Цифровые устройства

 

           

 

Важнейшая из арифметических операций – сложение. Вычитание  – это сложение, в котором вычитаемое вводится в дополнительном коде. Дополнительный код образуется как разность . Например, цифра 7 в прямом коде имеет вид 0111. Ее дополнительный код образуется как разность 16 – 7 = 9, т. е . 1001. Тогда:

 

       .            Или        ;                       

Переносом старшего разряда пренебрегают. Умножение  и деление могут выполняться  как последовательное сложение и  вычитание.

В зависимости от способа  обработки чисел сумматоры могут  быть последовательного или параллельного  типа. В последовательных сумматорах сложение чисел производится поразрядно, последовательно во времени. В сумматорах параллельного типа сложение всех разрядов происходит одновременно.

Простейшим суммирующим  элементом является одноразрядный  полусумматор. Он имеет два входа  – А и В для двух слагаемых и два выхода: S и P (Рис. 17.10а). Полусумматор обозначается буквами HS (half-sum). Таблица истинности полусумматора приведена на рис. 17.10б.

 

Входы		Выходы
A	B	S	P
0	0	0	0
1	0	1	0
0	1	1	0
1	1	0	1

 

б)

 

Рис. 17.10

 

Таблица истинности (рис. 17.10б) показывает, что функция S полностью совпадает с действиями (17.8). Поэтому можно записать:

 

 

№	Входы			Выходы
	Ai	Bi	Pi	Si	Pi+1
0	0	0	0	0	0
1	0	0	1	1	0
2	0	1	0	1	0
3	0	1	1	0	1
4	1	0	0	1	0
5	1	0	1	0	1
6	1	1	0	0	1
7	1	1	1	1	1

           а)                                            б)                                                 в)

Рис. 17.11

 

Функция . От сюда следует, что в состав полусумматора должны входить два элемента: "исключающее ИЛИ" и "И" (рис. 17.10в).

Полный  одноразрядный сумматор имеет три  входа и два выхода (рис. 17.11а). На третий вход подается результат  переноса предыдущего сумматора. На рис. 17.11б приведена таблица истинности сумматора. Схема одноразрядного сумматора  содержит два полусумматора и  элемент ИЛИ (см. рис. 17.11в).

На рис. 17.12а приведена схема  четырех разрядного параллельного  сумматора с последовательным переносом. Число сумматоров равно числу  разрядов. Выход переноса каждого  предыдущего сумматора соединен со входом переноса последующего сумматора. Вход переноса сумматора первого  разряда заземлен (установлен логический "0"). Слагаемые и складываются во всех разрядах одновременно, а перенос поступает с окончанием сложения в предыдущем разряде .

Сумматоры выпускаются в  виде готовых изделий в составе  многих серий цифровых микросхем. Например, К155 ИМ3 – четырехразрядный параллельный сумматор (рис. 17.12б). Вход переноса имеется только у младшего разряда, а выход только у старшего ( ). Это позволяет наращивать микросхемы и использовать их для выполнения различных арифметических операций.

Цифровые компараторы  предназначены для сравнения  двух чисел, заданных в двоичном коде одинаковой разрядности. Компараторы  определяют равенство чисел, т. е. А = В, и неравенство, т. е. A > B или A < B, и имеют три выхода и входа. Выпускаются цифровые компараторы в виде готовых микросхем, например К555 СП1 – четырехразрядный компаратор.

 

 

 

 

 

 

2.5 Цифровое устройство, для автоматического управления исполнительными приборами.

Позволяет производить программируемое  автоматическое управление устройствами с учетом суточного реального  времени по таймеру, а имеющаяся  функция термостата  позволит управлять  устройствами и по температуре.

Такое устройство на сегодняшний  день будет актуально  для экономии электроэнергии освещения,  оптимизации работы наружного освещения.  Поддержание установленного температурного режима в жилом помещении или определенного микроклимата в определенном диапазоне температуры.  Да и вообще, для разных устройств  и приборов, которые нужно включать и выключать в одно и то же время регулярно каждые сутки, на протяжении многих недель, месяцев. Таким образом, происходит  экономия и материальных ресурсов. 

 

Цифровое устройство  представляет собой микропроцессорное программируемое устройство, обладающее следующими  особенностями:

• Распространенный микроконтроллер ATmega8.
• Три независимых исполнительных канала. (Два канала таймеры, один канал термостат)
• Независимые временные интервалы таймеров для каждого канала.
• Каждый канал таймера, имеет по три настраиваемых периода включения – выключения, для исполнительных устройств.
• Режим работы таймера, суточный  с 00:00. до 23:59.
• Точность программируемых таймеров от 1 минуты. Общей сложностью для каждого канала, от 1 минуты до 24 часов.
• Полное управление таймером с помощью 4-х кнопок.
• Управление от внешнего датчика (Выносной фотодатчик.)
• Совместная или независимая работа каналов таймера  и фотодатчика.
• ЖК графический дисплей.
• Русскоязычный интерфейс.
• Индикация состояния каналов таймера на дисплей.
• Функция общего сброса  из пользовательского меню.

Термостат (DS18b20):

• Диапазон измеряемой температуры -55°C  +125°C
• Точность показаний  0.1°C
• Регулируемый (настраиваемый) диапазон  температуры от +20°C до +30°C
• Регулируемый (настраиваемый) гистерезис от 0 до 9,9°C
• Управление от внешнего датчика (ВКЛ. – ВЫКЛ.)

Часы реального времени (DS1307):

• Содержит в себе часы, календарь.
• Точность установки, 1 сек.
• Резерв хода часов с запасом хода до 10 лет при отсутствии внешнего питания.
• Программная корректировка погрешности хода часов.

 

 

Принципиальная  схема цифрового устройства управления:  

 

 

 

 

 

Таймер не боится перебоев в электропитании и может управлять  практически любой нагрузкой, включая  и энергосберегающие лампы любого типа (так как на его выходе используем реле, физически они действуют  как обычный механический выключатель).  

 

 

 Имеется возможность  использования управления каждого канала с привязкой  от внешнего датчика, если это фотодатчик, к периоду  день-ночь, соответственно выкл.  осветительных приборов днем, и включение  освещения (если этот период задан пользователем), в сумерки и ночью. 

В качестве датчика может  использоваться фоторезистор или фототранзистор.  

Выбор использования  опции  управления от внешнего датчика, производится по усмотрению пользователя из пользовательского меню, для каждого канала отдельно.

Эта опция, управления от внешнего датчика, предоставляет пользователю, использование этого устройства  в различных вариантах комбинаций применения. Например: применение этого дополнительного управления, изначально предполагалось для использования в наружном освещении, но используя комбинации  вход - таймер, термостат – выход,  термостат – таймер,  вход – термостат,  выход – таймер,   можно придумать в разных вариантах применение этого устройства. 

Установка периодов включения 

Отрезок времени установки  активности  диапазона на включение, с 00:00. до 23:59. 

В связи с тем,  чтобы не было промежутка невключения исполнительного устройства с  23:59. до 00:00. , время таймер считает так, здесь на это нужно  обратить внимание. 

с 00:01.  до 00:01.  равно  1 минуте,  

или с 00:00.  до 00:01.  равно  2-м минутам.  

Или  с 00:00. до 23:59. Составляет ровно 24 часа.  

 

 

 Если нужно,  что бы период  был  неактивен, время нужно выставлять так включение 00:01.  выключение 00:00. При неактивности периода канала, разница должна быть,  минус одна минута  минимум. 

Текущее состояние нагрузки индицируется  в режиме основного экрана графическими символами  1 и 2,   соответствующие номерам каналов таймера. 

Состояние функции день  -  ночь отображается в режиме основного экрана, этакими графическими символами  солнца и луны. 

Все данные настроек, периодов включения -  выключения, автоматически сохраняются в энергонезависимой памяти МК. 

Если требуется, выберите пункт  "сброс установленных настроек".  

 

Нажатие кнопки +^  приведет все настройки значения  каналов по умолчанию 00:01.  00:00.  , если раннее  была установлена корректировка секунд, также  станет в  ±0. 

Все действия и параметры  установок отображаются на ЖКИ.  Все надписи меню на русском языке. 

 

В программе предусмотрена  функция автоматической  корректировки  секунд, эта функция порадует многих любителей, которые собирают такие устройства своими руками, так как каждая новая индивидуальная плата, это и индивидуальная емкость монтажа.

При разработке своей платы, придерживайтесь рекомендации  монтажа от разработчика микросхемы DS1307. 

 

Вариант исполнения этого  экрана  в данном варианте и в SL. 

 

Использование функции  корректировки секунд. 

В пользовательском меню выбираем пункт 

 

В котором  выбираем, плюс или минус нужное количество секунд

ВНИМАНИЕ корректировка секунд будет производиться один раз в 00:01.30 , один раз каждые  10 дней. (Так как минимальная коррекция 1 сек в день это очень грубая подстройка, а так при периоде  коррекции в 10 дней,  есть  возможность  проводить коррекцию,  минимально  от ±0.1 сек.)

FUSE: для работы МК, выставляются  на тактовую частоту 4 МГц. МК  тактируется от внутреннего RS осциллятора. 

 

Комплектующие: ЖКИ 16х2 на базе контроллера HD44780 или KS0006, МК ATmega8 с любой  буквой, в DIP исполнении, можно применить  и в корпусе TQFP. Популярная специализированная часовая микросхема DS1307, ведет  подсчет реального времени в секундах, минуты, часы, дни, месяц и год  вплоть до 2100 г. Автономное питание микросхемы DS1307, от одной 3-х вольтовой батарейки, способно поддерживать  микросхему DS1307 в рабочем состоянии, в течение 10 лет.  Обвязка микросхемы DS1307 минимальная:  кварц на 32768 Гц и батарейка на 3V (рекомендуется  параллельно батарейке ставить танталовый конденсатор).

Цифровой датчик температуры DS18b20. 

Реле для исполнительных устройств на 12V.

Печатная плата.

 
 

 

Работу схемы можно  протестировать в proteus"е: 

 

 

 

 

 

Применение этой схемы: найдется  множество вариантов использования такой схемы управления,  потому что,  это энергонезависимая и  точная  автоматика, будет реально  полезна  для какой либо автоматизации в быту или производстве.