Устройство управления на базе мультиплексора

                                            --------------------------

                                                1    1   |  0  0  0  0

                                                0    X   |    Count

                                                X    0   |    Count

         
 
 
 
 
 

    Рисунок 1.5 – УГП двійкового лічильника 

    Входи R0,R1 – це входи сбросу лічильника, а вхід С2 – лічільний .Виходи застосовуються тільки Q2,Q4 – це виходи данних, які в подальшому будуть підключені на адресні входи мультиплексора. 
 

       1.8 Вибір мультиплексора 

    Мультиплексор – це функціональний вузол, комбінаційного типу, який здійснює підключення (комутацію) одного з деяких входів данних до виходу. Для реалізації комбінацій в завданні (їх 8) вибираємо восьми канальний  мультиплексор на три адресних шини. Цим вимогам відповідає ІМС типу К555КП15(відповідно зарубіжний аналог SN74152N).

      
 
 
 
 
 
 
 
 

    Рисунок 1.6 – УГП мультиплексора-селектора 

    Будь  – який пристрій, який здійснює на передаючій стороні операцію зведення данних в  один канал, прийнято називати мультиплексором. Але і ця ж схема може виконувати ще одну операцію – вибір, селекцію данних з вказаного адресним кодом джерела

    Таблиця 1.2 – Співпадіння між номерами тактових імпульсів та кодами                  команд 

 

    Для реалізації заданих кодів необхідно  синтезувати на схемі два мультиплексора, так як мультиплексор має тільки один вихід. Мультиплексор К555КП15 дозволяє комутувати данні від восьми входів на загальну вихідну лінію. Адресних входів три: Х9, Х10, Х11.Їх активний рівень – високий. А на інформаційні входи Х1 – Х8 подаються відповідні сигнали.(0 або1). Якщо „0” – то вивід підключається до загальної шини, якщо сигнал „1” – то через резистор до джерела живлення. 
 
 
 

    1.9 Робота пристрою 

    Пристрій  після надходження стартового сигналу  випрацьовує дану послідовність  команд в паралельному коді на виході.

    Пристрій  складається з наступних вузлів: стартстопного пристрою, вузла індикації  роботи, генератора на основі ОП, двійкового лічильника, двух мультиплексорів, а  також чотирьох елементів І –НЕ.

    Принцип дії полягає в наступному: після  того, як подали напругу живлення, тактовий генератор на основі ОП починає виробляти послідовність прямокутних сигналів з частотою 50 КГц.

    Після того, як подали стартовий сигнал на один із входів мікросхеми DD2.3, лічильник починає рахувати тактові імпульси. Після передає сигнали на адресні входи мультиплексорів, яким відповідають коди команд. Якщо інформаційному виводу мультиплексора  відповідає логічна „1” – то необхідний вивід підлючається через резистор на джерело живлення, а якщо логічний „0” – то до загальної шини.

      

       1.10 Побудова часових діаграм 

     Часові діаграми дають уявлення про динаміку сигналів в різних точках

принципової схеми проектованого пристрою, дозволяють оцінити деформацію сигналів, ризик гонок і, як наслідок, поява неправдивих спрацьовувань.

        Причиною деформації сигналу та появи неправдивих сигналів є обмежена швидкодія цифрових елементів, на яких будується схема.

    Рекомендується  на початку побудови часової діаграми не враховувати затримку сигнала  в різних цифрових елементах схеми. Це спрощує аналіз і дозволяє одержати загальне представлення про динаміку сигналів у проектованому пристрої.

  Часові діаграми дозволяють  отримати додаткову інформацію, необхідну для забезпечення нормального функціонування проектованого пристрою. 
В зв’язку з цим побудова часових діаграм є важливою частиною курсового проекту. Часові діаграми представлені на рис. 1.7 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Рисунок 1.7 – Часові діаграми 
 
 

       1.11 Розрахункова частина проекту 

    В розрахунковій частині курсового  проекту проводиться оцінка навантажувальної здібності різних елементів принципової схеми, розрахунок     параметрів часозадаючих ланцюгів, розрахунок надійності пристрою, розрахунок швидкодії. Також проводиться оцінка теплових режимів роботи елементів схеми, струму та потужності, які споживаються пристроєм. Розрахункова частина передбачає ще оцінку номінвлів резисторів в ланцюзі світлоіндикації. 
 
 

       1.12 Розрахунок генератора на основі ОП

        Частотна корекція ОП зазвичай виконується за допомогою підключення конденсаторів та резисторів до відповідних зажимів ОП. Призначення частотної корекції – уникнення автоколебань вихідного сигнала при охопленні підсилювача ООС. Причиною автоколебань є небажані фазові зсуви вОП та ланцюзі ООС, внаслідок чого ООС на деякий час приймає властивості ПОС.

    ОП  ефективно використовувати в генераторах імпульсів, так як вони мають досить непогані властивості, внаслідок яких ОП можна вважати ідеальним переключаючим елементом в цифрових схемах для робочих частот до 1 МГц. А саме завдяки цим властивостям, можна розрахувати наступні параметри генератора на основі ОП К154УД3(зарубіжний аналог AD504L).

    Спочатку  задіюємо формулу періоду Т для розрахунку потрібного номіналу резисторів, які будуть застосовуватись тільки для схеми генератора на основі операційного підсилювача: 

                                                                                              (1.1)

                                        

                                                                                                       (1.2) 

    Внаслідок даної формули можна вибрати  номінал резистора:

                                       

                                      R1 = R2 = R3 = 10 кОм

     

    Частота генератору розраховується за такою  формулою:

                                         

                                                                                                                      (1.3) 

    Невідомо  значення періоду Т. З вищезаписаної  формули виходить, що:

                      

                                                                                                               (1.4)

    З цієї формули визначаємо номінал  конденсатора:

                                                                                                            (1.5) 
 

                                          

    Конденсатор з номіналом 110 нФ має таке позначення Е24, підтвердженням цього є джерело  у списку літератури [8]. 

       Тепер можна визначити період Т: 

                                                                           

       Коли  всі данні з’ясовані розраховуємо частоту генератора : 

                                           

       1.13 Розрахунок елементів світлоіндикації  

    Для побудови схеми індикації роботи пристрою обирається тип свтлодіодів АЛ307А. Такий світлодіод випромінює у видимому діапазані червоним кольором. Світлодіод АЛ307А має такі основні технічні характеристики: струм живлення досягає 20mA, а напруга живлення складає 2В.Головною умовою для вибору світлодіодів є дотримання співвідношення:

                                                    Uж › Uд                                                            (1.6) 

    Щоб визначитися з номіналом резистора необхідно розрахувати наступну формулу: 

                                                                                                              (1.7)

                   

                                                                                                            (1.8)

                                                    

                                                      

де Uж – напруга живлення;

     Uпр.д – напруга пряма діода;

      Iд – струм діода. 
 
 
 
 
 
 
 
 

       1.14 Розрахунок швидкодії 

    Швидкодія – це час за який сигнал, після включення кнопки „Старт”, буде на виході.

    Час затримки загальний, розраховується за формулою:

                                                    t_{затр. заг} = ∑ t_{затр. імс}                                                     (1.9) 
 

де ∑ t_{затр. імс} — час затримки мікросхем, с; 

    Розраховуються  тільки ті ІМС, через які проходить  сигнал, тобто задіяні будуть не всі мікросхеми. За допомогою довідок визначаємо час затримки вживаних для розрахунку ІМС: К555ЛА3 = 20 нс, К555КП15 =  45 нс, К555ИЕ7 = 70 нс:

t_{затр. заг} = К555ЛА3 + К555КП15 + К555ИЕ7

t_{затр. заг} = 20 + 45 + 70 = 135 нс 
 
 

    1.15 Розрахунок енергоспоживання

    Енергоспоживання пристрою розраховується за формулою:

                                                                                                           (1.10)

    де Iкм – струм живлення кожної мікросхеми. 

    Також за допомогою довідок визначаємо струм споживання кожної мікросхеми:

К555ЛА3 = 4,4 mA, К555КП15 =  10mA, К555ИЕ7 = 30mA, К154УД3 = 7 mA. 

    Ізаг = К555ЛА3 + К555КП15 + , К555ИЕ7 + К154УД3 

    Iзаг = 4,4 + 10 + 30 + 7 = 51,4 mA 
 

    1.16 Розрахунок потужності 

    Значення  потужності розраховується за наступною формулою:

                                                     

                                                                                                       (1.11)