Расчет сопротивлений

1. Дешифратор для индикатора А.

Расчет R4 аналогично расчету сопротивлений для дешифратора В. Но ток через этот резистор должен питать 4 светодиода, т. е. он должен быть в 4 раза больше, а R4 в 4 раза меньше, т.е. R4 = 300/4 = 175 Ом.

Принимаем R4 = 180 Ом.

Ток, втекающий в микросхему, когда на ее выходе логический 0 равен:

I⁰_вых = (Uп - U⁰)/R4 = 4,6/180 = 25 мА, что меньше максимально допустимого тока через выход микросхемы.

R3= Uп/n*Iсв = 5/2*10^-2=250 Ом, где Iсв - ток индикации для одного сегмента светодиода, n - число сегментов светодиода по которым протекает ток от рассчитываемого сопротивления.

Примем R3 = 240 Ом.

2. Дешифратор для индикатора В.

В качестве выходной микросхемы дешифратора возьмем микросхему серии 155 с открытым катодом, т.к. она может пропускать через себя относительно большой ток. Расчет всех сопротивлений будем производить по схеме, изображенной на рис. 1.13.

Рис. 1.13 Соединение выхода дешифратора со светодиодом.

Когда на выходе дешифратора появляется логическая 1, на выходной транзистор закрывается, на его коллекторе появляется потенциал U¹ = 2,4 В. Чтобы сегмент светодиода VD1 начал светиться через него должен течь ток 10 мА, тогда:

R=(5 - 2,4)/10^-2 = 260 Ом, принимаем R = 300 Ом.

При появлении на выходе дешифратора логического 0, на коллекторе выходного транзистора появляется потенциал U⁰ = 0,4 В, тогда ток, втекающий в микросхему, будет:

I = (5 - 0.4)/300 = 15,3 мА,

что не превышает допустимого тока I⁰_вых = 40 мА для микросхемы серии 155 с открытым коллектором.

3. Счетная схема.

Необходимо рассчитать дифференцирующую цепь, укорачивающую всплеск напряжения источника питания. Минимальная длительность всплеска, при которой возможна неправильная работа 0.1 Гц. Постоянную времени выберем равной 0.1 от длительность пропускаемого импульса, т.е. RC = 0,1 (см. рис. 1.14).

Рис. 1.14.

Примем R2 = 1 кОм, тогда С1 = 100 нФ.

Падение на R1 от тока I⁰_вх не должно превышать уровень логического нуля. Примем R1 = 1 кОм.

4. Делитель частоты.

Для уменьшения числа используемых корпусов микросхем делитель на 100 = = 5*5*4 построим на двух счетчиках ИЕ4, делящих частоту на 10.

В делителе на 19 ток от резистора R1(см. рис. 1.7), создает падение такое, что на входах J и K JK-триггера действует сигнал логической 1, при этом ток не должен превышать максимально допустимый для данной серии. Тогда резистор R1 будет равен:

, где n - число входов микросхем, куда втекает ток.

Примем R12 = 27 кОм.

Полная схема дискретного устройства приведена на рис. 1.15.

Синтез конечного автомата

По заданному графу рис 2.1. составим таблицы переходов и выходов, приведенные в табл. 2.1.

Таблица 2.1.

Таблица переходов и таблица выходов.

По таблицам 2.1. записываем секвенциальные уравнения.

По этим уравнениям составляем полные секвенциальные уравнения.

После подстановки значений a, b, c, d и несложных преобразований и с учетом, что автомат может находиться только в одном состоянии () получаем сокращенные секвенциальные уравнения, по которым строим комбинационную схему автомата.

Построение логической структуры автомата

Поскольку автомат имеет 4 состояния, то для их реализации достаточно взять 2 D-триггера.

Закодируем состояния автомата следующим образом:

.

Составим таблицу для функций возбуждения триггеров.

Табл.2.2.

Функции возбуждения триггеров.

Для других комбинаций S0', S1', S2', S3' значение функций возбуждения триггеров являются запрещенным, т.к. автомат может находиться только в одном состоянии.

Минимизируем эти функции методом карт Карно (см. рис. 2.2).

рис. 2.2 Функции возбуждения триггеров.

После минимизации получилось:

.

В качестве генератора тактовых импульсов ГТИ возьмем мультивибратор на логических элементах. Расчет его приведен в синтезе дискретного устройства.

Защита от всплеска напряжения питания, а также установка по нажатию кнопки в начальное состояние аналогична такой же схеме в дискретном устройстве. При возникновении события значение переменных а и b равны 0, при этом на сбрасывающий вход триггеров должна поступить логическая 1. Сведем эти данные в таблицу 2.3.

Табл. 2.3. Условие установки автомата в начальное состояние

Как видно из табл. 2.3. .

Полная схема конечного автомата

Полная схема конечного автомата приведена на рис. 2.3.

В дискретном устройстве задействовано 15 корпусов микросхем. Устройство выполнено на двух печатных платах. На одной плате располагаются генератор тактовых импульсов и делитель частоты, а на другой - счетная схема и дешифратор. Со второй платы подаются сигналы на индикатор.

Конечный автомат состоит из 7 корпусов микросхем и выполнен на одной плате. На плате есть контакты для ввода входной комбинации и подачи тактовых импульсов, а также есть выводы для выходных сигналов.

Приложение 1

Параметры используемых элементов

Индикатор АЛС321А с общим катодом

Прямое постоянное напряжение (на каждом сегменте при прямом токе 20 мА), не более, В……………………………3,6

Прямой максимальный постоянный ток, мА………………..25

Микросхемы логических элементов

Список использованной литературы

1. Сапожников В.В. «Дискретные устройства железнодорожной автоматики телемеханики и связи». - М.: Транспорт, 1988

2. Годяев А.И. «Проектирование дискретных устройств», методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Теоретические основы автоматики и телемеханики», - Хабаровск: ДВГУПС, 1999

3. Мячин Ю.А. «180 аналоговых микросхем (справочник)» - изд-во «Патриот», МП «Символ-Р» и редакция журнала «Радио», 1993 (приложение к журналу «Радио»)

4. Алексеева И.Н. «В помощь радиолюбителю: сборник. Вып. 109» - М.: «Патриот», 1991 (приложение к журналу «Радио»).