Устройства динамической индикации

Курсовой проект по предмету “ЦТ и МПС” студента группы 1рсо-97 Бирюкова Сергея Николаевича

Донецкий техникум промышленной автоматики

1999 год

Введение.

На практике всегда была актуальна задача отображения информации в виде удобном для её зрительного восприятия. В настоящее время наиболее распространение получили полупроводниковые, вакуумные люминисентные, газоразрядные и вакуумные накаливаемые индикаторы. С помощью устройств отображения могут быть решены задачи сигнализации и индикации.

Сигнализация – это сообщение человеку о факте перехода контролируемой величины из одной области значения в другую.

При визуальной сигнализации основным техническим устройством является светоизлучающий элемент, который осуществляет световое воздействие на человека (сигнализаторы номинального питающего напряжения, переходы какого-то параметра за допустимые рамки, перегорания предохранителя и т.д).

Индикация – это представление о результатах контроля и измерения.

Контроль, как правило, осуществляется по принципу – «больше – меньше», «есть – нет».

Контролирующими устройствами являются пробники, не измеряющие напряжения, сопротивление и ток, а фиксирующие их наличие или отсутствие. В многоуровневых устройствах наблюдается переход от контроля параметров к его количественной оценки: по мере роста тела индуцируемых уровней, получатся устройство индикации с дискретным отсчётом значения величины.

Шкальный индикатор может быть реализован на отдельных светоизолирующих элементах, а так же на многоразрядном цифровом индикаторе, где шкала складывается из отельных сегментов. Индикатор можно классифицировать по принципу формирования изображений на: знакомодулирующих (ЗМИ) и знакосонтезтрующих (ЗСИ). Примером ЗМИ является цифровой газоразрядный индикатор, изображение которого повторяет форму 10 катодов. Любое другое изображение получить невозможно. В ЗСИ изображение получается с помощью мозаики управляемых элементов отображения, каждый из которых является преобразователем “сигнал-свет”

Среди ЗСИ различают: сегментные индикаторы, элементы отображения которых являются сегментами и сгруппированы в одно или несколько знакомест; матричные индикаторы, элементы отображения которых образуют матрицу. Сегменты ЗСИ могут индицировать только цифры (цифровой ЗСИ) или цифры и буквы русского и латинского алфавитов (буквенн-цифровые ЗСИ).

В курсовом проекте предусматривается разработка принципиальной электрической схемы динамической цифровой индикации четырёх десятичных цифр, на семисегментных полупроводниковых индикаторах.

1. Общая часть.

Структурная схема устройства динамической индикации.

Структурная схема обеспечивает динамическую индикацию 5^х десятичных цифр на семисегментных полупроводниковых индикаторах. Ввод информации производится параллельно в двоично - десятичном коде (тетрадами: единицы, десятки, сотни, тысячи) (Рисунок1). Коммутатор У1 обеспечивает поочерёдное подключение входной информации. Преобразователь У2 двоично- десятичный (2–10) код преобразует в код семисегментного цифрового индикатора. Счёчик У3 непрерывно подсчитывает входные импульсы, подаваемые от генератора G_T, коэффициент пересчёта счётчика N=5. Каждое состояние счётчика У3 дешифрирует дешифратор У4, подключая соответствующий индикатор.

2. Расчётная часть.

2.1 Разработка принципиальной схемы коммутатора У1

Выполним синтез мультиплексора, коммутирующего n = 5 информационных входов. Число адресных входов А определяем из соотношения n ≤ 2^А, где А – число разрядов адреса (или число адресных входов). Так, для n = 5 А = 3 (А₁, А₂ и А₃).

Приведём таблицу истинности требуемого мультиплексора и его условное графическое изображение.

Таблица 1 - Таблица истинности мультиплексора.

Рисунок 2 - Условное графическое изображение мультиплексора

Запишем логическую функцию выхода Q в СДНФ

Q=D₀∙ A₃∙A₂∙A₁vD₁∙A₃ ∙A₂∙A₁vD₂∙ A₃ ∙A₂∙A₁vD₃∙ A₃ ∙A₂∙A₁vD₄∙ A₃ ∙A₂∙A₁

Произведём построение логической схемы мультиплексора по полученной логической функции выхода Q.

А₃А₂А₁А₃А₂А₁

A₂

Q

A₁

D₀

D₁

D₂

D₄

Рисунок 3 – Логическая схема мультиплексора.

Произведём выбор микросхемы мультиплексора с числом информационных входов D не менее заданного числа n = 5, используя “Приложения методических заданий к курсовому проекту”.Выбираем микросхему К155КП7

Рисунок 4 – Микросхема мультиплексора К155КП7.

Вычертим полную схему комутатора на микросхеме К155КП7

из выходов

счётчика

Рисунок 5 - Принципиальная схема комутатора.

2.2 Выбор микросхемы преобразователя У2 двоично-десятичного кода в код цифрового индикатора

Для преобразования двоично-десятичного кода в код семисегментного индикатора применяем микросхему дешифратора К514ИД1

Рисунок 6 - Микросхема преобразователя К514ИД1.

Приведём таблицу истинности преобразователя.

Таблица 2 - Таблица истинности преобразователя.

2.3 Подключение семисегментных индикаторов.

Сигналом с выходов A – G преобразователя У2, управляющие свечением сегментов индикатора, подаются параллельно на входы индикаторов А – Q, т.е. выход А преобразователя подключается ко входу А каждого индикатора и т.д. В качестве индикатора используем АЛС324

Схема подключения семисегментных индикаторов (АЛС).

от выходов

дешифратора

2.4 Выбор микросхемы двоичного счётчика.

Двоичный счётчик У3 подсчитывает тактовые импульсы генератора. Число индицируемых цифр представлено количеством индикаторов в схеме n=5 и определяет коэффицент пересчёта чётчика N. Кроме того, число разрядов счётчика равно числу адресных входов мультиплексоров.

Cоставим таблицу и вычертим диаграмму состояний счётчика с N = n = 5

Таблица3 - Таблица состояния счётчика.

1 2 3 4 5

Рисунок 8 - Диограмма состояний счетчика.

Выберем микросхему двоичного счётчика К155ИЕ5.

Рисунок 9 - Микросхема двоичного счётчика К155ИЕ5.

Для обеспечения N=5 необходимо, чтобы при появлении на выходах двоичного кода 0101₍₂₎ = 5₍₁₀₎ все триггеры счётчика обратились в “0”. Для этого необходимо ввести цепи обратной связи с выходов счётчика, соответствующих N=5, в данном случае подать выход 4 на схему сброса.

2.5 Синтез дешифратора У4.

Дешифратор У4 в разрабатываемой схеме формирует номер (адрес) подключаемого индикатора. Сигнал с выхода дешифратора является упровляющим для индикатора, поэтому подключение осуществляется ко входу S.Составим таблицу истиности дешифратора с учётом заданного n = 5

Таблица 4 - Таблица истинности дешифратора.

Запишем логические функции выходов через операцию И, а также через операцию И-НЕ.

У₀=Х₃ × Х₂ × Х×₁ У₀= Х₃ × Х₂ × Х×₁

У₁=Х₃× Х₂ × Х₁ У₁= Х₃ × Х₂ × Х×₁

У₂=Х₃ × Х₂ × Х₁ У₂= Х₃ × Х₂ × Х×₁

У₃=Х₃× Х₂ × Х₁ У₃= Х₃ × Х₂ × Х×₁

У₄=Х₃× Х₂ × Х₁ У₄= Х₃ × Х₂ × Х×₁

Х₃Х₂ Х₁Х₃Х₂ Х₁

У₄

Рисунок 10 - Логическая схема дешифратора в базисе И,ИЛИ,НЕ

Х₃Х₂ Х₁Х₃Х₂ Х₁

Рисунок 11 -Логическая схема дешифратора в базисе И – НЕ.

Производим выбор дешифратора.

Рисунок 12 - Микросхема дешифратора К155ИД1.

2.6 Принципиальная электрическая схема устройства динамической цифровой коммутации.

Схема обеспечивает индикацию 5 десятичных цифр на семисегментных полупроводниковых индикаторах. Ввод информации производится параллельно в двоично-десятичном коде (тетрадами: единицы, десятки, сотни, тысячи).

Коммутатор У1 обеспечивает поочерёдное подключение входной информации в соответствии с адресом, поступающим с выходов счетчика У3, коэффициент пересчёта которого равен 5.

Двоичной коммутации на выходе счётчика отражают его состояние при поступлении входных импульсов от генератораG_Т. Преобразователь У2 двоично-десятичный код преобразовывает в код семисегментного цифрового индикатора, поступающий одновременно на все индикаторы. Номер подключаемого индикатора задаётся в двоичном коде с выходов счётчика У3, который потом дешифрируется дешифратором. Выходы дешифратора подключаются ко входам S индикаторов У5 (DD6 – DD9), обеспечивая подключение соответствующего индикатора. Время подключения индикатора очень мало (10 – 15 мсек.), оно подобрано таким образом, чтобы не было заметно “мигания” индикаторов для человеческого глаза и определяется тактовой частотой генератора G_Т.

Для того чтобы “высветить” четвёртую цифру, необходимо получить со счётчика адрес 001. При этом информация 0101, соответствующая цифре “5” передаётся на выходы Q мультиплексоров и далее на вход преобразователя У2. Преобразователь преобразует двоичный код в код семисегментного индикатора, информация с которого поступает на индикаторы. В данный момент времени подключится только первый индикатор, т.к. двоичный код 001 с выходов счётчика дешифрирует дешифратор У4 и выдаёт активный сигнал на нулевой выход.

Список литературы

Колобеков Б.А., Мамзелев И.А. Цифровые устройства и микропроцессорные устройства.– М: Радио и связь, 1978

Ерёмина О.М. Основы дискретной автоматики. – М: Радио и связь,1981

Мальцева Л.А. и др. Основы цифровой техники. – М: Радио и связь, 1986 (массовая радио библиотека)