Здесь можно найти учебные материалы, которые помогут вам в написании курсовых работ, дипломов, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.
Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение оригинальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения оригинальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, РУКОНТЕКСТ, etxt.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии так, что на внешний вид, файл с повышенной оригинальностью не отличается от исходного.
Результат поиска
Наименование:
Курсовик Структурный синтез управляющего автомата. Кодирование внутренних состояний и выбор памяти. Составление таблицы траекторий. Выбор микросхем и аналоговых элементов. Устройства сопряжения и нормализация шкалы датчика. Устройство коммутации с элементами.
Информация:
Тип работы: Курсовик.
Предмет: Схемотехника.
Добавлен: 23.02.2009.
Год: 2009.
Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%
Описание (план):
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине
«Элементы систем автоматики»
“Разработка устройства логического управления ”
Содержание
1.Введение
2.Структурный синтез управляющего автомата
2.1 Построение направленного графа абстрактного автомата
2.2 Кодирование внутренних состояний и выбор типа памяти
2.3 Определение логических функций возбуждения памяти.
2.4 Составление таблицы траекторий.
2.5 Выбор элементов и микросхем.
2.6 Составление модели в OrCAD на основе полученных упрощенных выражений и проверка правильности работы модели
2.7 Результаты моделирования схемы автомата.
3. Выбор аналоговых элементов
3.1 Датчик индукции.
4. Выбор схем, реализующих заданные передаточные функции, вспомогательные функции и реализация коммутаций устройств со схемой автомата Мура
4.1 Таймер
4.2 Тактовый генератор
4.3 Устройство начального пуска
4.4 Устройство реализации функции F1
4.5 Устройство реализации функции F2
4.5 Устройство индикации
4.6 Разработка устройств реализующих В1, В2.
5 Устройства сопряжения
5.1 Согласование электролампы с выходом автомата.
5.2 Устройства сопряжения и нормализация шкалы датчика
5.3. Устройства опорного напряжения
6. Возвращение разряда.
7. Устройство коммутации с внешними элементами.
8. Заключение. 1.Введение
Современное промышленное производство является сложным комплексным процессом, который требует быстрого и многомерного контроля за всеми параметрами. Такой контроль был бы невозможен без применения современной электронной техники и автоматики вследствие того, что существуют многочисленные физические явления недоступные для простого визуального контроля. В настоящее время промышленная автоматика развивается значительными темпами, что связано с постоянно повышающимся уровнем сложности и качества технологических процессов. Электронные промышленные устройства являются сложными системами, в состав которых входят энергетические преобразователи, элементы электропривода, микропроцессорные узлы обработки информации и связи с внешними управляющими объектами, а также датчики различного назначения, устройства согласования с объектом управления. Очевидно, что задача разработки промышленного автомата включает в себя комплекс проблем, которые сами по себе представляют отдельную область современной электроники. Важно обеспечить высокую надежность и защиту от сбоев, поскольку существуют технологические процессы, нарушение которых может привести к катастрофическим последствиям опасным для жизни людей и окружающей среды. Поэтому создание таких устройств требует от разработчика хороших знаний в области электроники и в области технологических процессов, для управления которыми создается промышленный автомат.
Целью данного курсового проекта является разработка электронного автомата при заданных входных сигналах и контролируемых параметрах, а также исполнительных устройствах. Курсовой проект предусматривает решение основных задач реального инженерного проектирования электронной техники: структурный синтез, разработку принципиальной схемы, моделирование основных функциональных узлов, конструирование. Функционирование автомата производится по приведенному в задании алгоритму. 2.Структурный синтез управляющего автомата
2.1Построение направленного графа абстрактного автомата
На этапе проектирования цифрового автомата выбираем синхронный автомат Мура. Выбор асинхронного автомата был бы осложнен необходимостью устранения эффекта “гонок”, а выбор синхронного автомата Мили - усложнением комбинационно-логичес ого устройства.
Автомат Мура состоит из комбинационно-логичес ого устройства (КЛУ) и триггерной подсистемы. КЛУ формирует логическую функцию переходов, т.е. определяет, каким образом автомат переходит в следующее состояние. При этом учитывается текущее состояние, код которого хранится в триггерной подсистеме. При построении направленного графа автомата Мура операторные вершины граф-схемы ставятся в соответствие состояниям автомата. Переход в новое состояние осуществляется в зависимости от содержания условной вершины, следующей за операторной. Направленный граф автомата представлен на рис. 1.
Построение направленного графа автомата Мура:
Преобразование производим так, чтобы истинное значение состояния соответствовало «1», а ложное - «0».
Таблица состояний
Таблица 1
Q3
Q2
Q1
Q0
Y
1
0
0
1
1
0
0
1
0
2
1
0
1
1
3
0
1
0
0
4
1
1
0
1
5
0
1
1
0
6
Учитывая:
0=000
1=001
2=010
3=011
4=100
5=101
6=110
Убираем старший разряд и получаем:
Таблица 2
Q2
Q1
Q0
Y
0
0
1
1
0
1
0
2
0
1
1
3
1
0
0
4
1
0
1
5
1
1
0
6
Здесь использованы следующие логические условия и сигналы:
B1= b1? b2 B2=b1b2 ;
В дальнейшем используются следующие сокращения:
Сигналы:
S - сигнал контактного датчика (S=0 - контакт разомкнут, S=1 _ конт кт замкнут); временная задержка, .
Направленный граф автомата построен, исходя из заданного алгоритма, и имеет шесть состояний, соответствующих операторным вершинам исходного алгоритма. 2.2 Кодирование внутренних состояний и выбор типа памяти
Поскольку автомат имеет шесть внутренних состояний, потребуется использовать трехразрядный код и соответственно три ячейки памяти. Это следует из формулы:
n=[целая часть(log2N)]+1,
где N - число внутренних состояний автомата; n - количество ячеек памяти.
В качестве элементов памяти применяются динамические D - триггеры, таким образом, автомат будет синхронным. Отказ от разработки асинхронного автомата связан со сложностью кодирования состояний асинхронного автомата с учетом эффекта «гонок». В связи с этим надежность асинхронного автомата при воздействии внешних возмущений, которые присутствуют в промышленных условиях, будет невысокой. Например, наличие импульсных помех в сигнальных цепях внешних датчиков и каналов связи может привести к ложным переключениям логических элементов, если не использовать дополнительных мер по защите от помех. При этом синхронный автомат более устойчив к импульсным помехам, так как входной сигнал D - триггера должен быть зафиксирован заранее, до прихода тактового перепада, на время не меньшее чем защитный интервал. 2.3 Определение логических функций возбуждения памяти.
Определим функции возбуждения памяти. При составлении функций возбуждения памяти учитываются только те переходы, включая петли, при которых в соответствующем разряде логический «0» меняется на «1» или «1» сохраняется.
По графу составляем передаточные функции
Упростив выражения, применяя алгебру логики, получим:
Теоретически возможны дальнейшие преобразования приведенных выражений и их минимизация в ещё большей степени, но в данном случае минимизация производилась с учетом использования мультиплексоров при реализации автомата.
Таким образом, число элементарных логических элементов в схеме автомата будет сведено к минимуму. 2.4 Составление таблицы траекторий
По заданию курсового проекта выбираем ТТЛ-логику (при напряжении питания 12 В).
Для реализации автомата потребуются микросхемы:
3 8-входовых мультиплексора (74151А),
3 D-триггера с дополнительными входами установки и сброса (7474),
7 элемента НЕ (7404).
2 элемента ИЛИ (7432)
2 элемента И (7408)
Также в состав автомата входят некоторые другие микросхемы, которые будут рассмотрены при разработке соответствующих функциональных блоков. 2.6 Составление модели в OrCAD на основе полученных упрощенных выражений и проверка правильности работы модели
2.7 Результаты моделирования схемы автомата.
Подставляя на соответствующие входы значения проверяем правильность составления модели:
001 3. Выбор аналоговых элементов
3.1Датчик индукции
Датчик индукции выбираем из условия, что измерения будут производиться в диапазоне -5мТ…10мТл.
Выбираем датчик SS143A .
Внешний вид датчика приведен на рис. 4.
В таблице ниже (таблица 4) приводятся характеристики и параметры датчикаиндукции, удовлетворяющего заданию курсовой работы
Таблица 4
Характеристика
Параметры
Диапазон измерения магнит. индукции
от 1мТл до 21.5мТл
Выходное напряжение датчика
max400 В
Напряжение питания
Постоянное 3.8...30В
Диапазон рабочих температур
-40...+125°C
Потребляемый ток
10мА
Функциональная схема линейных датчиков магнитного
поля на эффекте Холла
Линейные датчики магнитного поля (на эффекте Холла) состоят из олупроводникового элемента Холла, стабилизатора питания, дифференциального усилителя и выходного каскада (рис. 1). В зависимости от модели, выходной каскад датчика представляет собой усилитель
на биполярном транзисторе, включенном по схеме с открытым коллектором (p-n-p) или по двухтактной схеме (комплементарная пара p-n-p + n-p-n). Выходное напряжение этих датчиков находится в линейной зависимости от величины и направления вектора магнитной индукции (рис. 2). 4. Выбор схем, реализующих заданные передаточные функции, вспомогательные функции и реализация коммутаций устройств со схемой автомата Мура
4.1 Таймер
Возьмем синхронный счетчик:
Синхронные (или параллельные) счетчики характеризуются тем, что все их разряды в пределах одной микросхемы переключаются одновременно, параллельно. Это достигается существенным усложнением внутренней структуры микросхемы по сравнению с простыми асинхронными счетчиками. В результате полная задержка переключения синхронного счетчика примерно равна задержке одного триггера, то есть синхронные счетчики гораздо быстрее асинхронных, причем их быстродействие не падает с ростом количества разрядов выходного кода (конечно, до определенных пределов).
Для объединения нескольких синхронных счетчиков с целью увеличения числа их разрядов (для каскадирования) используется специальный выходной сигнал переноса.
Синхронные счетчики с асинхронным переносом занимают промежуточное положение по быстродействию между асинхронными счетчиками и полностью синхронными счетчиками. Управление их работой проще, чем у синхронных счетчиков, но сложнее, чем у асинхронных. Работают данные счетчики по положительному фронту входного сигнала (или, что то же самое, по заднему фронту отрицательного сигнала). Основная суть их работы сводится к следующему: все разряды одного счетчика переключаются одновременно, но при каскадировании каждый следующий счетчик (дающий более старшие разряды) переключается с задержкой относительно предыдущего счетчика (дающего более младшие разряды). То есть задержка переключения многоразрядного счетчика увеличивается в данном случае не с каждым новым разрядом (как у асинхронных счетчиков), а с каждой новой микросхемой (например, 4-разрядной).
Сигнал переноса у этих счетчиков при прямом счете вырабатывается тогда, когда все разряды равны единице (достигнут максимальный код) и когда приходит входной сигнал. Поэтому сигнал переноса, повторяющий входной сигнал, будет задержан относительно входного сигнала. И именно этот сигнал переноса используется в качестве входного для следующего счетчика при каскадировании. То есть входной сигнал второго счетчика задержан относительно входного сигнала первого счетчика, входной сигнал третьего счетчика задержан относительно входного сигнала второго счетчика и т.д.
Временная диаграмма 4-разрядного синхронного счетчика с асинхронным переносом показана на рис. 4,1. Из рисунка видно, что разряды переключаются одновременно по положительному фронту входного сигнала (с некоторой задержкой), а отрицательный сигнал переноса также задержан относительно входного отрицательного импульса. Понятно, что переключение разрядов счетчика, работающего с этим сигналом переноса в качестве входного, будет происходить с дополнительной задержкой относительно переключения разрядов данного счетчика.
Примерами синхронных счетчиков с асинхронным переносом могут служить и двоичный счетчик ИЕ7 (рис. 4.2). ИЕ7 считает - от 0 до 15. Счетчик реверсивный, обеспечивает как прямой счет (по положительному фронту на входе +1), так и обратный счет (по положительному фронту на входе -1). При прямом счете отрицательный сигнал переноса вырабатывается на выходе >15 (у ИЕ7). При обратном (инверсном) счете отрицательный сигнал переноса вырабатывается на выходе < 0 после достижения выходным кодом значения 000. Имеется возможность сброса счетчика в нуль положительным сигналом на входе R, а также возможность параллельной записи в счетчик кода со входов D1, D2, D4, D8 по отрицательному сигналу на входе -WR. При параллельной записи информации счетчик ведет себя как регистр-защелки, то есть выходной код счетчика повторяет входной код, пока на входе -WR присутствует сигнал нулевого уровня.
Таблица режимов работы счетчиков ИЕ7з
Выходы
Режим работы
R
-WR
+1
-1
1
Х
Х
Х
Сброс в нуль
0
0
Х
Х
Параллельная запись
0
1
1
1
Хранение
0
1
0
0
Хранение
0
1
01
1
Прямой счет
0
1
1
01
Обратный счет
Таблица .5
Вход параллельной записи обозначается иногда на схемах также L, С, а выходы переноса обозначаются также CR и BR.
После сброса счетчик начинает счет по положительным фронтам на счетных входах от нулевого кода. После параллельной записи счет начинается от числа, записанного в счетчик. После переполнения счетчика ИЕ7 (достижения кода 111) при прямом счете вырабатывается отрицательный сигнал переноса > 15, повторяющий входной отрицательный импульс на входе +1 с задержкой. После достижения кода 000 при обратном счете вырабатывается отрицательный сигнал переноса < 0, повторяющий входной отрицательный импульс на входе -1 с задержкой.
Входные сигналы счета, записи и сброса не должны быть слишком короткими. Не должен быть слишком малым временной сдвиг между сигналами на входах D1-D8 и сигналом записи как в начале импульса записи, так и в его конце (сигнал записи -WR должен начинаться после установления входного кода, а заканчиваться - до снятия входного кода).
Рис. 8. Формирователь временного интервала.
Через заданный интервал времени после сигнала запуска, который придет с автомата, высокий уровень на выходе таймера сменится на низкий. Так как через нам необходимо получить “1” то подключим к выходам таймеров инверторы. Тогда через 3с сигналы примут истинные значения. Из блок-схемы (Рис.9) видно, что 3-секундный таймер должен запускается при выходном состоянии автомата «001». Т.к. таймер запускается отрицательным импульсом, то на вход элементов таймера подключим КЛУ.
Выходной импульс заданной длительности начинается сразу после входного сигнала, но длительность его может отличаться от и т.д.................
