Синтез электронной системы управления

Содержание

ВВЕДЕНИЕ. 2

1. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ПРИБОРА.. 3

2. РАСЧЁТ КАСКАДОВ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ.. 6

2.1 Разработка и расчет транзисторного усилителя. 6

2.2. Расчет нормирующего преобразователя. 9

2.3. Схемы арифметических преобразований. 12

2.4 Разработка схемы компаратора. 14

2.5. Минимизация карты Карно. 16

2.6 Счетчик сигналов. 19

2.7 Усилитель мощности. 20

3. РАСЧЕТ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ.. 22

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 27

ЛИТЕРАТУРА.. 28

ВВЕДЕНИЕ

Курсовой проект посвящен синтезу электронной системы управления. Данная задача является актуальным научно-инженерным вопросом, включающим в себя разработку и синтез аналоговой и цифровой части системы.

Аналоговые сигналы входных источников ЭДС необходимо привести к нормированному виду и преобразовать в сигналы цифровых логических уровней. Для решения этой задачи необходимо разработать нормирующие усилители и компараторы, произвести электрический расчет элементов принципиальной схемы.

Синтез цифровой логической схемы базируется на теории вычислительной техники, на использовании переключательных функций, алгебры логики, минимизации переключательных функций.

Синтез комбинационных узлов на интегральных микросхемах имеет свои особенности и может осуществляться в различном базисе.

Проектирование электронной системы управления связано с изучением функционирования элементов вычислительной техники. Широкое применение вычислительной техники как в науке и технике, так и в повседневной жизни человека ставят вопрос о подготовке специалистов обеспечивающих грамотную и перспективную разработку ее средств.

Таблица 1.1. Значения входных сигналов (вариант 26)

1. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ПРИБОРА

Принцип действия электронной системы управления изложен в техническом задании. Он заключается в преобразовании аналоговых напряжений источников ЭДС в нормированные уровни напряжений в диапазоне от 0 до 1,2+0,03N =1,98В с помощью нормирующих усилителей (где N =26 - номер варианта). Аналоговое напряжение с выхода нормирующих усилителей необходимо преобразовать в уровни цифровых микросхем с помощью компараторов.

Для обеспечения функционирования схемы важно выбрать подходящую элементную базу. Естественно, что синтезировать электронную систему управления необходимо на интегральных микросхемах, так как схема на дискретных элементах имеют низкую надежность, большое потребление энергии, весьма сложны в синтезе и расчете.

Цифровые микросхемы выберем транзисторно-транзисторной логики широкого применения серии 155. Схемотехнически почти все логические элементы, входящие в состав указанной серии, могут быть образованы комбинированием двух базовых схем: элемента И-НЕ и расширителя по ИЛИ [1].

Для всех схем ТТЛ, имеющих возможность расширения на ИЛИ, максимальное число объединений равно восьми. При соединении одного расширителя задержка распространения схемы увеличивается примерно на 5 нс, а потребляемая мощность на 5 мВт. Логические элементы ТТЛ обладают большой нагрузочной способностью (К_раз=10).

Большие выходные и сравнительно невысокие входные токи способствуют хорошему согласованию схем между собой. Как правило, в состав серий микросхем ТТЛ включаются схемы с открытым коллекторным выходом и логические элементы с большим коэффициентом разветвления по выходу (повышенной нагрузочной способностью).

Аналоговая часть схемы должна быть построена на базе операционных усилителей (ОУ). Они подразделяются на [2]: универсальные (общего применения), у которых К_УU=10³…10⁵; f₁=1,5...10 МГц; прецезионные (инструментальные) с К_УU>0,5´10⁶ и малыми уровнями смещения и дрейфа; быстродействующие со скоростью нарастания выходного напряжения u_Uвых³20 В/мкс; микромощные с током потребления I_пот<1 мА.

Выберем для синтеза аналоговой части схемы универсальный операционный усилитель КР140УД7, которй имеет входное сопротивление до 100 кОм, внутренний конденсатор коррекции АЧХ,  кроме того имеется схема стабилизатора.

Компаратор является специализированным ОУ с дифференциальным входом. В качестве компаратора целесообразно выбрать К554СА3. Он обладает высокой чувствительностью, большим входным сопротивлением и низким потреблением мощности пороговых устройств. Данный компаратор может работать от любых источников питания, включая однополярные, имеет два выхода: открытый коллектор и эмиттерный выход. Компаратор пригоден для обслуживания любых цифровых микросхем умеренного быстродействия (t_здр=200 нс) [1].

В соответствии с заданием 0 Вольт должен соответствовать максимальному значению напряжения источника ЭДС, а 1,98В должно соответствовать минимальному значению. Напряжение питания Uc=15В. Нормирующие усилители являются первым каскадом электронной системы управления.