Цифровая техника

Содержание

 

 

Введение 4

 

I Цель работы 5

 

II Техническое задание 5

 

III Вид кодированного сигнала 6

 

IV Состав устройства 6

 

V Проектирование устройств 7

 

1 Проектирование шифратора 7

 

2 Проектирование дешифратора 10

 

3 Проектирование кодопреобразователя 15

 

Заключение 19

 

Список используемой литературы 20

 

Приложение А 21

 

Приложение Б 22

 

Приложение В 23

 

Приложение Г 24

 

Приложение Д 25

 

 

 

Введение

 

 

Цифровые устройства это устройства, в которых величины принимают  два значения: ноль и единица.

Шифратор – цифровой узел, предназначенный  для преобразования информации, поступающий  на один из выходов в код, соответствующий  этому входу.

Дешифратор  – цифровой узел, предназначенный  для преобразования кода, поступающего на его входы, в информацию на одном  из его выходов, соответствующих  данному входу.  

Кодопреобразователь – цифровой узел, предназначен для преобразования одного кода в другой код.

Все эти  устройства построены на комбинационный логики.

 

 

I Цель работы

 

 

Модернизация  существующей системы управления и  контроля на современной электронной  базе.

Назначение: разрабатываемая система управления (далее по тексту СУ) предназначена для управления технологическим оборудованием на значительном удалении от пункта управления (далее по тексту ПУ). Управление осуществляется с помощью 10-ти кнопок находящихся на ПУ, дешифрация сигнала управления осуществляется блоком дешифратора, который подключает соответствующий исполнительный механизм. Индикация сработавшего исполнительного механизма осуществляется платой кодопреобразователя в виде десятичной цифры 7-ми сегментного кода.

II Техническое задание

 

 

Разработать систему диспетчерского контроля и  управления исполнительными механизмами  технологической установки с  индикацией номера сработавшего устройства.

Количество  объектов управления: 10.

Способ  индикации: десятичная цифра на 7-ми сегментном индикаторе.

Вид выходного  сигнала управления: «сухой» контакт.

 

III Вид кодированного сигнала

 

Кодированный сигнал представлен  в следующем виде:

№	А	В	С	D	Е
0	0	0	0	0	1
1	0	0	0	1	1
2	0	0	1	1	1
3	0	1	1	1	1
4	1	1	1	1	1
5	1	1	1	1	0
6	1	1	1	0	0
7	1	1	0	0	0
8	1	0	0	0	0
9	0	0	0	0	0

 

IV Состав устройства

 

Функциональная  схема устройства представлена на рисунке 1

 

 

Рисунок 1 – Функциональная схема устройства

 

A1 – Наборное поле (представлено в приложении Б);

A2 – Шифратор;

A3 – Дешифратор;

A4 – Кодопреобразователь;

A5 – Семисегментный индикатор;

Y0 … Y9 – Сигналы управления исполнительными механизмами.

БП –  Блок питания.

Общая принципиальная схема приведена  в приложении А.

 

V Проектирование устройств

 

1 Проектирование шифратора

 

Первый  этап: построение таблицы истинности шифратора (таблица 1).

 

Таблица 1. Исходные данные для проектирования шифратора

 

№	Входы										Выходы
	X9	X8	X7	X6	X5	X4	X3	X2	X1	X0	A	B	C	D	Е
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	1
1	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	1	1
2	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	1	1	1
3	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	1	1	1	1
4	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	1	1	1	1	1
5	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	1	1	1	1	0
6	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	1	1	1	0	0
7	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	1	1	0	0	0
8	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0
9	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0

 

Второй этап: вывод формул, выражающих выходные переменные через входные.

A=X4+X5+X6+X7+X8

B=X3+X4+X5+X6+X7

C=X2+X3+X4+X5+ X6

D=X1+X2+X3+X4+X5

E=X0+ X1+X2+X3+X4

 

Третий этап: по полученным результатам проектируем схему шифратора (приложение В).

 

Четвёртый этап: расчет транзисторного ключа на выходе сигнала  из шифратора (рисунок 2). Четвёртый этап: расчет транзисторного ключа на выходе сигнала  из шифратора (рисунок 2).

 

Рисунок 2 – Транзисторный ключ в шифраторе

Пусть I_н=I_к=1 мА, U_п=15 B.

Нам необходим  транзистор с U_кбmax>U_пит и I_kmax > I_к Данным характеристиками соответствует транзистор КТ3102Б с параметрами , , , U_кэнас=0,5В, U_бэнас=0,5В. Зная параметры транзистора, возьмем входное напряжение с поправкой на примерное падение напряжения на предыдущих схемах U¹_вх>=14,5 В (выбираем минимальное значение напряжения 14,5В) рассчитываем R1:

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбираем  в соответствии с рядом Е24 номинал  резистора R1 270 кОм,

Мощность  рассчитываем по формуле:

 

 

 

Окончательно  выбираем резистор R1 типа С2-33-0,125-270 кОм±5%.

 

Резистор  R2 выбираем 10кОм,  исходя из ТУ на транзисторе КТ3102Б

Окончательно  выбираем резистор R2 типа С2-33-0,125-10кОм±5%.

 

Рассчитываем  R3:

 

Выбираем  в соответствии с рядом Е24 номинал  резистора R3 15 кОм,

 

Мощность  рассчитываем по формуле:

 

Окончательно  выбираем резистор R3 типа С2-33-0,125-15кОм±5%.

Выбераем  диод КД521А, т.к. его обратное напряжение Uобр=30 В превышает Uпит=15 В, а I_пр = 2мА  > I _бэнас (0,125мА) это значит что мы избежим пробоя диода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Проектирование дешифратора

 

Первый этап: Проектирования дешифратора начинается с построения таблицы истинности (таблица 2).

 

Таблица 2. Исходные данные для проектирования дешифратора

№	Входы					Выходы
	А	B	C	D	E	Y9	Y8	Y7	Y6	Y5	Y4	Y3	Y2	Y1	Y0
0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1
1	0	0	0	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0
2	0	0	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0
3	0	1	1	1	1	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0
4	1	1	1	1	1	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0
5	1	1	1	1	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0
6	1	1	1	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0
7	1	1	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0
8	1	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0
9	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0

 

Второй этап: вывод формул, выражающих выходные переменные через входные.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Так как схема  сложная, то проведем минимизацию для упрощения схемы. Минимизация производится с помощью  матриц Карно. Создадим блоки.

 

Y0                                                                   Y1                     

 

Y2                                                                    Y3

 

Y4                                                                       Y5

 

 

 

Y6                                                     Y7

                                                                                                                                                                                                  

                                   Y8                                                           Y9

 

Рисунок 3 – Матрицы Карно для схемы  дешифратора

 

Из полученных матриц теперь выводим формулы:

 

 

 

 

 

 

                                       

 

                                                           

 

                 

 

Третий этап: Пользуясь полученными результатами, проектируем схему (приложение Г).

 

Четвёртый этап: расчет транзисторного ключа  для включения реле в

дешифраторе (рисунок 4).

 

 

Рисунок 4 – Транзисторный ключ в дешифраторе

 

U_пит =48 В

I_к =100 мА

Выбираем  реле РПУ0. Данное реле устраивает нас, так как I_ком=300 мА  U_ком=220 В. Реле имеет параметры I_вк=100 мА, U_вк=24 В. Необходим транзистор соответствующий требованиям U_кэmax > U_пит, I_кmax > I_к   Данные требования удовлетворяет транзистор  КТ973А и  его характеристики , , , U_кэн = U_бэн =1,5 В.

U⁰_вых= 0,8 В   U¹_вых=>14,5 B.

В соответствии  условию В выбираем стабилитрон КС533Г, (33 B>32 B)

Зная, что  Iк=100мА, U_n=48 B, то рассчитываем сопротивление резистора R1 по формуле:

;

 

 

 

 

 кОм

 

Мощность  рассчитываем по формуле:

 мВт

 

Окончательно  выбираем резистор R1 типа С2-33-0,125-10кОм±5%

Определим мощность резистора R3.

Мощность  для R3 рассчитываем по формуле:

 

Т.к. мощность > 2 Вт, то нам необходимо увеличить  нагрузку. К  R3 мы подключим параллельно такой же резистор R4.

Теперь рассчитываем R3, R4  по формуле:

 

 

Мощность  рассчитываем по формуле:

 

Возьмем резисторы с мощностью рассеивания 2 Вт. Тем самым мы получили запас  мощности на участке.

Окончательно  выбираем резистор R3 и R4 в соответствии с рядом Е24  типа С2-33-2-470Ом±5%.

 R2 = 1 кОм исходя из ТУ на  КТ973А.

Окончательно  выбираем резистор R2 типа С2-33-0,125-1кОм±5%.

 

В реле же в качестве исполнительного элемента используется катушка. Катушка имеет  сильную индуктивность, так что  резко оборвать ток в ней невозможно. Если это попытаться сделать, то потенциальная  энергия, накопленная в электромагнитом поле, проявиться в резком всплеске энергии. При нулевом токе обрыва на катушке будет мощный всплеск напряжения, в сотни вольт. Чтобы увести энергию катушки замкнем ее на себя же, поставив диод КД208Б. При нормальной работе диод включен встречно напряжению и ток через него не идет. А при выключении напряжение на индуктивности будет уже в другую сторону и пройдет через диод.

Нам необходим  диод, соединенный параллельно  реле, соответствующий данным  U_обрат > U_обрыва, I_про > I_обрыва.  Так же выбираем диод КД258Б исходя из того, что его характеристики  I=1,5A, U_обр=400В.

3 Проектирование кодопреобразователя

 

Первый этап: Проектирования кодопреобразователя начинается с построения таблицы истинности (таблица 3).

 

Таблица 3. Исходные данные для проектирования кодопреобразователя

Цифра	Входы					Выходы
	A	B	C	D	E	G	F	E	D	C	B	A
0	0	0	0	0	1	0	1	1	1	1	1	1
1	0	0	0	1	1	0	0	0	0	1	1	0
2	0	0	1	1	1	1	0	1	1	0	1	1
3	0	1	1	1	1	1	0	0	1	1	1	1
4	1	1	1	1	1	1	1	0	0	1	1	0
5	1	1	1	1	0	1	1	0	1	1	0	1
6	1	1	1	0	0	1	1	1	1	1	0	1
7	1	1	0	0	0	0	0	0	0	1	1	1
8	1	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1
9	0	0	0	0	0	1	1	0	1	1	1	1