Реферат: Электронное устройство счета и сортировки

Министерство Российской Федерации по атомной энергии

Северский технологический институт

Томского политехнического университета

КафедраЭиАФУ

Электронное устройство счета и сортировки

Пояснительная записка

ЭУ.200.600. ПЗ

Руководитель:Соловьёв Ю.А.

«___»_____________200_г.

Студент:Пономарёв В.В.

«___»_____________200_г.

Северск 2002г.

Задание на курсовое проектирование студентуПономарёву В.В.

1. Тема проекта: Сортировочное устройство, вариант №24

2. Срок сдачи студентом законченного проекта 20.12.2002г.

3. Исходные данные к проекту.

3.1. Устройство питается от однофазной промышленной сетипеременного тока 220 В, частотой 50 Гц.

3.2. Устройство должно обеспечивать работу при отклоненияхнапряжения питающей сети от номинального в пределах от плюс 10 до минус 15 %.

3.3. Устройство предназначено для работы в закрытых стационарныхпомещениях при температуре окружающего воздуха в пределах от плюс 5 до плюс 40 °

С.

3.4. Устройство должно производить сортировку предметов по тремпараметрам Х1, Х2, Х3 в соответствии спрограммой, заданной в таблице 1.

Таблица SEQ Таблица * ARABIC 1

Номер набора

Х1

Х2

Х3

3.5. Устройство должно производить счет и отображение числаотсортированных предметов до значения N= 789

3.6. Параметры пороговых значений входных сигналов ФЛУ и точностьсравнения приведены в таблице 2.

Таблица SEQ Таблица * ARABIC 2

Номер варианта

Uд1min

Uд1max

Uд2min

Uд2max

Uд3min

Uд3max

Uср

3,8

9,3

5,6

8,7

5,8

7,3

0,01

3.7.Длительность сигналов управленияисполнительными механизмами: τимп1=19 (мс), τимп2=19(мс).

3.8.Принципиальная схема должна обеспечить выполнение всех функций,перечисленных в п. 1.2 пособия.

Руководитель.А. Соловьёв ”_______________200_г.

Задание принял к исполнению

Пономарёв В.В. ”_______________200_г.

Содержание

TOCf h z «Влазаг 2 Знак Знак;2; Стиль Влазаг 2;2; Влазаг 1 Знак;1; Влазаг2 Знак;2; Влазаг 1;1; Приложения;1» 1. Общие вопросы проектирования PAGEREF _Toc29584090 h 5

1.1. Описание технологического процесса PAGEREF _Toc29584091 h 5

1.2. Функции, выполняемые сортировочным устройством.PAGEREF _Toc29584092 h 5

1.3. Обоснование выбора блочной схемы СУ.PAGEREF _Toc29584093 h 6

2. Разработкаформирователей логических уровней (ФЛУ).PAGEREF _Toc29584094 h 8

2.1. Разработка принципиальной схемы ФЛУ.PAGEREF _Toc29584095 h 8

2.2. Выбор типа компаратора.PAGEREF _Toc29584096 h 11

2.3. Расчет параметров элементов принципиальной схемы.PAGEREF _Toc29584097 h 12

2.4. Определение мощности и тока, потребляемых ФЛУ.PAGEREF _Toc29584098 h 16

3. Проектированиецифрового автомата.PAGEREF _Toc29584099 h 18

3.1. Минимизация логической функции автомата.PAGEREF _Toc29584100 h 18

3.2. Разработка принципиальной схемы автомата.PAGEREF _Toc29584101 h 19

3.3. Определение мощности и тока, потребляемых цифровымавтоматом.PAGEREF _Toc29584102 h 20

4. Разработкадвоично-десятичного счетчика.PAGEREF _Toc29584103 h 21

4.1. Обоснование и выбор типа интегральной микросхемыдвоично-десятичного счетчика.PAGEREF _Toc29584104 h 21

4.2. Проектирование счетчика предметов на заданное число.PAGEREF _Toc29584105 h 21

4.3. Разработка дешифратора конца счета.PAGEREF _Toc29584106 h 22

4.4. Разработка схемы установки счетчика в исходное(нулевое) состояние PAGEREF _Toc29584107 h 23

4.5. Определение мощности и тока, потребляемых счетчиком.PAGEREF _Toc29584108 h 24

5. Проектированиесхемы индикации в десятичной форме.PAGEREF _Toc29584109 h 26

5.1. Выбор типа дешифраторов и семисегментных индикаторов.PAGEREF _Toc29584110 h 26

5.2. Разработка принципиальной схемы индикации.PAGEREF _Toc29584111 h 27

5.3. Расчет мощности и тока, потребляемых схемой индикации.PAGEREF _Toc29584112 h 28

6. Проектированиесхем управления исполнительными механизмами.PAGEREF _Toc29584113 h 29

6.1. Выбор типа интегральной микросхемы ждущегомультивибратора.PAGEREF _Toc29584114 h 29

6.2. Расчет параметров элементов времязадающих цепей PAGEREF _Toc29584115 h 29

6.3. Расчет мощности и тока, потребляемых схемой.PAGEREF _Toc29584116 h 30

7. Разработкаисточника питания.PAGEREF _Toc29584117 h 31

7.1. Определение исходных данных (количество источниковнапряжения, требуемые величины напряжений и токов нагрузки).PAGEREF _Toc29584118 h 31

7.2. Выбор схемы выпрямления и типа диодов.PAGEREF _Toc29584119 h 31

7.3. Расчет и выбор параметров схемы сглаживания пульсаций.PAGEREF _Toc29584120 h 32

7.4. Разработка принципиальной схемы стабилизаторов, расчетпараметров схемы и выбор типа применяемых элементов.PAGEREF _Toc29584121 h 33

8. Разработкаи описание принципиальной схемы сортировочного устройства.PAGEREF _Toc29584122 h 34

9. Заключение.PAGEREF _Toc29584123 h 35

10. Списоклитературы.PAGEREF _Toc29584124 h 36

Приложение 1 PAGEREF _Toc29584125 h 37

Введение

Быстрое расширение областей применения электронных устройств однаиз особенностей современного научно – технического прогресса. Этот процесс связанс внедрением интегральных микросхем в управляющие устройства. Применениеинтегральных микросхем позволило усовершенствовать и создать новые методыпроектирования, конструктирования и производства радиоэлектронной аппаратурыразличного назначения. Использование цифровой микроэлектроники в различныхобластях значительно упростило контроль за различными процессами и повысилокачество выпускаемых изделий.

1.

1.1.

Рассмотрим технологический процесс сортировки некоторых предметов(изделий), представленный на рисунке 1.

Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 1

Изготовленные предметы из питателя П поступают на транспортную систему1 и автоматически распределяются (сортируются) по накопителям Н1 – Нn.Управление осуществляется с помощью сортировочных устройств СУ1 – СУn, измеряющих некоторые параметры предметов и вырабатывающихсигнал управления на складирование в накопитель Н при совпадении набораопределенных значений параметров предметов с заданным. При достиженииколичества отсортированных предметов заданному числу контейнер сотсортированными предметами удаляется с помощью другой транспортной системы 2,обеспечивая непрерывность процесса.

Разработаем и рассчитаем основные элементы системы управлениясортировочного устройства.

1.2.

Количественная оценка каждого признака производится тремяаналоговыми датчиками (Д1 – Д3), выходное напряжениекоторых имеет положительную полярность и изменяется от 0 до 10 В.

Так как одновременную оценку параметров трех признаков обеспечитьтехнически сложно, то необходимо ввести позиционный (путевой) датчик Д4.Цифровой выходной сигнал датчика Д4. единичного уровня появляетсятогда, когда аналоговые датчики Д1 – Д3 закончилиформирование своих выходных сигналов.

Числовая оценка параметра признака осуществляется в цифровой форме.Данный признак Х принимает единичное значение, если выходное напряжениесоответствующего аналогового датчика находится в определенной зоне, задаваемойдвумя пороговыми значениями UДmin и UДmax:

(1.)

Программа сортировки задается определенной совокупностью цифровых наборовпризнаков Х1, Х2, Х3.

При совпадении текущего набора признаков с заданным по программесчетное устройство вырабатывает сигнал управления исполнительным механизмом (ИМ1)длительностью t

им1,запускающий процесс складирования отсортированного предмета в накопитель Н1.

В процессе сортировки необходимо вести текущий счет и индикацию вдесятичной форме числа отсортированных предметов.

При достижении заданного числа N отсортированных предметов в накопителеформируется сигнал определенной длительности t

им2 управленияисполнительным механизмом (ИМ2), для удаления контейнера спредметами из накопителя и замены на пустой. При этом счетчик долженавтоматически “обнулиться” и начать счет отсортированных предметов в следующейпартии.

Необходимо предусмотреть автоматическое “обнуление” счетчика предметовпри подаче напряжения питания на сортировочное устройство, а так же “обнуление”по команде обслуживающего персонала (ручное управление).

1.3.

СУ.

На рисунке 2 представлена блочная схема сортировочного устройства СУ,которая даёт наглядное представление о структуре СУ, его внутренних связях и работы.

Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 2

Блок аналоговых датчиков (БД) производит измерение трех параметровпредметов в аналоговой форме. Четвертый датчик Д4. выдает сигналготовности процесса измерения в цифровой форме. Единичному выходному сигналусоответствует момент времени, когда все три признака блоком БД сформированы.

Процесс преобразования аналоговых сигналов измерения в цифровой вид(Х1, Х2, Х3) осуществляет блок формирователейлогических уровней ФЛУ.

Цифровой (программный) автомат (ЦА) работает по жесткой программе,задаваемой таблицей истинности. При совпадении текущей совокупности измеренныхпараметров с заданной выдается выходной сигнал ЦА, используемый для счета ивключения исполнительного механизма после формирования определеннойдлительности t

им1ждущим мультивибратором (ЖМ1). Счет количества отсортированных предметовведется десятичными счетчиками Сч100 – Сч1. Визуальнаяиндикация числа предметов производится семисегментными индикаторами И100– И1 в десятичном виде. Для преобразования состояния счетчика (Сч)из двоичного кода в код, необходимый для управления индикаторами И100– И1, используются специальные дешифраторы DC100 – DC1.

Дешифратор DC2 определяет момент достижения заданногоколичества отсортированных предметов. Ждущим мультивибратором ЖМ2формируется сигнал управления длительностью t

им2 вторымисполнительным механизмом и контейнер с предметами удаляется из накопителя. Поэтому же сигналу счетчик автоматически “обнуляется”. Установка счетчика Сч100– Сч1 в нулевое исходное состояние может быть произведенавручную оператором путем коммутации кнопки S. Сигнал установки счетчика в исходноесостояние вырабатывается схемой формирования (СФ1).

Питание СУ производится от сети однофазного напряжения 220В,частотой 50Гц. С помощью понижающего трансформатора ТV получают источник тока стребуемым напряжением. VD – блок выпрямителей, СТ – блок стабилизаторовнапряжения.

В VD производится преобразование переменного тока в постоянный ифильтрация полученных нестабилизированных напряжений.

Блок СТ обеспечивает питание электронных схем СУ стабилизированныминапряжениями Uп. При подключении СУ к питающей сети предусмотреноавтоматическое “обнуление” счетчика с помощью схемы формирования (СФ2).

2.

2.1.

ФЛУ предназначены для преобразования аналогового сигнала датчиков признаков(UД1, UД2, UД3) в цифровой сигнал. При этомдолжно быть выполнено условие: цифровой сигнал признаков (Х1, Х2,Х3) принимает “единичное” значение, если:

(2.)

Реализуем поставленную задачу использовав два компаратора, формирующихвыходные сигналы Х1¢

, Х1² в соответствии сусловием (2). Диаграмма работы компараторов представлена на рисунке 3.

Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 3

Рассмотрим работу компараторов для одного канала преобразованияаналогового сигнала первого датчика UД1 в цифровой Х1.

На диаграмме (рисунок 3) представлены зависимости выходных сигналовкомпараторов Х1¢

и Х1² от величины входногосигнала датчика признаков UД1. При напряжении датчика:

при <img src="/cache/referats/16019/image014.gif" v:shapes="_x0000_i1031">

Принципиальная схема, реализующая диаграмму (рисунок 3) и заданиепороговых уровней UД1min и UД1max, представлена на рисунке 4. <img src="/cache/referats/16019/image016.gif" v:shapes="_x0000_i1032">

Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 4

Интегральный компаратор DA1.1 формирует цифровой сигнал Х1¢

,а DA1.2 – Х1². С выхода делителя R1, R2, R3задается пороговый уровень, равный напряжению UД1min, а с выходаделителя R4, R5, R6 – UД1max. Схема (рисунок 4)дополнена логическим устройством DD1.1, состояние которого в зависимости от UД1приведено в таблице 3.

Таблица SEQ Таблица * ARABIC 3

UД1

Х1¢

Х1²

Х1

UД1 <

UД1min

UД1min £

UД1 £ UД1max

UД1 >

UД1max

*

Логическая функция Х1не определена на наборе Х1¢

=0,Х1²=0,так как логическая функция технологически не может быть задана. Поэтому приформализации на этом наборе Х1 может принять любое значение 0 или 1.В данном случае целесообразным является нулевое значение функции Х1на наборе Х1¢=0, Х1²=0. Окончательный видтаблицы состояния функции Х1 дан в таблице 4.

Таблица SEQ Таблица * ARABIC 41

Х1¢

Х1²

Х1

На инвертирующий вход компаратора DA1.1 с выхода потенциометра R2(рисунок 4) подается пороговый уровень UД1min, а с выхода R6– UД1max на не инвертирующий вход DA1.2. Так как аналоговый сигналдатчика признаков Uд положительной полярности, то и опорноенапряжение (Uоп) выбираем положительной полярности.

Выбор величины Uоп определяется наибольшим значениемнапряжений UД1max, UД2max, UД3max, в данномслучае 9,3 В. Условием выбора величины напряжения Uоп определим егопревышение на 10 – 20% относительно наибольшего значения из UД1max, UД2max,UД3max, получаем:

Схемы формирования логических сигналов Х2 и Х3аналогичны схеме на рисунке 4. При этом параметры резисторов R1, R2,R3 и R4, R5, R6 будут посчитаны всоответствии с заданными значениями UД2min, UД2max, UД3min,UД3max.

Логическое устройство (рисунок 4), реализующее функцию (2),выполнено на логическом элементе 3И (DD1.1). На третий вход подается выходдатчика Д4, единичное значение которого разрешает формированиелогического сигнала Х1. Окончательно, таблица состояния длялогического элемента DD1 имеет вид таблицы 5.

Таблица SEQ Таблица * ARABIC 5

Х1¢

Х1²

Д4

Х1

Рассмотрим работу схемы (рисунок 4).

При Uд <

Uдmin, положительный пороговый уровень Uдmin на инвертирующем входе DA1определяет нулевой уровень выхода Х1¢. На не инвертирующемвходе DA1.2 действует положительное напряжение Uдmax и на выходе Х1²формируется единичный уровень.

При Uд ≥ Uдmin, выход компаратора DA1.1переключается на высокий уровень, а выход компаратора DA1.2 остается на прежнемвысоком уровне.

При Uд = Uдmax выход компаратора DА1.1остается без изменения на высоком уровне, а выход компаратора DA1.2 переключаетсяна нулевой уровень. При Uд >

Uдmaxсостояние компараторов не изменяется.

Формирование выходного логического сигнала признака Х1производится по высокому уровню сигнала датчика Д4.

Если Д4 = 1 и Uдmin £

Uд £Uдmax, то Х = 1;

если Д4 = 1 и Uд <

Uдmin или Uд>Uдmax, то Х = 0.

Формирование логических уровней Х2,Х3осуществляется аналогично описанному выше для Х1.

2.2.

Расчет схемы сводится к выбору типа компаратора и определенияпараметров резисторов R1, R2, R3, R4,R5, R6, R19, R20.

В основу расчета приняты 2 условия:

1. Минимальное влияние входных токов Iвх компаратора

2. Минимальное влияние величины напряжения смещения Uсмна формирование выходного сигнала (на точность работы).

Первое требует равенства эквивалентных сопротивлений, подключаемыхк инвертирующему и не инвертирующему входам компаратора:

(3.)

Условие (3) приводит к необходимости включения дополнительныхрезисторов R19 и R20 на соответствующие входы компараторовDA1.1 и DA1.2.

Второе условие ограничивает величину эквивалентных сопротивлений,подключаемых к входам компаратора:

(4.)

<img src="/cache/referats/16019/image024.gif" v:shapes="_x0000_i1036">,

где:

Uсм – напряжение смещения выбранного компаратора,

Iвх– входной ток выбранного компаратора.

Определим точнее условие (4). Будем считать, что снижениеэквивалентного сопротивления по отношению к значению Uсм/Iвх на порядок, являетсядостаточным. Тогда условие (4) будет иметь вид:

(5.)

При этом следует иметь ввиду, что влияние Uсм наточность не исключено. Сведено до минимума влияние входных токов Iвх выполнениемусловий (3) и (4).

При выборе типа компаратора учтём два положения:

а) возможность формирования выходного цифрового сигнала,соответствующего стандартному уровню КМОП серии логических элементов,

б) численное значение напряжения смещения Uсм,приведенное в справочных данных.

Если напряжение Uсм велико, то необходимо применитьдополнительную схему балансировки, подключаемую к дополнительным выводам NCкомпаратора в соответствии с рекомендацией, приводимой в литературе.Напряжение Uсм будем считать большим, если:

(6.)

<img src="/cache/referats/16019/image028.gif" v:shapes="_x0000_i1038">.

А мы имеем следующее:<img src="/cache/referats/16019/image030.gif" v:shapes="_x0000_i1039"><img src="/cache/referats/16019/image032.gif" v:shapes="_x0000_i1040"> это условиевыполняется при исползовании компаратора К597СА3.Параметры UСМ = 0,005 В,IВХ = 0,25мкА

2.3.

При расчете сопротивлений резисторов делителей, задающих требуемыепороговые значения напряжений, определим ток, протекающий через делитель. Рассмотримделитель напряжения R1, R2, R3 для заданияпорогового уровня UД1min (рисунок 5). Делитель напряжения необходимоспроектировать так, чтобы с выхода R2 можно было получить UД1minпри выборе стандартных (по ГОСТ) значений сопротивлений резисторов R1,R2, R3. Задача расчета существенно упрощается, есливыбрать ток делителя R1, R2, R3 – Iд, значительнопревышающий входной ток компаратора Iвх.

Если

(7.)

то входной ток компаратора можно не учитывать при расчете сопротивленийрезисторов.

Для точной установки напряжения порогового уровня используетсярегулировочный резистор R2. Осью потенциометра можно плавно изменитьвеличину порогового напряжения в пределах от 0,9UД1min до 1,1UД1min.

Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 5

Для определения тока делителя (Iд). необходимо воспользоваться формулой (3) с учетомвыражения (5) :

(8.)

(9.)

(10.)

<span Times Ne

еще рефераты

Еще работы по радиоэлектронике

Реферат по радиоэлектронике

6 задач по теории электрических цепей

25 Июня 2015

Реферат по радиоэлектронике