и ввода информации – представляет собой микрокалькулятор и лампы накаливания.

Каждый модуль выполняется на отдельной плате, и соединяются между собой объёмным монтажом.

2.5 Определение установочных, присоединительных и габаритных размеров элементарной базы (ОСТ 4.010.030-81)

Элементы, используемые в схеме должны удовлетворять своими рабочими характеристикам и требованиями технического задания. Одновременно все подобранные элементы должны быть оптимальными по габаритным размерам и стоимости.

2.5.1 М о д у л ь о с н о в н о г о б л о к а Содержит следующие элементы:

а) Резисторы серии УЛИ-0,125 (ГОСТ 12305-76) постоянного сопротивления, которые характеризуются высокой стабильностью параметров, слабой зависимостью сопротивления от частоты и рабочего напряжения, высокой надежностью. Используются резисторы с номиналами – 330 Ом, 680 Ом и 1 кОм. Диапазон рабочих температур –60 …+125⁰С. Установочная площадь – 230 мм² .

б) Конденсаторы постоянной емкости серии К52-1Б (полярный). (ОЖО 464.039 ТУ) Характеризуются высокими электрическими показателями, небольшой стоимостью, большим сопротивлением изоляции, малым тангенсом угла потерь. Диапазон рабочих температур –60 …+125⁰С. Установочная площадь – 455 мм².

в) Транзистор типа КТ 312 А – это транзистор маломощный высокочастотный (ЖК 3.365.200 ТУ), типа n-p-n [3]. Диапазон рабочих температур –60 …+125⁰С. Установочная площадь – 118 мм²

г) Микросхема К155ЛАЗ – представляет собой 4 логических элементов И-НЕ.(КО 348.006-01 ТУ) Размещена в корпусе типа 201.14-1. Диапазон рабочих температур – 40⁰С до +70⁰С. Установочная площадь – 285 мм².

д) Микросхема К155ЛН1 – содержит 6 логических элементов НЕ (КО 348.006-35 ТУ). Микросхема размещена в корпусе типа 201.14-1. Диапазон рабочих температур – 40⁰С до +75⁰С. Установочная площадь – 285 мм²

е) Микросхема К155ЛИ1 содержит в себе 4 двухвходовых логических элементов 2И. (КО 348.006-27 ТУ). Размещена в корпусе типа 201.14-1. Диапазон рабочих температур – 40⁰С до +75⁰С. Установочная площадь – 285 мм².

ж) Диоды серии D223Б (СМ 3.362.018 ТУ). Диапазон рабочих температур – 40⁰С до +80⁰С. Установочная площадь – 225 мм²

з) Разъем на 21 отверстие. Диапазон рабочих температур – 40⁰С до +80⁰С. Установочная площадь – 290 мм².

2.5.2 Б л о к т р а н з и с т о р н ы х к л ю ч е й данный блок состоит из 64 одинаковых ячеек, в которые входят следующие элементы:

а) Микросхема К155ЛАЗ – представляет собой 4 логических элементов И-НЕ.(КО 348.006-01 ТУ) Размещена в корпусе типа 201.14-1. Диапазон рабочих температур – 40⁰С до +70⁰С. Установочная площадь – 285 мм².

б) Диоды серии D223Б (СМ 3.362.018 ТУ). Диапазон рабочих температур – 40⁰С до +80⁰С. Установочная площадь – 225 мм²

в) Конденсаторы постоянной емкости серии К52-1Б (полярный). (ОЖО 464.039 ТУ) Характеризуются высокими электрическими показателями, небольшой стоимостью, большим сопротивлением изоляции, малым тангенсом угла потерь. Диапазон рабочих температур –60 …+125⁰С. Установочная площадь – 455 мм².

г) Транзистор типа КТ 312 А – это транзистор маломощный высокочастотный (ЖК 3.365.200 ТУ), типа n-p-n [3]. Диапазон рабочих температур –60 …+125⁰С. Установочная площадь – 118 мм²

д) Резисторы серии УЛИ-0,125 (ГОСТ 12305-76) постоянного сопротивления, которые характеризуются высокой стабильностью параметров, слабой зависимостью сопротивления от частоты и рабочего напряжения, высокой надежностью. Диапазон рабочих температур –60 …+125⁰С. Установочная площадь – 230 мм² .

2.5.3 Б л о к п и т а н и я Данный блок помимо резисторов серии УЛИ-0.125; диодов серии D223Б и микросхемы серии К155ЛАЗ содержит следующие элементы:

а) Трансформатор серии ТВК–70-Л2. Диапазон рабочих температур – 60⁰С до +85⁰С. Установочная площадь – 11900 мм².

б) Трансформатор серии ТН-61.Диапазон рабочих температур – 60⁰С до +85⁰С. Установочная площадь–11900 мм².

в) Диод КЦ 402Б – кремниевый диффузионный в пластмассовом корпусе. Диапазон рабочих температур – 40⁰С до +75⁰С. Установочная площадь – 1075 мм².

г) Диод D242 – кремниевый диффузионный. Выпускаются в металлостеклянном корпусе с жесткими выводами. Диапазон рабочих температур – 40⁰С до +75⁰С. Установочная площадь – 950 мм².

д) Микросхема К155ТМ2.(КО 348.006-ХХ ТУ) Размещена в корпусе типа 201.14-1. Диапазон рабочих температур – 60⁰С до +85⁰С. Установочная площадь – 285 мм².

2.5.4 Б л о к и н д и к а ц и и и в в о д а и н ф о р м а ц и и Данный блок состоит:

а) микрокалькулятор Б3-23, который на принципиальной электрической схеме, представлен в виде светового индикатора АЛ 318, процессора К145ИП11А и Я-154. Диапазон рабочих температур – 60⁰С до +85⁰С. Установочная площадь – 11600 мм².

б) лампы накаливания МН 6,3-0,3. Яркость 350 кд/м².Количество 130 шт., которые расположены в определенном порядке для создания цифр от 0 до 9. Диапазон рабочих температур – 60⁰С до +85⁰С. Установочная площадь – 144 мм².