Развитие и совершенствование средств автоматики, телемеханики и связи. Принципиальная схема задающего генератора и формула для расчета частоты

1.1 Введение.

Сîâðåìåííûé эòаï научно-òåõíè÷åñêîãî пðîãðåсса хàðàêòеðèçóåòñÿ пîâñåìåñòíûì вíåäðåíèåì пðèíöèïèàëüíî нîâîé тåõíèêè. Уñêîðåíèå нàó÷íî-òåõíè÷åñêîãî пðîãðåññà â зíà÷èòåëüíîé сòåïåíè зàâèñèò оò уñïåõîâ сîâðåìåííîé  мèêðîýëåêòðîíèêè, â чàñòíîñòè иíòåãðàëüíîé мèêðîýëåêòðîíèêè, яâëÿþùåéñÿ сîâðåìåííîé эëåìåíòíîé бàçîé эëåêòðîííûõ уñòðîéñòâ аâòîìàòèêè, тåëåìåõàíèêè è сâÿçè.

Иíòåãðàëüíûå мèêðîñõåìû зíà÷èòåëüíî рàñøèðèëè дèàïàçîí пðèìåíåíèÿ эëåêòðîííûõ уñòðîéñòâ нà жåëåçíîäîðîæíîì тðàíñïîðòå. Оíè сîçäàëè вîçìîæíîñòü дëÿ сîâåðøåíñòâîâàíèÿ сèñòåì : аâòîìàòè÷åñêîãî рåãóëèðîâàíèÿ  дâèæåíèÿ пîåçäîâ, рàäèîñâÿçè, у÷åòà, è пëàíèðîâàíèÿ тåõíîëîãè÷åñêèõ пðîöåññîâ нà жåëåçíîäîðîæíîì тðàíñïîðòå аâòîìàòè÷åñêîé лîêîìîòèâíîé сèãíàëèçàöèè è рÿäà дðóãèõ. 

Развитие и совершенствование средств автоматики, телемеханики и связи в значительной степени определяется широким внедрением цифровой техники. Это обусловлено известными преимуществами цифровых устройств по сравнению с аналоговыми : надежностью, высокой стабильностью параметров и значительной скоростью обработки информации. На входе и выходе таких устройств действуют сигналы, которые могут принимать, в отличие от аналоговых,  лишь несколько дискретных значений, например, 0 или 1. Для построения систем автоматики и телемеханики и управления этими объектами используются управляющие логические устройства, представляющие собой последовательные или комбинационные схемы.

Исторически первыми появились релейно-контактные логические устройства, которые и в настоящее время широко применяются в промышленности, особенно на железнодорожном транспорте. Затем были созданы логические устройства на бесконтактных элементах, которые в своем развитии прошли путь от диодных и ферротранзисторных схем до интегральных схем до интегральных. Степень интеграции микросхем постоянно повышается. Различают микросхемы малой, средней, большой и сверхбольшой степени интеграции.

Логические устройства, реализованные на интегральных микросхемах, делятся на две группы в зависимости от способа реализации : c жесткой логикой и с программируемой логикой. Логические устройства с жесткой логикой отличаются тем, что реализуемая функция задана логическими элементами и их соединениями. Изменение реализуемой функции или алгоритма функционирования невозможно без изменения схемы устройства. При реализации таких устройств необходимо создавать проводные связи между отдельными элементами, что приводит к увеличению габаритов, сложностям диагностирования и ремонта.

Программируемые логические устройства, совершенствование которых осуществляется на основе микропроцессоров, в последние годы находят все более широкое применение. Использование программируемых логических устройств становится целесообразным, когда они реализуют функцию, эквивалентную схеме, содержащей 30 реле.

Цель данного курсового проекта - обучение построению логических устройств с жесткой логикой на базе современных интегральных микросхем.

1.     Построение задающего генератора.

Принципиальная схема задающего генератора  и формула для расчета частоты взята  из [2].

Принцип действия данного генератора : в момент подачи напряжения питания на выходе логического элемента DD1.3 появляется случайный логический уровень. Предположим, что это будет логическая единица. Через резистор R1 этот уровень попадет на вход элемента DD1.1 и вызовет появление на его выходе логического нуля. При этом будет происходить зарядка конденсатора С1, что приведет к задержке установления этого уровня приблизительно на 1/2 периода генерируемого сигнала. Появившийся логический ноль на входе элемента DD1.2 переключит этот элемент в состояние, когда на его выходе появится логическая единица, которая, в свою очередь, вызовет появление логического 0 на выходе элемента DD1.3, после  чего этот процесс циклически повторится. Конденсатор С1 задает (грубо) период генерируемых импульсов, а резистор R1 служит для точной настройки генератора на заданную частоту. Расчетная формула для частоты (при R1=0) :

f = p*10^6 / C,   где частота задана в килогерцах, а емкость в пикофарадах.

Отсюда :

C = f / p*10^5

Согласно данной формуле, для частоты генератора, равной 100 кГц, значение емкости составит  С =  3.14159* 100000 / 100  =   3141.59 пФ = 3.14159 нФ

Схема генератора приведена на рисунке 1.

Рисунок 1.  Схема задающего генератора .

 1.3    Построение счетчика импульсов.

Счётчиком называют устройство, на выходе которого сигналы в определенном коде отображают число импульсов, поступивших на счётный вход.

Примером простейшего счетчика является Т-триггер. Такой счетчик способен считать до двух. Его работа основана на изменении состояния триггера по переднему или заднему фронту импульса, подаваемого на счетный вход. Cчетчик, составленный из n триггеров, способен обеспечить максимальный коэффициент счета 2^n, то есть подсчитать в двоичном коде 2^n импульсов.