Электронный секундомер 2 (стр. 2 из 4)

К155ЛАЗ:

І_{пот. ср.} = (І¹_пот + І⁰_пот)/2 = (8 · 10^-3 А + 12 · 10^-3 А)/2 = 10 · 10^-3 А = 10 мА;

Р_пот.ср. = U_п · І_{пот. ср.} = 5В · 10 · 10^-3 А = 50 · 10^-3 Вт = 50 мВт;

t_здр.ср = (t¹⁰_здр + t⁰¹_здр)/2 = (15 · 10^-9 с + 22 · 10^-9 с)/2 = 18,5 · 10^-9 с = 18,5 нс;

А _пер.ср = Р_{пот. ср} · t_здр.ср = 50 · 10^-3 Вт · 18,5 · 10^-9 с = 925 · 10^-12 Дж.

К555ЛАЗ:

І_{пот. ср.} = (І¹_пот + І⁰_пот)/2 = (1,6 · 10^-3 А + 4,4 · 10^-3 А)/2 = 3 · 10^-3 = 3 мА;

Р_пот.ср. = U_п · І_{пот. ср.} = 5В · 3 · 10^-3 А = 15 · 10^-3 Вт = 15 мВт;

t_здр.ср = (t¹⁰_здр + t⁰¹_здр)/2 = (20 · 10^-9 с + 20 · 10^-9 с)/2 = 20 · 10^-9 с = 20 нс;

А _пер.ср = Р_{пот. ср} · t_здр.ср = 15 · 10^-3 Вт · 20 · 10^-9 с = 300 · 10^-12 Дж.

По обобщенному критерию сравнения средней работы переключения А интегральная схема К555ЛАЗ является лучшей, поэтому именно она будет использоваться в качестве элемента управляемого генератора.

1.3. Выбор основных элементов собственно цифрового блока

Согласно заданию диапазон измерения времени становит 0 – 9 секунд. Управляемый генератор вырабатывает серию импульсов с частотой в 1 Гц с периодом 1 с, поэтому цифровой блок счетчика секунд в данном случае можно построить на двоично-десятичном счетчике. Для данного счетчика мы используем микросхему ИЕ2. Это четырехразрядный двоично-десятичный счетчик. Он выполняет подсчет непосредственно секунд. Счетчик состоит из четырех комбинированных триггеров типа JK. Как основные элементы двоично-десятичного счетчика можно использовать микросхемы ИЕ2 серии К155 или К555 согласно источнику литературы [1]. Такие счетчики используют для подсчетов импульсов и для руководства семисегментными цифробуквенными индикаторами. Счетчик – делитель частоты совмещен с дешифратором.

Для того, чтобы выбрать из этих микросхем наиболее подходящую, воспользуемся общим критерием сравнения качества – средней работой переключения А.

Микросхемы серии К155ИЕ2 и К555ИЕ2 имеют следующие параметры:

К155ИЕ2	К555ИЕ2
Напряжение питания Uп = +5В	Напряжение питания Uп = +5В
Выходное напряжение низкого уровняU0вых ≤ 0,4 В	Выходное напряжение низкого уровня U0вых ≤ 0,5 В
Выходное напряжение высокого уровняU1вых ≥ 2,4 В	Выходное напряжение высокого уровняU1вых ≥ 2,7 В
Входной ток низкого уровня І0вх ≤ – (1,6...3,2) мА	Входной ток низкого уровняІ0вх ≤ – (0,4...3,2) мА
Входной ток высокого уровняІ1вх ≤ 0,04...0,16 мА	Входной ток высокого уровняІ1вх ≤ 0,02...0,08 мА
Ток потребленияІпот=53 мА	Ток потребленияІпот=15 мА
Время задержки распространения при включении t1.0здр≤ 100 нс	Время задержки распространения при включении t1.0здр ≤ 50 нс
Время задержки распространения при выключении t0.1здр ≤ 100 нс	Время задержки распространения при выключении t0.1здр ≤ 48 нс

Сравнение интегральных микросхем по средней работе переключения - А.

К155ИЕ2:

І_{пот. ср.} = І_пот = 53 мА;

Р_пот.ср. = U_п · І_{пот. ср.} = 5В · 53 · 10^-3 А = 265 · 10^-3 Вт = 265 мВт;

t_здр.ср = (t^1.0_здр + t^0.1_здр)/2 = (100 · 10^-9 с + 100 · 10^-9 с)/2 = 100 · 10^-9 с = 100 нс;

А _пер.ср = Р_{пот. ср} · t_здр.ср = 265 · 10^-3 Вт · 100 · 10^-9 с = 265 · 10^-10 Дж.

К555ИЕ2:

І_{пот. ср.} = І_пот = 15 мА;

Р_пот.ср. = U_п · І_{пот. ср.}= 5В · 15 · 10^-3 А = 75 · 10^-3 Вт = 75 мВт;

t_здр.ср = (t^1.0_здр + t^0.1_здр)/2 = (50· 10^-9 с + 48 · 10^-9 с)/2 = 49 · 10^-9 с = 49 нс;

А _пер.ср = Р_{пот. ср} · t_здр.ср = 75 · 10^-3 Вт · 49 · 10^-9 с = 3675 · 10^-12 Дж.

По обобщенному критерию сравнения средней работы переключения А интегральная схема К555ИЕ2 является лучшей, поэтому именно она будет использоваться в качестве основного элемента цифрового блока.

1.4. Выбор элементов узла индикации

Исходя из заданного задания, узел индикации должен быть построен на дешифраторе и цифро-буквенном индикаторе на светоизлучающих диодах и обеспечивать индикацию единиц секунд. Для отображения работы нашего счетчика, необходимо расположить в узле индикации один цифробуквенный индикатор, который управлялся бы дешифратором. Дешифраторы предназначены для преобразования двоичного кода в напряжение логического уровня, появляющееся в том выходном проводе, десятичный номер которого соответствует двоичному коду. Рассматриваемые дешифраторы различаются по емкости, по числу каналов, а также форматом выходного кода. Для данной установки подбираем дешифратор такой, который сочетается с выбранным счетчиком, то есть постоянное напряжение должно не превышать 5В.

Для дешифратора выбираем микросхему КР514ИД2, предназначенной для управления полупроводниковыми 7- сегментными цифробуквенными индикаторами на основе светоизлучающих диодных структур с разъединенными катодами. Микросхема выполнена в пластмассовом корпусе.

Следует отметить, что максимальный выходной ток этого типа дешифратора ограничен величинами -2…+3 мА , поэтому без выходных усилителей к ним возможно подключать только маломощные цифровые индикаторы.

Условное графическое обозначение дешифратора:	Соответствия входной и выходной информации и отображаемого символа:
	0001-1001111 (1)0010-0010010 (2)0011-0000110 (3)0100-1001100 (4)0101-0100100 (5)0110-0100000 (6)0111-0001111 (7)1001-0000100 (9)1010-1110010 (<)1011-1100110 (>)1100-1011100 (V)1101-0110100 (≤)1110-1110000 (╘)1111-1111111 (не отображается)

Для узла индикации электронного секундомера возьмём одноразрядный 7-сегментный цифробуквенный индикатор. Цифробуквенные индикаторы широко используются в измерительной аппаратуре, устройствах автоматики и вычислительной техники, микрокалькуляторах, часах и разнообразных приборах.

Цифробуквенные индикаторы на основе светодиодов представляют собой интегральную микросхему из диодных структур (в виде сегментов или точечных элементов) и необходимых электрических соединений. Для удобности использования в составе разных приборов большое значение имеет высота цифр, поэтому выберем цифробуквенный индикатор КЛЦ201А с высотой цифры 18 мм из семи сегментов, одноцветный. Изготовленный на основе светодиодных структур галлий -фосфор-мышьяк по эпитаксиально-диффузионной технологии. Выпускается в пластмассовом корпусе. Масса не более 10 г. Конструкция на принципе рассеяния света, в которой полупроводниковые кристаллы размещаются на основании корпуса, а вывод света наружу осуществляется монолитным светопроводом. В результате дешифрации на цифровом индикаторе высвечиваются цифры 0…9 в соответствии с двоичным входным кодом.Рассмотрим параметры и эксплуатационные данные выбранного индикатора.

Электрические и световые параметры при

Сила света одного сегмента при , не менее: 0,2 мкд

Постоянное прямое напряжение при 4 В

Цвет свечения – красный

Максимум спектрального распределения излучения на длине волны

0,65 мкм

Разброс значений силы света сегментов в одном индикаторе: 3раза

Сила света децимальной точки, не менее: 0,07 мкд

Предельные эксплуатационные данные

Постоянный или средний прямой ток через один сегмент:

при

при

7,5 мА

Мощностью рассеяния индикатора при :

при

при

150 мВт

Постоянное обратное напряжение 10 В

Как показано на рисунке, данный индикатор построен на светодиодных структурах с разъединёнными катодами:

Семисегментный индикатор: а- топология сегментов; б, в- принципиальные схемы

Светоизлучающие диоды предназначены для визуального восприятия отображаемой информации человеком. Информация, предназначенная для отображения, поступает в двоичном коде. Для представления ее в привычном для человека десятичной системе существует специальный 7-сегментный код, с помощью которого возможен синтез любой десятичной цифры на 7-сегментном цифровом индикаторе.

Для данной установки мы выбрали светоизлучающий диод АЛ307ЕМ.

Одноразрядные цифробуквенные индикаторы позволяют воспроизвести любую цифру от 0 до 9. Для большинства из них техническими условиями оговаривается также возможность отображения следующих букв: А, Б, Г, Е, З, Н, О, П, Р, С, У, Ч.

2. Расчет цепи индикации

Для расчета узла индикации используем схему подключения одного 7-сегментного светоизлучающего диода цифро-буквенного индикатора. Для управления индикатором используется фазовый способ, который основан на подключении сегментов и общего электрода к переменной возбуждающего напряжения одной частоты.