Разработка дискретного устройства. Структурная схема дискретного устройства. Навыки построения дискретных устройств и синтезирования безопасных автоматов

Введение

В настоящее время всё большее распространение получают автоматизированные системы управления. Автоматизация процессов есть необходимый элемент современного производства. Её широкое внедрение обеспечивает повышение производительности труда и улучшение качества продукции. Развитие целых отраслей современной науки и техники принципиально невозможно без использования средств автоматизации.

Огромнейшее влияние автоматизированные системы управления оказали на развитие железнодорожного транспорта. Без них немыслимо безопасное движение современных поездов. Применение устройств автоматизации обеспечивает увеличение пропускной способности железных дорог. В связи с этим на них лежит большая ответственность в обеспечении безотказности. Работа систем железнодорожной автоматики протекает а сложных эксплуатационных условиях определяемых большими скоростями движения, тяжёлыми климатическими условиями.

Однако даже люди далёкие от железнодорожного транспорта постоянно сталкиваются с устройствами автоматики и телемеханики в своей повседневной жизни. Например когда едут в лифте или переходят дорогу по зелёному сигналу светофора.

Цель данного курсового проекта приобрести навыки построения дискретных устройств и синтезирования безопасных автоматов.

1. Разработка дискретного устройства

1.1. Структурная схема дискретного устройства

Структурная схема дискретного устройства представлена на рисунке 1.1

Где обозначены:

ГИ       -         Генератор импульсов

СТ       -         Счётчик

ПК       -         Преобразователь кода

RG1     -         Преобразователь параллельной формы представления числа в последовательную

Принцип работы дискретного устройства:

С генератора импульсов  сигнал поступает на двоично-десятичный счётчик с коэффициентом счета 15, выполненный на D-триггерах. Со счётчика сигнал в параллельном коде поступает на преобразователь кода, который преобразует число заданное в коде 8421 в код “с избытком 3”. Далее сигнал поступает на преобразователь параллельной формы представления числа в последовательную. На выходе дискретного устройства всего один выход.

1.2 Генератор импульсов

Генератор тактовых импульсов вырабатывает стабильную последовательность тактовых импульсов прямоугольной формы. Для обеспечения стабильности работы генератора будем использовать схему, приведённую на рисунке 1.2

Генератор импульсов состоит из четырёх логических элементов ИЛИ-НЕ, резистора и конденсатора. Схема генератора импульсов представлена на рисунке 1.2.

	рисунок 1.2

 

Так как мы знаем выходную частоту генератора f=100 кГц, то исходя из формулы найдём номиналы резистора и конденсатора:

Взяв резистор номиналом 220 Ом,  мы получим номинал конденсатора равным 15 нФ. Для точной установки номинала конденсатора будем использовать два конденсатора: подстроечный конденсатор серии КПК2 и К70-6 с разбросом параметров ±1%.

Для наглядной демонстрации работы генератора на рисунке 1.3  представлена временная диаграмма.

 

рисунок 1.3

1.3 Разработка счётчика

Счётчиком называется специальное устройство, предназначенное для  счета  поступивших на вход активных сигналов.

В данном варианте курсового проекта нам необходимо построить суммирующий двоично-десятичный счётчик на D-триггерах с коэффициентом счёта 15. В качестве триггеров используем микросхемы К155 ТМ2, имеющие помимо входов D и C инверсные входы R и S. Срабатывание триггеров осуществляется по переднему фронту импульса на входе C, однако, входы R и S являются приоритетными над входами D и C.

Реализуем схему счётчика с последовательным переносом. Главным достоинством такой схемы является простота её реализации. Кроме того, такой счётчик мало нагружает предыдущий каскад схемы. Основной недостаток схемы такого счётчика – сравнительно низкое быстродействие, так как триггеры срабатывают один за другим.

Так как счётчик двоично-десятичный, то его необходимо выполнить в виде совокупности 2-х декад. Младшая декада  производит счет от 0 до 9, затем происходит сброс триггеров данной декады и запись логической единицы в триггер старшей декады. Далее счет продолжается до 14, и с приходом 15-го импульса происходит сброс всех триггеров счетчика, и процесс счета возобновляется сначала.

Двоичный код числа 10 равен 1010bin , по этому коду происходит сброс триггеров младшей декады и установка в 1 триггера старшей декады, т.е.  . При комбинации равной коду числа 15 в двоично-десятичном виде 10101 произойдет сброс всех триггеров, т.е. . На входы R триггеров младшей декады, которые являются инверсными, подается 0, когда .

Схема счетчика представлена на рисунке 1.4.

Временная диаграмма работы счетчика представлена на рисунке 1.5.

  1.4 Разработка преобразователя кода

Преобразователь кода в схеме данного дискретного устройства  необходим для преобразования двоично-десятичного кода 8421 в код ”с избытком 3”. Запишем таблицу истинности преобразователя кода.

Таблица 1.1 Таблица истинности преобразователя кода