Разработка арифметико-логического устройства (стр. 2 из 3)
3) Для того чтобы после отключения “B” не создалось условия для его повторного включения (ложные срабатывания) полученное логическое выражение для “B” преобразуют, раскрывая все скобки, в сумму произведений и проверяют, не встречается ли хотя бы одна комбинация сигналов в отключенном периоде.
Поскольку ни одна из этих комбинаций не встречается в отключенном периоде, то проверка пройдена.
Описанному алгоритму работы выходного сигнала В соответствует функциональная схема, представленная на рисунке 5.
Рисунок 5 - Функциональная схема для формирования выходного сигнала В
2.5 Разработка принципиальной схемы для формирования выходного сигнала В
При реализации принципиальной схемы на однотипных элементах И-НЕ используются один корпус микросхемы К561ЛА8 и один элемент корпуса К561ТР2. Принципиальная схема представлена на рисунке 6.
Рисунок 6 - Принципиальная схема для формирования выходного сигнала В
2.6 Разработка принципиальной схемы для формирования выходного сигнала С
Выходной сигнал С появляется в момент появления сигнала В, а исчезает, когда число появлений сигнала А сравняется с числом 14. Число появлений сигнала А отслеживает счетчик и при появлении сигнала А 14 раз сигнал С исчезает и счетчик обнуляется. Для формирования выходного сигнала С используются микросхемы: К561ТР2, К561ЛА8, К561ИЕ10. Принципиальная схема представлена на рисунке7.
Рисунок 7 - Принципиальная схема для формирования выходного сигнала С
2.7 Расчёт и выбор элементов входных и выходных УСО
2.7.1 Расчёт и выбор элементов входных УСО
К входным устройствам согласования с объектами (УСО) относится защита от дребезга контактов. Для создания сигналов d, bи cиспользуются соответственно нормально замкнутый контакт, нормально разомкнутый и перекидной контакт. При замыкании контактов после касания подвижного контакта с неподвижным в силу упругих свойств подвижный контакт начинает вибрировать около неподвижного на протяжении 0,1 - 1мс. В релейно-контакторных схемах этот дребезг не оказывал существенного влияния на работу реле. В логических схемах логика успевает сработать. Это приводит к появлению “пачки” из нескольких десятков импульсов. Чтобы логика не реагировала на эти лишние импульсы используются УСО.
1. УСО для сигнала d.
Рисунок 8 - УСО для сигналаd
По заданию входная ситуация при ненажатой кнопке воспринимается как логический ноль.
По рисунку 8 когда кнопка SB1 не нажата, конденсатор С1 разряжен и на входе логического элемента логический ноль. Когда контакт кнопки размыкается конденсатор через резистор R1 заряжается с постоянной времени T1=R1·C1 и на входе логического элемента уровень логической единицы. Во время дребезга, при замыкании, ёмкость разряжается с временем разряда
где
R - сопротивление контакта и проводов.
Таким образом ёмкость не успевает зарядиться до уровня выше, чем логическая единица.
Рисунок 9 - Временные диаграммы заряда и разряда конденсатора во время дребезга
Значения сопротивления и ёмкости определяются исходя из выражения
(3)Сопротивление R=1МОм, T=1мс, тогда
Требуемая мощность резисторов
, (4)где Р - мощность резистора, Вт;
UПИТ - питающее напряжение элементов, В.
Выбираются:
резистор мощностью Р=0,125 Вт и сопротивлением R=1 МОм МЛТ-0,125;
конденсатор стеклокерамический К22-5 номинальной ёмкостью С=1000пФ на номинальное напряжение U=16 В.
2. УСО для сигнала b.
Рисунок 10 - УСО для сигнала b
Когда контакт кнопки разомкнут конденсатор заряжен. В момент замыкания контакта конденсатор будет разряжаться с постоянной времени
где
R - сопротивление контакта и проводов.
Во время дребезга, при размыкании, ёмкость заряжается через R1 cпостоянной времени заряда
Таким образом ёмкость не успевает зарядиться до уровня выше, чем логическая единица. Этот процесс представлен на рисунке 11.
Рисунок 11 - Временные диаграммы заряда и разряда конденсатора при дребезге
Значения Rи Cбудут такими же, что в УСО для сигнала d.
3. УСО для сигнала c. Для перекидных контактов защиту от дребезга удобнее строить на RS-триггере.
Рисунок 12 - УСО для сигнала c
Значения сопротивлений резисторов и их марки аналогичны тем, что используются в УСО сигнала d.
4. Цепь обнуления представлена на рисунке 13. Значения Rи Cбудут такими же, что в УСО для сигнала d.
Рисунок 13 - Схема обнуления
5. На цепи питания для ограничения пульсаций питающего напряжения ставятся электролитические конденсаторы К50-6 ёмкостью 10мкФ на номинальные напряжения 16В и 50В.
2.7.2 Расчёт и выбор элементов выходного УСО
Выходные УСО предназначены для согласования выходных устройств с логическими элементами.
1. Выходной сигнал А. Выходным устройством является электромагнитное реле. Схема его подключения представлена на рисунке 14.
Балластный резистор Rб предназначен для ограничения тока. Когда на базу транзиcтора VT1 напряжение, то он открывается и к катушке реле прикладывается UПИТ2=27В. В момент закрытия транзистора к нему, напряжение на катушке меняет свою полярность и к транзистору приложено напряжение на катушке и UПИТ2. Это может вывести транзистор из строя. Чтобы избавиться от энергии, запасённой на катушке реле, параллельно ей включается обратный диод, на котором вся энергия рассеивается.
Рисунок 14 - Схема подключения электромагнитного реле
Диод выбирается по следующим параметрам
; 
(5)где UОБР - обратное напряжение диода, В;
IПР - прямой ток через диод, мА;
IНАГР - ток нагрузки реле, мА.
IНАГР=27мА.
Выбирается диод Д 311, UОБР=30В, IПР=40мА.
Транзистор выбирается по следующим параметрам:
; 
; 
(6)где β - статический коэффициент усиления по току;
UКЭ - напряжение коллектор-эмиттер, В;
IКЭнас - ток насыщения перехода коллектор-эмиттер.
Выбирается транзистор КТ315В, β=30, IКЭнас=100мА, UКЭ=40В, Р=150мВт, UБЭнас=1В.
Балластный резистор выбирается по формуле
(7)где UБЭнас - напряжение насыщения перехода база-эмиттер, В.
Выбирается резистор с номинальным сопротивлением 15кОм марки МЛТ-0,125 с мощностью рассеивания Р=0,125Вт.
2. Выходной сигнал “B” управляет семисегментным светодиодным индикатором АЛС333А с параметрами: Uпрям=2 В, Iпрям=20 мА. Необходимо высветить цифру "3", то есть нужно зажечь пять сегментов (A, B, G, С, D).
Рисунок 15 - Сегменты индикатора
Для управления индикатором воспользуемся транзисторным ключом
Рисунок 16 - Схема включения сегментов индикатора по схеме с общим катодом
Общий ток, протекающий через все сегменты, определится по формуле
(8)где IVD - ток через один сегмент, мА; n - количество используемых сегментов.
Транзистор VT2 выбирается по выражениям
; 
; 
(9)КТ 3102А. β=120, IКЭнас=150мА, UКЭ=40В, Р=350мВт, UБЭнас=5В, UКЭнас=0,6В.