2.2. Расчет делителя напряжения

Нужно спроектировать делитель напряжения для сигналов a,b,c,d. Уровни логической единицы этих сигналов 28 В.

Для правильной работы микросхем К155ЛА3, использованных в логическом блоке нам надо иметь напряжения U = 2,4 В или более (но не более 5 В).

Рисунок 9 - Делитель напряжения.

На вход подаётся напряжение U_вх= 28 В, то напряжение на выходе будет сниматься с резистора R21 и будет равно U_вых= 5 В;

;; ;

;

Выберем резисторы R21 и R22 из ряда Е192: R22=100Ом ; R21=604Ом;

Такой делитель необходимо поставить на каждый из сигналов a,b,c,d:

R21 = R23 = R25 = R27 из ряда Е192, номинал: 604 Ом;

R22 = R24 = R26 = R28 19 из ряда Е192, номинал: 100 Ом;

2.3. Электронный аналоговый ключ.

Электронный аналоговый ключ широко используется в электронике для осуществления передачи аналоговой информации от одного блока к другому. Исходя из параметров разрабатываемого прибора применяем микросхему аналогового ключа КР590КН9, который имеет следующие характеристики: t_вкл.=500нс;

U ¹_вх =0,8…4 В;

U ⁰_вх=0...0,8В;

U_П=15.

На рисунке представлены схемное обозначение и упрощенная физическая модель микросхемы КР590КН9.

Рисунок 10 - Коммутатор.

Пока на вход U_упр подается сигнал низкого уровня, КМОП-транзистор закрыт, сопротивление канала высокое, при подачи на вход напряжение высокого уровня, то транзистор открывается, сопротивление понижается, и ток утечки течет через него.

На входы 4 и 5 подаются входные аналоговые сигналы, которые снимаются с выходов 3 и 6 соответственно. На входы 10 и 15 подаются сигналы управления ключами. К выводам 11 и 13 подводятся напряжения питания ±15 В соответственно. Вывод 14 подключается к общему приводу схемы прибора.

Схема включения ключа:

Рисунок 11 - Включение коммутатора.

В качестве элемента И-НЕ используем один элемент с микросхемы К155ЛА3.

3. Проектирование цифрового частотомера.

Необходимо разработать частотомер, измеряющий частоту в полосе заданных частот (250 … 6000 Гц).

В настоящее время наибольшее распространение получил электронный частотомер. Он основан на подсчете числа импульсов измеряемого сигнала.

Данный цифровой частотомер может работать в режиме счетчика импульсов. Он позволяет измерять частоту импульсных сигналов, время измерения 1с., время индикации 4 с.

Рисунок 12 - Цифровой частотомер.

1)Преобразователь формы сигнала

Рисунок 13 - Преобразователь формы сигнала.

Усилитель-ограничитель предназначен для преобразования аналогового сигнала в цифровой. Операционный усилитель К140УД22 с включенными в цепь обратной связи диодом и стабилитроном. Диод КД522А убирает отрицательную полуволну, а стабилитрон Д809 ограничивает положительную, R29=2,49 кОм. Сопротивление R15 поставлено в качестве дополнительной нагрузки операционного усилителя для предотвращения его перегорания, так как параллельное соединение диода и стабилитрона может не обеспечить рабочей нагрузки операционного усилителя. DD10.1 - это элемент микросхемы К561ТЛ1 с передаточной характеристикой триггера Шмитта преобразует сигнал в прямоугольные импульсы, используется в качестве порогового устройства, реагирующего на определенный уровень входного сигнала вне зависимости от скорости его изменения. На выходе преобразователя формы сигнала подключен инвертор для обострения фронтов импульсов.

Рисунок 14 - Временные диаграммы.

На рисунке 13 представлены сигналы на входе, после усилителя и после триггера Шмитта.

2) Генератор образцовой частоты - генератор высокочастотных импульсов (1МГц) с высокой стабильностью частоты. Выполнен на кварцевом резонаторе. Генератор высокочастотных импульсов представлен на рисунке

Рисунок 15 - Генератор образцовой частоты.

3)Делители частоты

Шесть каскадов делителей частоты на 10 (микросхема К176ИЕ2) обеспечат деление частоты 1 МГц которая поступает с генератора образцовой частоты до 1 Гц которая будет поступать на схему управления.

Рисунок 16 - Делитель частоты.

4) Схема управления реализована на микросхеме К155ИЕ5, которая состоит из двух частей: один триггер (одноразрядный счетчик) со входом С1 и выходом 0 Q и три триггера (трехразрядный счетчик) со входом С2 и выходами 1 Q, 2 Q, 3 Q). Оба счетчика двоичные, первый из них считает до двух, а второй до 8. При объединении выхода 0 Q микросхемы со входом С2 получается 4-х разрядный двоичный счетчик, считающий до 16. Счет производится по отрицательному фронту входного сигнала С1 и С2. Сбрасывается счетчик в нуль по сигналам 1 R и 2 R, объединенным по функции И. При объединении счетчиков для увеличения разрядности (каскадировании) необходимо выход 3 Q предыдущего счетчика (выдающего более младшие разряды) соединить со входом С1 следующего счетчика (выдающего более старшие разряды).

Рисунок 17 - Схема управления.

По справочнику подбираем микросхемы подходящей серии. В качестве элемента 2ИЛИ-НЕ используется 2 элемента 2ИЛИ-НЕ микросхемы К155ЛЕ1 и 5 элементов 3И двух микросхем К155ЛИ4.

Характеристики микросхемы К155ЛЕ1 приведены в Приложении В. Характеристики микросхемы К155ЛИ4 приведены в Приложении И.

5) Схема индикации состоит из дешифратора (К176ИЕ4) и индикатора (АЛС324Б)

В частотомере используется 4 таких микросхем, т.к. разрядность цифрового индикатора частоты равна 4.

Рисунок 18 - Дешифратор и индикатор.

6) Схема сброса предназначена для подачи на вход R кратковременных импульсов для обнуления счетчика и сброса индикатора. Время разряда конденсатора  должно быть гораздо меньше по сравнению с величиной = 1,666710^-4 с. Зададим  = 1.666710^-7 с и R 31= 759 Ом. Так как  = RC, тогда С = 220 пФ. На выходе R-C цепочки установлен триггер Шмита для обострения фронтов.

Рисунок 19 - Схема сброса.