Разработка электронного устройства управления

for i=1:n;

c1(i)=w(i)*(1+m^2)*Im(i);

c0(i)=-Re(i)+(c1(i)*m)/(w(i)*(1+m^2));

end

%получаем кривую  коэф.регулирования

plot(c0,c1),grid

[c0,c1]=ginput(1)        %определяем С0 и С1

 

 

Коэффициенты  ПИ – регулятора при этом равны  , , отсюда находим номиналы резисторов и конденсаторов для электрической схемы ПИ – регулятора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчет блоков питания и схемы индикации.

Для данной системы требуется  три источника питания на: ±5В, ±27В, ±9В.

Для реализации этих источников питания используем интегральные стабилизаторы напряжения: КР7805, КР7905. Данные по этим микросхемам приведены в таблице №6.

 

Таблица №6.

Тип микросхемы	Напряжение стабилизации, В
КР7805	+5
КР7905	-5

 

Номиналы резисторов и конденсаторов выбираются в зависимости от требуемого напряжения на выходе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Выбор структуры и расчет схемы индикации.

В цифровых устройствах  для индикации параметров, текущего состояния системы и ее компонентов, результатов измерений наиболее часто применяют семисегментные индикаторы, в которых стилизованное изображение цифр составляется семью сегментами.

Свечение сегмента может происходить при подаче на него напряжения логической единицы (индикаторы с общим катодом) или напряжения логического нуля (индикатор с общим анодом).

В зависимости от того, как работает в схеме индикатор (непрерывно или периодически), различают соответственно статический и динамический типы индикации.

В основе той и другой индикации лежит представление  двоичного кода двоично-десятичным кодом и последующее преобразование его в последовательность единиц и нулей, обеспечивающих свечение цифры, соответствующей весу двоичного кода. Указанную последовательность принято называть семисегментным кодом.

При статической индикации  счетные импульсы подаются вначале  на

сумматор на второй вход которого подаются эталонные импульсы, например с таймера 555 с известным периодом и скважностью.  Далее преобразованный сигнал подается на счетчик, который подсчитывает либо по фронту или по спаду в течение определенного промежутка времени задаваемого с того же эталонного таймера 555. Обычно при статическом подсчете время подсчета импульсов равняется одной секунде. Со счетчика сигнал подается на дешифратор, который преобразует двоичный код в семисегментный. Также в конце каждого подсчета импульсов сигнал на семисегментные индикаторы подается через регистр-защелку, которая может быть встроена в счетчик либо дешифратор или собрана на логических элементах, которая запоминает количество подсчитанных импульсов за одну секунду и выдает информацию на семисегментный индикатор.

    Для  формирования синхронных импульсов  используем кварцевый генератор, частота импульсов на выходе которого равна 32,768 кГц.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема измерительного счетчика частотомера:

При самостоятельной  постройке классического частотомера  на микросхемах КМОП-логики сейчас у радиолюбителя может возникнуть несколько проблем, связанных с комплектацией. Дело в том, что очень удобные для такого применения «часовые» микросхемы серии К176, такие как К176ИЕЗ, К176ИЕ4, К176ИЕ2 уже давно не производятся и постепенно «вымирают» с прилавков магазинов. Остается только серия К561 или К1561, КА561, которая производится и ныне. Но здесь нет счетчиков-дешифраторов с семисегментными выходами, практически нет и простых двоично-десятичных счетчиков.

Дешифраторы К561ИД2, аналогичные  микросхемам К176ИД2 в продаже практически не встречаются. Остается наиболее распространенный дешифратор КР514ИД1 или КР514ИД2, но эта микросхема - ТТЛ, отличающаяся большим током потребления (следует заметить, что и на индикаторы она отдает большой ток).

Ниже приводится две  опробованные на практике схемы четырехразрядного счетчика -дешифратора на широко доступных сейчас микросхемах. На рисунке 1 приводится схема со статической индикацией с применением четырех дешифраторов КР514ИД1. Двоично-десятичные счетчики сделаны из двоичных счетчиков микросхем К561ИЕ10, счет которых ограничен до 10-ти при помощи элементов микросхем К561ЛА7. На выходах включены четыре светодиодных индикатора типа АЛСЗЗЗ или АЛС324.

По сравнению со схемой на К176ИЕ4 эта схема дает значительно  большую яркость свечения индикаторов и имеет значительно большую надежность благодаря применению более надежных микросхем. К тому же все включенные сегменты индикаторов светятся с одинаковой яркостью, что большая редкость для К176ИЕ4.

Есть одна особенность, которую нужно учитывать при  построении схемы частотомера -обнуление счетчиков производится не логической единицей, как это бывает обычно, а логическим нулем. Это вызвано работой схемы ограничения счета счетчиков.

Недостаток схемы в  очень высоком токе потребления, вызванным не только работой индикаторов на большем токе, но и высоким током потребления самих микросхем ТТЛ КР514ИД1. Однако, если требуется высокая яркость индикаторов, а само устройство питается от электросети, то этот недостаток не так существенен.

В этой схеме используются индикаторы с общим катодом, если необходимо работать с индикаторами с общим анодом, то микросхемы КР514ИД1 нужно заменить на КР514ИД2, а общие аноды индикаторов соединить с положительной шиной питания.

Счетные импульсы поступают  на вывод 2 D3.1. Микросхема К561ИЕ10 имеет два связанных входа, обозначенных здесь С и V. При построении частотомера это можно использовать, - подачей логической единицы на вывод 1 D3.1 можно заблокировать счетчик, остановить его, поскольку в таком состоянии он не реагирует на импульсы, поступающие на С.

Резисторы R2-R29 ограничивают ток через сегменты светодиодных индикаторов. Увеличив их сопротивления можно понизить яркость свечения индикаторов и немного понизить ток потребления схемой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ШИМ – модуляция

 

Данная схема состоит из источника стабильного тока, выполненного на транзисторе VT1 и стабилитроне D1, и узла управления разрядом, выполненным на микросхеме интегрального таймера 555 (КР1006ВИ1) и диоде D2.

Выход 3 таймера соединён со входом 5 через диод D2, что позволяет  снизить напряжение на внутреннем делителе до нуля при наличии на выходе таймера сигнала низкого уровня. Такая конфигурация позволяет почти полностью разрядить конденсатор С1. Как только конденсатор разрядится до некоторого минимального напряжения, то таймер переключается и конденсатор начинает заряжаться от источника тока, и далее процесс циклично повторяется.

Частота колебаний генератора пилообразного напряжения зависит  от ёмкости конденсатора С1 и сопротивления  резистора R1. Частота определяется по формуле 
F=0,4/R1C1. При указанных на схеме номиналах она будет составлять примерно 4 кГц.

Ток, протекающий через  резистор R1 должен быть небольшим, так как в процессе разряда конденсатора выход источника тока замыкается на землю. Этот ток рассчитывается по формуле 
I=(V_D1-V_be)/R1, 
где V_D1 - это напряжение стабилизации стабилитрона D1 (в данном случае 4,7В) и V_be - прямое напряжение на переходе база-эмиттер транзистора VT1 (0,7В). Для получения хорошей формы сигнала ток, протекающий через резистор R1 не должен превышать 20 мА.

В качестве транзистора VT1 можно использовать практически  любой маломощный низкочастотный pnp транзистор, например, КТ502. Стабилитрон D1 - любой с напряжением стабилизации 4,7 вольт. Если применить стабилитрон на напряжение 2,7 вольт, то напряжение питания схемы можно будет снизить до 5В. Диод D2 - любой кремниевый, например, кд503, кд 509.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вывод

Современный этап развития электронной аппаратуры характеризуется  все большим широким применением  интегральных микросхем высокой  функциональной сложности. В настоящее  время невозможно найти какую-либо отрасль промышленности, в которой не использовались бы электронные приборы или электронные устройства измерительной техники, автоматики и вычислительной технике.

Промышленность выпускает  почти все электронные функциональные узлы, необходимые для создания устройств  измерительной и вычислительной техники, а также систем автоматики: интегральные электронные усилители электрических сигналов; коммутаторы; логические элементы; перемножители электрических напряжений; триггеры; счетчики импульсов; регистры; сумматоры и т.д. В связи с широким выбором интегральных схем, параметры которых известны из технических условий, изменились задачи стоящие перед разработчиками электронной аппаратуры. Эффективное применение интегральных микросхем, особенно аналогового типа, невозможно без знания принципа их действия и основных параметров.  

Можно выделить несколько задач изучения ЭУА в вузе:

1. глубокое освоение студентами принципов работы и закономерностей функционирования полупроводниковых приборов, интегральных микросхем, функциональных узлов и электронной аппаратуры (усилители, компараторы, цифровые микросхемы и т.д.).
2. приобщение студентов к разработке и созданию функциональных узлов и устройств на современной элементной базе ЭУА, предназначенных для постановки и совершенствования  демонстрационного эксперимента и для автоматизации измерений;
3. ознакомление студентов с современным состоянием и достижением ЭУА как области науки и техники, с методами решения задач, создание перехода от элементарных представлений к основам современной теории, подготовка студентов к самостоятельному изучению научно-технической литературы по ЭУА.

В данной курсовой работе произведена попытка стабилизировать  частоту вращения микродвигателя серии  ДПМ-20-Н1-01 соответствующей 70% от номинальной. А также попытались реализовать  всю систему на наиболее простых и  стабильно работающих элементах современной электроники.

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы.

 

1. Конспект лекций.
2. Оробей И.О. , Гринюк Д.А., Максимов В.Я. Электронныя прылады аутаматыкi. – Минск «БГТУ», 2005
3. П. Хоровиц , У. Хилл. Искусство схемотехники. – Москва «Мир» ,в двух томах, 1986.
4. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. – Санкт-Петербург: «Профессия», 2003г.
5. Попов Е.П. Автоматическое регулирование и управление. - М.: «Наука», 1966г.
6. Попов Е.П. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления. -М.: «Наука», 1978г.
7. Богданович М. И., Грель И. Н., Прохоренко В. А., Шалимо В. В. Цифровые  интегральные микросхемы. — Минск “Беларусь”, 1991.