Устройство сбора и хранения информации

Команда «Конец цикла» из БЗУ поступает  на вход R триггера DD15.2 и происходит блокировка сигнала fацп, поступающего с одновибратора на МАЦП. Микросхема DD12 (К176ИЕ1) является делителем частоты для получения fАЦП=150Гц.

Согласно ТЗ выдача информации начинается по запросным сигналам с ЭВМ без задержек. С приходом сигнала «Конец цикла» в триггер DD16.1 записывается лог.1 Триггер DD15.2 устанавливает режим чтения, электронные ключи DD19 закрываются, предотвращая выход из строя микросхемы формирователя контрольного разряда Для начала выдачи информации в ЭВМ необходимо дождаться сигнала «Запрос с ЭВМ» высокого уровня.

Временная диаграмма работы блока  управления представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 – Временная диаграмма  работы блока управления

2.4 Разработка блока дополнительной  индикации

Согласно ТЗ в информационно-измерительной  системе должна быть предусмотрена  индикация текущего времени. Для  этого используются счетчики К176ИЕ3, К176ИЕ4 и К176ИЕ1. Для индикации используются семисегментные индикаторы АЛС314А.

Микросхемы К176ИЕ4 являются делителями на 10 и 4, а также преобразователями  информации в семисегментный код. Они  используются для индикации единиц минут (DD9) и единиц часов(DD1). Микросхемы К176ИЕ3 являются делителями на 6 и 2, а также преобразователями информации в семисегментный код. Они используются для индикации десятков минут(DD4) и десятков часов (DD5).

Выход делителя на 10 микросхемы DD9 подключается к счетному входу микросхемы DD4, т.е. каждые 10 минут состояние счетчика DD4 увеличивается на 1. Выход делителя на 6 микросхемы DD4 подключается к счетному входу микросхемы DD1, т.е. каждые 60 минут (1 час) состояние счетчика DD1 увеличивается на 1. Выход делителя на 10 микросхемы DD1 подключается к счетному входу микросхемы DD5, т.е. каждые 10 часов состояние счетчика DD5 увеличивается на 1. Выход делителя на 4 микросхемы DD1 подключается к счетному входу микросхемы DD3 и по истечении 24 часов происходит сброс четчиков часов.

 

2.5 Разработка блока питания

Для питания операционного усилителя  К140УД17 необходимо двухполярное питающее напряжение ±15В. Для питания К1113ПВ1 необходимо питание +5В и –15В, для  микросхемы К537РУ3А необходимо +5В, для микросхем 561 серии необходимо +15В, для остальных – +5В.

Рассчитаем потребляемый ток для  каждого напряжения и определим  параметры стабилизаторов. Выберем  схемы стабилизаторов и сформулируем требования к силовому трансформатору. Для этого сведем данные по потребляемому току всех микросхем по питающим напряжениям в таблицу1 [2,3].

Таблица 1 Потребляемые токи микросхем, используемых в работе

Наименование микросхемы и количество	Потребляемый ток
	Питание +5В	Питание +15 В	Питание –15 В
К1113ПВ1-1 шт.	10000 мкА		20000 мкА
К561КП2- 2 шт.		2*100 мкА
К561СА1-1 шт.		100 мкА
К140УД17А-2 шт.		2*4000 мкА	2*4000 мкА
КР537РУ17-1 шт.	4000 мкА
К176ИЕ1-6 шт.	6*200 мкА
К176ИЕ12-2 шт.	2*25 мкА
К561ТМ2- 3 шт.		3*20 мкА
К561ЛА7-4 шт.		4*5 мкА
К561ЛА9-1 шт.		5 мкА
К176ЛИ1-1 шт.	5 мкА
К176КТ1-1 шт.	5 мкА
К561ИЕ8-1 шт.		20 мкА
К176ИЕ3-2 шт.	2*250 мкА
К176ИЕ-2 шт.	2*250 мкА
АЛС314А-4 шт	4*10000 мкА
Суммарные токи	56260 мкА	8405 мкА	28000 мкА

Подсчитанные суммарные токи необходимо увеличить в (1,5...2)*Z раз, где Z – количество модулей в ИИС. Согласно ТЗ ИИС имеет 20 однотипных модулей. Следовательно, суммарные токи надо умножить на 1,5*20:

+5 В : 1687800 мкА = 1,69 А

+15 В : 252150 мкА = 0,25 А

-15 В : 840000 мкА = 0,84 А

Для обеспечения стабилизированных  питающих напряжений используем стабилизаторы напряжения на ИС: для +5В – ИС КР142ЕН5А, для ±15В – ИС КР142ЕН8Е. Для применения выбранных стабилизаторов необходимо выполнение требования Iпотр<Iмах.

Из справочных данных для микросхемы КР142ЕН5А имеем [4]:

Uвх.max=15 В, Uвых=5±0,1 В, Iмах=2 А.

Исходя из справочных данных и таблицы 1 удостоверяемся, что Iпотр<Iмах (1,69 А < 2 А). Следовательно, микросхема КР142ЕН5А удовлетворяет требованию.

Из справочных данных для микросхемы 142ЕН8Е имеем [4]:

Uвх.max=30 В, Uвых=15±0,6 В, Iмах=1 А.

Исходя из справочных данных и таблицы 1 удостоверяемся, что Iпотр<Iмах (0,25 А < 1 А, 0,84 А < 1 А). Следовательно, микросхема 142ЕН8Е удовлетворяет требованию.

Номиналы конденсаторов выбираются из условия:

 мкФ 

С5 - С10 > 3380 мкФ

Из ряда Е24 выбираем значение 3600 мкФ

В качестве диодного моста в применяем диодный мост КЦ410 (3 А).

Рассчитаем напряжение на вторичных  обмотках трансформаторов по формуле:

где - значение напряжения на выходе стабилизатора,

- остаточное  напряжение на микросхеме, равное 3-5 В,

- падение напряжения  на диодном мосту, равное 2 В.

Для +5 В: В

Для ±15 В: В

2.5 Принцип работы устройства.

Импульсы частотой 1 Гц (периодом 1с), генерируемые микросхемой DD8 (К176ИЕ12), подаются на вход делителя на 60, выход которого соединен с входом еще одного делителя на 60 DD10. На выходе DD10 имеем импульсы с периодом 1 час. С помощью счетчика DD14 формируем импульсы с длительностью 5 часов. Каждые 5 часов с микросхемы DD11.4 поступает «1», которая сбрасывает счетчики адреса в БЗУ (DD21 и DD22) и МАЦП (DD2), устанавливает на триггере DD15.2 «1», который, в свою очередь, формирует сигнал записи для микросхемы DD24 (лог «0») и посылает на информационный вход триггера DD15.1 лог «1».

После сброса счетчика DD2 через мультиплексор DA1 и ОУ DA3, DA4 на вход АЦП DA5 поступают данные с первого датчика, усиленные в 100 раз. Преобразование величины начинается с приходом импульса fацп низкого уровня с одновибратора на триггере DD15.1. В течении 30 мкс аналоговая величина преобразуются в 7-разрядный код и подается на шину данных. Микросхема DD18 формирует контрольный разряд и подает его на шину данных через ключ DD19. Необходимость ключа вызвана особенностями микросхемы памяти DD25, которая имеет совмещенные информационные входы и выходы. Ключ замыкается в режиме записи в БЗУ и размыкается в режиме чтения из БЗУ.

После преобразования АЦП DA5 формирует сигнал «Конец преобразования», который поступает через ряд инверторов на триггер DD16.2. В исходном состоянии триггер DD16.2 находится в состоянии «0», на входе R DD24 будет «1» и счетчик распределитель DD24 установлен в «0». В момент прихода с АЦП сигнала «Конец преобразования» триггер DD16.2 устанавливается в состояние «1» и счетчик DD24 начинает считать тактовые импульсы fти с частотой 32768 Гц, поступающих с генератора DD8. На выходе DD24 формируется последовательность тактовых импульсов (0-9), которая формирует управляющие сигналы:, строб, увеличение адреса БЗУ. Третий импульс последовательности устанавливает триггер DD16.2 в исходное состояние (на входе R DD23 - «1»).

Рассмотрим процесс записи кода в БЗУ поподробнее.

С приходом 1 тактового импульса триггер DD26 устанавливается в «1», на инверсном выходе «0», который поступает на инверсный вход CS микросхемы DD25, и разрешает ее использование. Микросхема начинает запись параллельного 8-разрядного кода в ячейку с адресом 0000000000. С приходом 2 тактового импульса триггер DD26 устанавливается в «0», на инверсном выходе «1», которая поступает на инверсный вход CS микросхемы DD25, и запрещает ее использование. Таким образом, запись в БЗУ происходит между 1 и 2 тактовыми импульсами. 3 тактовый импульс увеличивает адрес на 1 (посылается на счетный вход счетчиков DD2, DD21 и DD2) и устанавливает триггер DD16.2 в исходное состояние.

С приходом счетного импульса на DD2 через мультиплексор DA1 и ОУ DA3, DA4 на вход АЦП DA5 поступают данные со второго датчика, которые после преобразования будут записываться в ячейку с адресом 0000000001 т.д.

Таким образом, по окончании цикла  измерений в БЗУ будет сохранено  по 200 значений с каждого датчика.

После заполнения БЗУ (заполнение БЗУ  определяется с помощью счетчиков  адреса DD21, DD22) в блок управления на триггер DD15.2 посылается сигнал «Конец цикла измерений», который устанавливает триггер DD15.2 в «0». Триггер DD15.2 формирует сигнал чтение для микросхемы DD24 и устанавливает в «0» триггер DD15.1, блокируя тем самым сигнал fацп.

Выдача информации начинается по запросным  сигналам ЭВМ без задержек. Сигнал «Конец цикла измерений» устанавливает  «1» в триггере DD16.1. Выдача начнется когда на входы DD17.2 подадут «1» (с триггера DD16.1 и с разъема Х2 сигнал «Запрос с ЭВМ»)

Механизм выдачи информации из БЗУ  аналогичен механизму записи. Отличия  состоят в том, что изменение состояния триггера DD16.2 вызывается сигналом «Запрос С ЭВМ» и длительность выдачи информации зависит от частоты сигнала «Запрос с ЭВМ».

После выдачи информации устройство переходит в ждущий режим до следующего сигнала «Начало цикла».

Дополнительно в ИИС предусмотрена  индикация текущего времени. Тактовые импульсы берутся с выхода делителя на 60 микросхемы DD9. Микросхемы DD9, DD1 являются делителями на 10 и 4, а также преобразователями информации в семисегментный код. Они используются для индикации единиц минут (DD9) и единиц часов(DD1). Микросхемы DD4, DD5 являются делителями на 6 и 2, а также преобразователями информации в семисегментный код. Они используются для индикации десятков минут(DD4) и десятков часов (DD5).

Выход делителя на 10 микросхемы DD9 подключается к счетному входу микросхемы DD4, т.е. каждые 10 минут состояние счетчика DD4 увеличивается на 1. Выход делителя на 6 микросхемы DD4 подключается к счетному входу микросхемы DD1, т.е. каждые 60 минут (1 час) состояние счетчика DD1 увеличивается на 1. Выход делителя на 10 микросхемы DD1 подключается к счетному входу микросхемы DD5, т.е. каждые 10 часов состояние счетчика DD5 увеличивается на 1. Выход делителя на 4 микросхемы DD1 подключается к счетному входу микросхемы DD3 и по истечении 24 часов происходит сброс четчиков часов.

Временная диаграмма работы устройства представлена на рисунке 6.

 

 

 

 

 

 

Тсбора – время сбора информации;

ТЭВМ – продолжительность выдачи информации в ЭВМ;

Тцикл измерения – продолжительность  одного цикла измерений;

Тожид.запроса с эвм  –  время  ожидания запроса с ЭВМ;

Тожидания – время нахождения схемы  в режиме ожидания до следующего цикла  измерения.

Рисунок 6 – Временная диаграмма  работы ИИС

 

Перечень сокращений, условных обозначений, символов, единиц и терминов

АЦП – аналого-цифровой преобразователь;

БЗУ – буферное запоминающее устройство;

ИИС – информационно-измерительная  система;

ИС – интегральная схема;

КР – контрольный разряд;

МАЦП – многоканальный АЦП;

ОУ – операционный усилитель;

ТЗ – техническое задание;

ЭВМ–электронно-вычислительная машина.

 

Заключение

В ходе курсовой работы была спроектирована структурная схема устройства для сбора и хранения информации. По структурной схеме была разработана схема электрическая принципиальная. Произведен расчет и выбор элементной базы. Таким образом, спроектировано устройство для сбора и хранения информации со следующими техническими параметрами:

• количество измерительных каналов -15;
• напряжение на выходах первичных преобразователей – 0...100 мВ;
• период опроса каждого измерительного канала – 100 мс;
• время сбора информации – 20с;
• разрядность с контрольным разрядом – 8;
• включение ИИС каждые 5 часов;
• время обращения к БЗУ не более 100 мкс;
• выдача информации по запросным сигналам с ЭВМ;
• количество однотипных модулей – 20;
• дополнительная индикация текущего времени
• питание: ~220 В, 50 Гц.

 

Список использованной литературы:

1. Схемотехника электронных средств: Методические указания к выполнению курсовой работы для студ./Б.Ф. Лавреньтев: МарГТУ, Йошкар-Ола -24 с.
2. Нефедов, А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник. Т.5. / А.В. Нефедов. –М.: КУбК-а, 1997. –608 с.
3. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: справочник/ В.Л. Шило. – М.: Радио и связь, 1987. – 352 с.
4. Интегральные микросхемы: Микросхемы для линейных источников питания и их применение: справочник. – 2-е изд. М.: ДОДЭКА, 1998 – 400с.
5. Баюков, А.В. Полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы: справочник / А.В. Баюков, А.Б. Гитцевич, А.А. Зайцев и др. – М.: Энергоиздат, 1982.