Расчет симметричного мультивибратора на транзисторах ......17
Внутренние схемы логических элементов и некоторых
цифровых микросхем, использовавшихся в проекте.............21
Список использованной литературы...........................23
.
- 2 -
Задание:
1. Спроектировать передающее устройство кодоимпульсной системы
телеизмерения,обеспечивающее передачу измеряемого параметра в
диапазоне яГXя4minя7 _яГ Xя4maxя0 с погрешностью дискретности я7dя40я0, % .
2. Рекомендуемый вид кода указан в таблице.
3. Передача измеряемых параметров осуществляется по каналу связи
с заданной полосой частотя7 Dя0fя4k.
4. В передающем устройстве используется временной метод разделе-
ния элементов сигнала.
5. Для составления кодовых комбинаций измеряемых параметров ис-
пользуется амплитудно-импульсный признак, количество импуль-
сных признаков m=2.
6. Синхронизация циклическая. Импульс синфазирования отличается
от информационного длительностью:
7. Тип аналого-цифрового преобразователя и выходной параметр
датчика указаны в таблице.
яш1.0
ЙНННЛНННННННННЛНННННЛННННЛННННННННННЛННННННННННЛНННННННННН»
єва-єXя4minя7_я0Xя4maxя0єя4 я7Dя0fя4kя0,є я7dя40я0,є выходной є рекомен- є тип пре- є
єри-є є Гц є % є параметр є дуемый є образова-є
єантє є є є датчика є код є теля є
МНННОНННННННННОНННННОННННОННННННННННОННННННННННОНННННННННН№
є є є є є угол пов.є єсчитываниеє
є22 є 0-500 є 240 є 0.4є 0-90 є код Грея єс код.дис.є
ИНННКНННННННННКНННННКННННКННННННННННКННННННННННКННННННННННј
яш0
.
- 3 -
яш2.0
Рассчитать:
1. Число уровней квантования (число комбинаций кода);
2. Шаг квантования;
3. Количество элементов комбинации кода и составить их;
4. Время передачи одной комбинации кода;
5. Электрическую схему одного из узлов передающего устройства;
6. Аппаратурную надежность передающего устройства за время рабо-
ты t=2000 ч.
Кодоимпульсные системы телеизмерения с дискретными сигнала-
ми телеизмерения по сравнению с системами телеизмерения с непре-
рывными сигналами имеют ряд достоинств. К ним относятся: более
высокая помехоустойчивость передачи сигналов за счет применения
помехоустойчивых кодов, удобство воспроизведения сигналов,
удобство сочетания их с дискретными системами обратной информа-
ции и др.
Согласно заданию необходимо спроектировать устройство кодо-
импульсной системы телеизмерения, служащее для преобразования
измеряемых величин в кодовые телеизмерительные сигналы и переда-
чи их в линию связи. Здесь также предусматривается последова-
тельная передача элементов каждого кодированного сигнала в линию
связи, т.е. применяется временной метод разделения элементов
сигнала. Для образования кодовых комбинаций используется ампли-
тудный импульсный признак.
В кодоимпульсных системах телеизмерения применение для пе-
редачи кодированных сигналов телеизмерения связано с необходи-
мостью квантования непрерывно измеряемого параметра по уровню и
времени.
В преобразователях считывания для преобразования угла отк-
лонения в код применяются кодирующие диски, или сектора, с по-
мощью которых в зависимости от значения измеряемой величины на-
бирается определенная кодовая комбинация. Кодирующий диск для
обычного двоичного кода вида 2я5nя0 состоит из отдельных колец, при-
чем число их равно числу элементов (n) кодовых комбинаций выб-
ранного кода. Диск или съемное устройство совершает определенное
условное перемещение при помощи первичного измерительного прибо-
ра. При этом каждому углу поворота диска или съемного устройства
соответствует определенная кодовая комбинация. В процессе считы-
вания комбинаций с диска обычного двоичного кода вида 2я5nя0 могут
появиться большие искажения на границе перехода от одной комби-
нации к другой. С целью уменьшения искажений на границах перехо-
дов соседних комбинаций вместо диска обычных двоичных кодов при-
меняется диск кода Грея. На диске кода Грея все соседние кодовые
комбинации отличаются друг от друга только одним элементом и по-
этому искажения на их границе будут минимальными.
- 5 -
я2Определение числа уровней и шага квантования измеряемого
я2параметра, подлежащего передаче.
Диапазон измеряемого параметрая7 я0Xя4minя7_я0Xя4maxя0= 0я7_я0500, относи-
тельная погрешность квантованияя7 dя40я0= 0.4 %.
Определяем число уровней квантования (число комбинаций ко-
да) N и шаг квантования я7Dя0X по следующим формулам:
яш1.0
50 я7 я0 50
N=я4 я7\\\\я0 + 1=я7 \\\\я0 + 1я7 ~я0 126;
я7dя40я0 0.4
Согласно заданию в передающем устройстве кодоимпульсной
системы телеизмерения необходимо использовать код Грея.
Общее число комбинаций кода Грея определяется выражением:
Nя5 я0=я5 я02я5nя0,
где n- фактическое число разрядов в кодовой комбинации. Отсюда,
зная, что N=126, находим:
n=logя42 я0126я4 я7~ я0logя42я0 128я4 я0=я4 я07.
Таким образом, для передачи всех 126 комбинаций кода необ-
ходимо использовать 7-разрядный код Грея. Составим эти комбина-
ции:
Для составления элементов кодовой комбинации используется
амплитудный признак с количеством импульсных признаков m=2.
При этом элемент "0" комбинации можно представлять прямоу-
гольным импульсом с нулевой амплитудой, а элемент "1"- прямоу-
гольным импульсом с амплитудой 6 В.
Минимальную допустимую длительность элементов (импульсов)
кодовой комбинации определим из условия : яш1.0
1
tя4и minя7 . \\\\\я0;
я7Dя0fя4k
1
tя4и я0=я4 я0tя4и min я0=я7 \\\\\ ~я0 4 мс.
240 яш0
Применим циклическую синхронизацию.
В качестве синфазирующего элемента телеизмерительного сиг-
нала используем прямоугольный импульс с амплитудой 6 В и дли-
тельностью
tя4cия0=3tя4ия0=12 мс.
Длительность разделительных пауз
tя4пя0=tя4ия0= 4 мс.
Построим временную диаграмму передачи одного кодированного
сигнала телеизмерения. Каждый телеизмерительный сигнал состоит
из последовательности синфазирующего импульса и ряда информаци-
онных импульсов 0 и 1.
яш1.0
Tя4ця0=72мс
ія75я0ДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДя76я0і
і і
і ЙНН» ЙНН» ЙНН» ЪДДї ЙНН» ЪДДї ЪДДї ЙНННННННН»і
НННј1 ИННј1 ИННј1 ИННѕ0 ФННј1 ИННѕ0 АДДЩ0 ФННј СИ ИНН
ія756я0і ія756я0і ія756я0і ія75я0ДДДДДДя76я0і
tя4пя0=4мс tя4ия0=4мс tя4ия0=4мс tя4сия0=12мс
яш0
Время передачи (длительность цикла) одного сигнала телеиз-
мерения Тя4ця0 будет определяться выражением:
я2Передающее устройство кодоимпульсной системы телеизмерения.
Передающее устройство кодоимпульсной системы телеизмерения
служит для преобразования непрерывных измеряемых величин в кодо-
вые телеизмерительные сигналы и передачи их в линию связи.
Существуют два основных способа преобразования непрерывной
измеряемой величины в код:
а) преобразование угла отклонения в код;
б) преобразование напряжения или тока в код.
Способ преобразования угла отклонения в код применяется в
преобразователях считывания.
Способ преобразования напряжения или тока в код применяется
в преобразователях поразрядного кодирования и преобразователях
последовательного счета.
В данном проекте рассматриваются вопросы разработки переда-
ющего устройства кодоимпульсной системы телеизмерения с преобра-
зователем считывания.
я2Разработка передающего устройства кодоимпульсной системы
я2телеизмерения с преобразователем считывания.
В преобразователях считывания для преобразования угла отк-
лонения в код применяются кодирующие диски или сектора, с по-
мощью которых в зависимости от значения измеряемой величины на-
бирается определенная кодовая комбинация. Кодирующий диск или
сектор состоит из отдельных колец, причем их число равно числу
элементов (n) кодовых комбинаций выбранного кода.
В нашем случае число элементов n равно 7, а число возможных
кодовых комбинаций N равно 126.
Каждому углу поворота диска соответствует определенная ко-
довая комбинация. Соседние кодовые комбинации отличаются только
одним элементом, поэтому искажения на границах переходов будут
минимальными, а кроме того, легко построить аналого-цифровой
преобразователь (АЦП) при использовании кода Грея.
.
- 11 -
я2Построение структурной схемы передающего устройства кодоим-
я2пульсной системы телеизмерения с преобразователем считывания с
я2кодовым диском.
Структурная схема передающего устройства с преобразователем
считывания обычно состоит из первичного датчика- измерителя, ко-
дового диска, ламп накаливания, фотодатчиков, формирователей
сигналов, распределителя, генератора тактовых импульсов, тригге-
ра пуска и останова, формирователя синфазирующих импульсов и ря-
да вспомогательных логических элементов.
При использовании кода Грея в любых двух соседних кодовых
комбинациях существует разряд, в котором при переходе от одной
комбинации к другой единица не изменяется. Используя этот факт,
можно выполнить кодовый диск в виде пластины из стеклотекстолита
с вытравленным на ней рисунком, таким образом, чтобы металличес-
кие участки на каждом повороте диска соответствовали комбинации
кода Грея, в этом случае на пластине получим неразрывный слой.
Подав на этот слой потенциал 5 В., с помощью семи контактных
пластин, подходящих к кодирующему сектору, можно непосредственно
снимать комбинации кода Грея, подавая их напрямую на микросхемы.
Используя этот способ, мы значительно упрощаем схему, отказав-
шись от ламп накаливания, фотодатчиков и формирователей сигна-
лов.
Так же при использовании описанной в [1] схемы, можно заме-
тить некоторый недостаток в ее работе. При преобразовании непре-
рывной измеряемой величины в кодовую комбинацию может возникнуть
ошибка за счет конечности времени преобразования. Поскольку код,
считанный с диска, нигде не фиксируется, он может измениться за
время считывания. Избежать этого недостатка можно путем промежу-
точного запоминания считанного значения кода на время его преоб-
разования. В схеме использован преобразователь считанного сигна-
ла в параллельном коде в последовательный для последующей пере-
дачи комбинации в линию связи. Для этого используется регистр
сдвига, значительно упрощающий схемотехническое решение. Режим
работы этого регистра задается с помощью блока формирования уп-
равляющих сигналов, при этом необходимость в формировании синфа-
зирующего импульса отпадает.
.
- 12 -
Учитывая все вышесказанное, структурная схема будет тако-
вой. Сигнал с первичного измерителя посредством связи с кодирую-
щим диском преобразуется в параллельную кодовую комбинацию, пос-
тупающую в блок преобразования параллельного кода в последова-
тельный, который управляется сигналами, поступающими с блока уп-
равления. Цикл работы устройства определяется частотой задающего
генератора.
я2Построение принципиальной схемы передающего устройства ко-
я2доимпульсной системы телеизмерения с преобразователем считывания
я2с кодовым диском и работа схемы.
Устройство считывания и преобразования параллельного кода в
последовательный удобно использовать микросхему 155ИР13. Она
позволяет осуществить параллельную загрузку кода по положитель-
ному фронту синхроимпульсов при определенном состоянии S1 и S2;
произвести сдвиг загруженного числа влево или вправо, причем
состояние параллельных входов микросхемы уже не оказывает влия-
ния на запомненное число. Кроме того, эта микросхема имеет
асинхронный сброс по уровню сигнала всех разрядов, что удобно
при реализации циклической работы схемы.
Рассмотрим временную диаграмму передаваемого кодированного
сигнала.
яш1.0
ЙНН» ЙНН» ЙНН» ЪДДї ЙНН» ЪДДї ЪДДї ЙНННННННН»
НННј1 ИННј1 ИННј1 ИННѕ0 ФННј1 ИННѕ0 АДДЩ0 ФННј СИ ИНН
ія75я0ДДДДДДя76я0і
3tя4и
Из нее видно, что период передаваемой кодовой последова-
тельности вместе с синхронизирующим импульсами составляет 18tя4и
или 9 периодов работы задающего генератора. Таким образом, если
поставить после задающего генератора счетчик импульсов до 9, то
с его помощью можно сформировать все необходимые сигналы для ис-
пользуемого регистра сдвига. В качестве счетчика используем мик-
росхему двоичного счетчика 155ИЕ5.
.
- 13 -
Данная ИМС срабатывает по отрицательному фронту сигнала.
Для того, чтобы организовать сброс счетчика, используем два эле-
мента НЕ (155ЛН1) и один элемент 4ИЛИ-НЕТ (155ЛЕ3). Когда на вы-
ходах счетчика возникает кодовая комбинация 1001 (9), то на всех
входах элемента 4ИЛИ-НЕ находятся нули, на выходе же элемента
формируется положительный импульс, который, поступая на входы
сброса счетчика, заставляет его начать новый цикл счета (диаг-
рамма работы счетчика и формирования импульса сброса представле-
ны на листе, под номерами 1-6).
Для сброса регистра необходимо использовать инвертированный
импульс сброса счетчика.
Для тактирования счетчика используется сумма импульсов ге-
нератора и четвертого разряда счетчика.
Для параллельной загрузки кодовой комбинации в регистр не-
обходимо сформировать на входах S1 и S2 логические единицы во
время действия первого тактового импульса после сброса. Для пос-
ледовательного сдвига разрядов в регистре во время действия так-
товых импульсов необходимо присутствие на входе S1 логического
нуля, а на входе S2- логическая единица. Для реализации этого на
вход S2 подается постоянная логическая единица, а на вход S1 по-
дается сигнал, сформированный с помощью элемента 4ИЛИ-НЕ, на
входы которого поступают сигналы с выхода счетчика.
Запуск и останов устройства осуществляется двумя кнопками:
КН1 ("Останов") и КН2 ("Пуск)", которые развязаны с генератором
через один из триггеров микросхемы К155ТМ2, это позволяет изба-
виться от дребезга контактов.
Задающий генератор выполнен по кольцевой схеме на двух ин-
верторах и одном элементе 2И-НЕ, служащем для запуска. Выходная
частота следования импульсов определяется формулой:
f= 1/2Rя42я0Cя41
В нашем случае f= я7Dя0fя4kя0 = 240 Гц.
Отсюда, задавшись величиной Rя42я0=2 кОм, находим Ся41я0:
Cя41я0= 1/2Rя42я7Dя0fя4kя0= 1/2*2000*240= 1 мкФ
Скважность определяется резистором R3. При выборе его рав-
ным 270 Ом она будет равна 2, что и требуется в данной реализа-
ции.
.
- 14 -
я2Спецификация элементной базыя0 яш1.0
ЙНННННЛННННННННННННННННННННННННН»
є D1 є К155ЛА3 є
ЗДДДДДЧДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДД¶
є D2 є К155ЛН1 є
ЗДДДДДЧДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДД¶
є D3 є К155ТМ2 є
ЗДДДДДЧДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДД¶
є D4 є К155ЛЕ3 є
ЗДДДДДЧДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДД¶
є D5 є К155ИР13 є
ЗДДДДДЧДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДД¶
є D6 є К155ТМ2 є
МНННННОННННННННННННННННННННННННН№
є R1 є МЛТ- 0.125- 1 кОм є
ЗДДДДДЧДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДД¶
є R2 є МЛТ- 0.125- 2 кОм є
ЗДДДДДЧДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДД¶
є R3 є МЛТ- 0.125- 270 Ом є
ЗДДДДДЧДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДД¶
є R4 є МЛТ- 0.125- 1 кОм є
ЗДДДДДЧДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДД¶
є R5 є МЛТ- 0.125- 1 кОм є
МНННННОННННННННННННННННННННННННН№
є C1 є КМ-5 1 мкФ є
ЗДДДДДЧДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДД¶
є C2 є КМ-5 0.1 мкФ є
ЗДДДДДЧДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДД¶
є C3 є К50-6 100 мкФ х 6.3 В є
ЗДДДДДЧДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДД¶
є C4 є КМ-5 0.1 мкФ є
ИНННННКНННННННННННННННННННННННННј
яш0
.
- 15 -
я2Расчет аппаратурной надежности устройства.
Расчет надежности учитывает только влияние на надежность
количества и типов применяемых элементов и основывается на сле-
дующих допущениях:
1. Все элементы данного типа равнонадежны, т. е. интенсив-
ность отказов я7lя4iя0 для этих элементов одинакова;
2. Все элементы работают в нормальных технических условиях;
3. Интенсивность отказов всех элементов не зависит от вре-
мени (срока службы);
4. Отказы элементов являются событиями случайными и незави-
симыми;
5. Все элементы работают одновременно;
6. Отказ любого элемента приводит к отказу всей системы;
Вероятность безотказной работы устройства Р(t) в произволь-
ном интервале времени t определяется выражением:
я7Rя0(t) = exp (-я7lя0t) ,
т. е. P(t) изменяется по экспоненциальному закону.
Если устройство состоит из N элементов с соответствующими
интенсивностями отказовя7 lя41я0,я7lя42я0,я7lя43я0...я7lя4n-1я0,я7lя4nя0 и повреждение одного
из них приводит к нарушению работы всего устройства, то вероят-
ность безотказной работы Pя4уя0(t) при условии независимости отказов
друг от друга равна произведению вероятностей безотказной работы
отдельных элементов:
.
- 16 -
Если в устройстве содержится Nя41я0 элементов с интенсивностью
отказов я7lя41я0, Nя42я0 с я7lя42я0 и т.д. ,то вероятность его безотказной рабо-
ты будет определяться выражением: яш1.0
= exp(-Nя41я7lя41я0t)exp(-Nя42я7lя42я0t)...exp(-Nя4n-1я7lя4n-1я0t)exp(-Nя4nя7lя4nя0t)я7 я0=
я4n
= exp (-tя7Sя0 Nя4iя7lя4iя0) = exp (-я7lя4уя0t), где
я5i=1
я4n
я7lя4уя0= я7Sя0 Nя4iя7lя4iя0 -интенсивность отказов устройства. яш0
я5i=1
Интенсивность отказов я7lя4iя0 зависит от свойств радиодеталей,
режима их работы и условий эксплуатации. Значениея7 lя4iя0 для любого
класса аппаратуры определяется статистическими методами в ходе
эксплуатации.
Интенсивность отказов для различных элементов составляет: яш1.0
я4-6
-ИМС 0.6*10 1/ч
я4-6
-транзистор 0.4*10 1/ч
я4-6
-диод 0.05*10 1/ч
я4-6
-резистор 0.02*10 1/ч
я4-6
-конденсатор 0.01*10 1/ч
яш0
В данном устройстве содержится:
Определяем возможность безотказной работы устройства в те-
чение t=2000 ч. и среднее время безотказной работы.
Зная интенсивности отказов отдельных элементов, определяем
я7lя4уя0 по выражению: яш1.0
я4n
я7lя4уя0=я7 Sя0 Nя4iя7lя4iя0= (5*0.6+ 5*0.02+ 4*0.01)*10я5-6я0= 3.14*10я5-6я0 1/ч
я5i=1
