Отметим, что микросхема DD2 включена несколько необычно – вывод 14 соединен с общим приводом, на вывод 7 подано напряжение – 9 В. Сигналом лог. 1 для нее служит напряжение 0 вольт а сигналом лог. 0 – напряжение – 9 вольт.
Электронные часы могут работать в следующих режимах:
- отсчет и выдача на индикатор значения текущего времени с возможностью его коррекции и обнуления (в часах и минутах, а по специальной команде - в минутах и секундах) ;
- обратный отсчет заранее установленного времени с выдачей управляющего сигнала по его истечении с максимальной выдержкой 59мин. 59 сек.;
-выдача управляющих сигналов при совпадении текущего времени с заранее установленными значениями в двух независимых регистрах (режим “Будильник 1” и “Будильник 2”);
-остановка индикации текущего времени с продолжением его отсчета.
Клавиатура управления обеспечивают подачу необходимых команд с помощью кнопок SB1…SB9. Управление осуществляется таким образом:
- SB1 (Ч) устанавливает часы в режиме отсчета текущего времени, а также будильников 1, 2 и установка минут в режиме таймера,
- SB2 (М) отвечает за установку минут в режиме отсчета, будильников 1 и 2; установка секунд в режиме таймера,
- SB3 (Б1) вызов на индикатор времени срабатывания будильника 1 или времени отсчета таймера,
- SB4 (Т) запускает таймер,
- SB5 (С) вызов на индикатор минут и секунд текущего времени,
- SB6 (О) фиксация показаний индикатора во всех режимах,
- SB7 (В) вызов на индикатор часов и минут текущего времени,
- SB8 (К) коррекция показаний часов в режиме отсчета текущего времени и обнуление разрядов минут и секунд
- SB9 (Б2) вызов на индикатор времени срабатывания будильника 2.
2.3 Описание структурной схемы
Структурная схема часов представлена на чертеже, по ней можно определить принцип работы часов.
Начну описание с блока питания (БП). В этом курсовом проекте блок питания предназначен для преобразования напряжения в сети (которое очень высокое) в нужное для работы индикатора. Для правильной работы АЛУ стоит выпрямитель и стабилизатор напряжения.
Частотозадователь нужен для обеспечения нужной частоты импульсов для АЛУ, где импульсы, следующие с периодом в одну минуту, поступают на первый счетчик минутных импульсов (<<единицы минут>>). Каждый импульс его переполнения увеличивает содержимое второго счетчика (<<десятки минут>>). Максимальное число в этих счетчиках составляет <<59>>. С поступлением следующего минутного импульса эти счетчики обнуляются, и импульс переноса со второго счетчика записывается в третий счетчик (<<единицы часов>>). Следующая единица будет записана в третий счетчик через час. С третьего счетчика каждые 10 часов импульсы переноса заполняют четвертый счетчик (<<десятки часов>>). Максимальное число в четырех счетчиках соответствует времени 23 часа 59 минут. Поступающий после этого минутный импульс вызывает переполнение всех счетчиков – устанавливает их в нуль, начинается счет времени следующих суток.
Для управления АЛУ, в этих часах есть блок управления (БУ) с помощью которого ведется настройка и управление временем, будильниками и позволяет использовать часы как таймер.
Для работы генератора звука собран умножитель напряжения, который питается от напряжения индикатора и умножает его чуть больше чем в 2 раза. Для работы преобразователя стоит выпрямитель, который переводит из переменного напряжения в постоянное. Преобразователь напряжения переводит из положительного напряжения в отрицательное от которого питается генератор звука. Для возбуждения ГЗ микросхема передает импульс.
Все команды во время настройки, управления и вообще работа часов выводится на электроннолучевой индикатор который представляет собой обычное табло состоящие из четырех восьмерок разделяющих на две группы чисел двумя мигающими точками.
3. Расчет схемы электрической принципиальной
3.1 Расчет параметрического стабилизатора
Для расчета схемы параметрического стабилизатора нам необходимы следующие параметры:
выходное напряжение Uвых = Uст = 27 В
выходной ток Iвых = Iст =5 мА
не стабильность выходного напряжения (Uвх2 - Uв1 )/ Uвх = ±10%
сопротивление нагрузки Rн = Uст / Iст =27/ 5 × 10-3 =5400 Ом
1. По напряжению стабилизации выбираем три стабилитрона типа Д814Б с дифференциальным сопротивлением rст = 10 Ом.
2. Сопротивление резистора R0 = 1 кОм.
3. Определяем необходимое входное напряжение
Uвх = Uвых + R0 (Iст + Iвых ) = 27+ 1000(0,005 +0,005) = 32 В
4. Определяем коэффициент стабилизации
kст =(1- IвхR0 / Uвх )( Rо + rст )/ rст = (1 – 0,01 × 1000/32)(1000 + 10)/10 = 69
5. Находим нестабильность выходного напряжения
(Uст1 – Uст2 )/ Uвых = (Uвх2 - Uвх1 )/ kст Uвх = 10/ kст = ± 0,15 %
3.2 Расчет однофазного мостового выпрямителя
Выпрямитель содержит четыре диода соединенных по схеме моста. В одну диагональ моста приходит напряжение с умножителя , а от другой диагонали идет питание преобразователя.
Для расчета известны параметры:
Uн. = 12 В; Rн = 20 Ом.
Рассчитаем ток нагрузки:
Iн. = Uн / Rн =12 / 20 = 0,6 А
Среднее значение выпрямленного тока каждого диода:
Iн.VD= 0,5 × Iн = 0,5 × 0,6 = 0,3 А
Действующее значение напряжения выходе умножителя:
Uумн. = 1,11 × Uн. = 1,11 ×12 = 13,32
Максимальное значение обратного напряжения на диоде:
U обр. = 1,414 ×Uумн. = 1,414 × 13,32 = 18,8 В
3.3 Расчет надежности устройства
Расчет надежности заключается в определении показателей надежности устройства по известным характеристикам компонентов, составляющих схему.
Интенсивность отказов всего устройства L рассчитывается по формуле:
m
L= ∑ li ,
i=1
m – число компонентов,
li- номинальная интенсивность отказов одного компонента (из справочника)
Рассчитываем lIдля каждой группы компонентов:
Резисторы пленочные: l1 = l01 · n= 0,03 · 10-6 ·5 = 0,15 · 10-6 1/ч
Конденсаторы керамические: l2 = l02 · n= 0,15 · 10-6 ·6 = 0,9 · 10-6 1/ч
Конденсаторы электролитические: l3 = l03 · n= 0,35 · 10-6 ·1 =
o =0,35 · 10-6 1/ч
Микросхемы: l4 = l04 · n= 0, 13 · 10-6 · = 0,13 · 10-6 1/ч
Индикаторы: l5 = l05 · n= 0,9 · 10-6 ·1 = 0,9 · 10-6 1/ч
Диоды кремниевые: l6 = l06 · n= 0,6 · 10-6 ·3 = 1,8 · 10-6 1/ч
Стабилитроны: l7 = l07 · n= 1,6 · 10-6 ·3 = 4,8 · 10-6 1/ч
Плата печатная: l8 = l08 · n= 0,7 · 10-6 ·1 = 0,7 · 10-6 1/ч
Провода соединительные: l9 = l09 · n= 0,015 · 10-6 ·38 = 0,57 · 10-6 1/ч
Пайка монтажа: l10 = l010 · n= 0,01 · 10-6 ·97= 0,97 · 10-6 1/ч
Резонаторы: l11 = l011 · n= 0,1 · 10-6 ·1 = 0,1 · 10-6 1/ч
Трансформатор: l12 = l012 · n= 2,4 · 10-6 ·1 = 2,4 · 10-6 1/ч
Кнопки: l13 = l013 · n= 0,07 · 10-6 ·9 = 0,63 · 10-6 1/ч
Транзисторы: l1 = l1=014 · n= 0,30 · 10-6 ·2 = 0, 6 · 10-6 1/ч
Для всего устройства интенсивность отказов составит:
L = l1 + l2 +l3 +l4 +l5 +l6 +l7 +l7 +l8 +l9 +l10 +l11 +l12 +l13 +l14 = (0,15+ 0,9+ 0,35+ 0,13+ 0,9+ 1,8+ 4,8 + 0,7+ 0,57 + 0,97 + 0,1 + 2,4+ 0,63+ 0,6) · 10-6 =14,85 · 10-6 1/ч
Среднее время наработки на отказ определяется по формуле:
Тср = 1/L ч
Для устройства в целом среднее время наработки на отказ составит:
Тср = 1/L = 1/(14,25 · 10-6) ч = 70175,4 ч
4. Конструирование
Конструирование аппаратуры на цифровых микросхемах включает следующие основные этапы: создание макета печатных плат, разработку топологии изготовления печатных плат, конструирование корпуса прибора, в котором должны быть размещены печатные платы. Значение этапа конструирования при построении аппаратуры на микросхемах очень велико, потому что именно такие элементы конструкции как печатные платы, элементы крепления и другие, в значительной мере определяют объем, массу и надежность аппаратуры.
4.1 Изготовление макета печатной платы
Платы с проводниками и контактными площадками используют тогда, когда устройство предварительно хорошо отработано. В процессе настройки приходится несколько раз демонтировать отдельные детали и устанавливать другие, а печатные контактные площадки под действием многократных тепловых и механических нагрузок, как правило, отслаиваются. Поэтому на этапе отладки схемы лучше применять монтажные платы, которые являются макетом будущей печатной платы.
Для изготовления монтажной платы используют пластину изоляционного материала (гетинакса, текстолита и стеклотекстолита) со множеством отверстий, в которые вставляются выводы навесных электрорадиоэлементов. Из луженного одножильного провода изготавливают проводники платы, которые соединяют между собой выводы элементов в соответствии с электрической принципиальной схемой.
Проверка работоспособности монтажной платы цифровых часов и ее сборка проводятся не в целом, а по блочно, так как электрическая принципиальная схема состоит из нескольких блоков – блока генератора импульсов, блока, состоящего из цепочки последовательно включенных счетчиков и блока на транзисторных ключах, предназначенного для гашения нуля в разряде десятков часов. Это делается для того, чтобы легче можно было обнаружить неисправность и сократить время на ее устранение.
После изготовления монтажной платы приступают к разводке печатной платы.
4.2Трассировка печатной платы
Основными особенностями изготовления печатных плат, предназначенных для цифровых устройств, являются – малая толщина печатных линий, малые расстояния между соединительными контактными площадками, а также значительная сложность плат, вызванная большим числом соединений между микросхемами.