ЦУА_КР2_ЗАД_МУ
.pdfACER: 013 ЦУА\ЦУА_КР2_ЗАД_МУ.docx
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра АТПП
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине
«ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА АВТОМАТИКИ»
РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ
ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ
И
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ
Уфа 2013
1
Учебно-методическое пособие предназначено для студентов спе-
циальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и произ-
водств (по отраслям)» и слушателям бакалавриата по направлению подготов-
ки 220200 для изучения разделов дисциплины «Цифровые устройства авто-
матики».
Составитель: Сафаров М.Р., доц., канд. тех. наук
Рецензент: Краснов А.Н.., доц., канд. тех. наук
© Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2013
2
ЗАДАНИЕ К КУРСОВОЙ РАБОТЕ
«РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ»
1. Комбинационная логическая схема
1.1. Произвести синтез одновыходной комбинационной схемы. При по-
строении схемы использовать только элементы И-НЕ (см. табл.1*)
*) Вариант А- в табл.1 указаны номера наборов, на которых функция четырех аргументов равна 1.
Вариант В- в табл.1 указаны номера наборов, на которых функция четырех аргументов равна 0.
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
|
|
|
|
|
Вари- |
Номера наборов на кото- |
Вари- |
Номера наборов на кото- |
|
|
ант |
рых функция равна 1 (0) |
ант |
|
рых функция равна 1 (0) |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
0,1,3,5,7,12,13 |
17 |
|
3,5,7,9,11,13,15 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
0,2,6,7,11,12,13 |
18 |
|
0,1,2,3,11,12,13 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
2,3,5,8,10,13,14, |
19 |
|
0,1,2,3,4,5,6 |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
3,4,5,6,7,8,9 |
20 |
|
0,1,2,3,7,8,9 |
|
|
|
|
|
|
|
5 |
4,5,6,7,8,9,10 |
21 |
|
0,1,2,3,8,9,10 |
|
|
|
|
|
|
|
6 |
5,6,7,8,9,10,11 |
22 |
|
0,1,2,3,9,10,11 |
|
|
|
|
|
|
|
7 |
6,7,8,9,10,11,12 |
23 |
|
0,1,2,3,10,11,12 |
|
|
|
|
|
|
|
8 |
7,8,9,10,11,12,13 |
24 |
|
0,1,2,3,12,13,14 |
|
|
|
|
|
|
|
9 |
8,9,10,11,12,13,14 |
25 |
|
0,1,2,3,13,14,15 |
|
|
|
|
|
|
|
10 |
7,8,9,11,12,13,14 |
26 |
|
2,4,6,8,9,10,11 |
|
|
|
|
|
|
|
11 |
2,3,4,5,6,7,8 |
27 |
|
2,4,6,8,10,11,12 |
|
|
|
|
|
|
|
12 |
1,2,3,4,5,6,7 |
28 |
|
2,4,6,8,11,12,13 |
|
|
|
|
|
|
|
13 |
0,1,2,3,4,5,6 |
29 |
|
2,4,6,8,12,13,14 |
|
|
|
|
|
|
|
14 |
0,2,4,6,8,10,12 |
30 |
|
2,4,6,8,13,14,15 |
|
|
|
|
|
|
|
15 |
2,4,6,8,10,12,14 |
31 |
|
1,3,5,7,9,11,13 |
|
|
|
|
|
|
|
16 |
1,3,5,7,9,11,13 |
32 |
|
2,4,6,8,10,12,14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
1.2. Начертить принципиальную схему с указанием в спецификации типов используемых ИС серии К155. Определить мощность источника пита-
ния. На принципиальной схеме указать номера входов используемых ИС.
1.3. Начертить принципиальные схемы ИС К155ЛА3 и К155ЛА8 (по одному элементу И-НЕ) и выписать их полные паспортные данные из спра-
вочника. Уметь объяснять назначение и роль параметров, приводимых в пас-
портных данных. Принципиальные схемы упомянутых ИС должны образо-
вывать общую схему, в которой выход К155ЛА3 управляет одним из входов ИС К155ЛА8. Обратить внимание на реакцию последующего элемента, кото-
рая возникает как следствие управляющего сигнала предыдущего элемента.
1.4. Начертить принципиальную схему логического индикатора (один канал), используемого в работе 101. Объяснить его действие и обосновать выбор используемых элементов.
2. Двухразрядный двоично-десятичный
счетчик импульсов
Спроектировать двухразрядный двоично-десятичный счетчик. Первый десятичный разряд – синхронный счетчик на JK – триггерах. Второй деся-
тичный разряд - асинхронный счетчик на JK – триггерах (варианты заданий см. в табл.2**).
**) А – проектируется счетчик на сложение. В табл.2 указана последо-
вательность состояний триггеров счетчика в виде десятичных номеров дво-
ичных наборов. Например, для варианта 21А указана последовательность пе-
реходов счетчика в виде 0,2,1,3,11,4,12,14,13,15. Всего десять цифр, соответ-
ствующих десяти состояниям счетчика (шесть состояний-запрещенные).
Исходное состояние 010 – 00002 (ЦОУ отображает цифру 0), после пер-
вого импульса счетчик переходит в состояние 210 – 00102 (ЦОУ отображает
4
цифру 1),, после четвертого имульса – 1110 – 10112 (Q4=1, Q3=0, Q2=1, Q1=1),
где Qiсостояние i-того триггера счетчика) (ЦОУ отображает цифру 4).
|
|
|
Таблица 2 |
|
|
|
|
Вари- |
Десятичные номера двоичных |
Вари- |
Десятичные номера двоичных |
ант |
наборов, кодирующих после- |
ант |
наборов, кодирующих после- |
|
довательность состояний |
|
довательность состояний |
|
счетчика |
|
счетчика |
|
|
|
|
1 |
3,4,5,6,7,8,9,10,11,12 |
17 |
0,1,2,3,6,7,8,9,10,11 |
|
|
|
|
2 |
0,1,2,3,5,10,12,13,14,15 |
18 |
0,1,2,4,5,6,10,11,13,14 |
|
|
|
|
3 |
0,1,4,5,7,8,10,12,14,15 |
19 |
0,1,3,4,5,8,9,11,12,13 |
|
|
|
|
4 |
0,1,2,3,4,5,8,9,10,11 |
20 |
4,5,6,7,8,9,10,11,12,13 |
|
|
|
|
5 |
0,1,2,3,4,5,6,8,9,10 |
21 |
0,2,1,3,11,4,12,14,13,15 |
|
|
|
|
6 |
0,1,2,3,6,9,12,13,14,15 |
22 |
0,1,8,2,3,5,12,13,7,14 |
|
|
|
|
7 |
5,6,7,8,9,10,11,12,13,14 |
23 |
0,1,2,3,6,7,9,10,11,14 |
|
|
|
|
8 |
0,1,2,3,4,8,9,10,11,12 |
24 |
0,1,2,3,8,9,4,5,6,7 |
|
|
|
|
9 |
0,1,3,4,5,7,8,10,11,12 |
25 |
0,1,8,2,3,10,6,7,14,15 |
|
|
|
|
10 |
0,1,2,4,5,6,7,8,9,10 |
26 |
0,1,4,5,8,9,12,13,3,6 |
|
|
|
|
11 |
0,1,2,3,4,5,6,7,12,13 |
27 |
0,1,9,2,3,4,5,13,6,14 |
|
|
|
|
12 |
0,1,2,3,7,8,12,13,14,15 |
28 |
0,1,2,3,10,11,4,5,12,13 |
|
|
|
|
13 |
0,1,2,4,5,6,8,9,10,12 |
29 |
0,1,3,8,9,11,7,12,14,15 |
|
|
|
|
14 |
2,3,4,5,6,7,8,9,10,11, |
30 |
0,1,2,3,10,11,5,12,13,14 |
|
|
|
|
15 |
0,1,3,4,5,7,11,12,13,15 |
31 |
0,1,2,3,4,11,12,13,14,15 |
|
|
|
|
16 |
0,1,2,3,5,6,9,10,12,13 |
32 |
0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 |
|
|
|
|
В - проектируется счетчик на вычитание, т.е. приведенная в табл.2 по-
следовательность берется обратной (читается справа налево). Для варианта
21В, например, последовательность цифр будет следующей
15,13,14,12,4,11,3,1,2,0 (т.е. исходному состоянию 1510=11112 соответствует
5
Q4=1, Q3=1, Q2=1, Q1=1, что кодирует число 910 (ЦОУ отображает цифру 9)).
Каждый последующий импульс уменьшает содержимое счетчика на единицу.
2.1. Младший десятичный разряд
(синхронный счетчик на JK-триггерах)
2.1.1. Используя методы проектирования, рассмотренные в [3, 5], cпроектировать принципиальную схему синхронного счетчика (десятичный разряд «единицы»).
2.1.2. Представить принципиальную схему синхронного счетчика с указанием в спецификации типов используемых ИС серии К155. В схеме предусмотреть вход и способ установки исходного состояния. В целом син-
хронный счетчик имеет 2 входа (счетный и вход установки исходного со-
стояния), 4 прямых и 4 инверсных выхода.
2.2. Старший десятичный разряд
(асинхронный счетчик на JK-триггерах)
2.2.1. Используя методы проектирования, рассмотренные в [3, 5], cпроектировать принципиальную схему асинхронного счетчика (десятичный разряд «десятки»).
2.2.2. Представить принципиальную схему асинхронного счетчика с указанием в спецификации типов используемых ИС серии К155. В схеме предусмотреть вход и способ установки исходного состояния. В целом асин-
хронный счетчик имеет 2 входа (счетный и вход установки исходного со-
стояния), 4 прямых и 4 инверсных выхода.
2.2.3. Выписать паспортные данные триггера К155ТМ1.
6
3.Дешифратор для управления отсчетным устройством
3.1.Для своего варианта двоично-десятичного кода спроектировать дешифратор. Cогласовать с дешифратором цифровое отсчетное устройство
(варианты см. в табл.3). Выписать из справочника паспортные данные ис-
пользуемого отсчетного устройства. Уметь объяснять назначение и роль па-
раметров, приводимых в паспортных данных ЦОУ.
|
Таблица 3 |
|
|
Варианты |
Тип цифрового отсчетного устройства |
|
|
1-я треть |
ИН-14 Газоразрядный знаковый индикатор |
группы |
|
|
|
2-я треть |
АЛС 324А Семисегментный светодиодный индикатор (ОК) |
группы |
|
|
|
3-я треть |
АЛС 324Б Семисегментный светодиодный индикатор (ОА) |
группы |
|
|
|
3.2. Представить совмещенные принципиальные схемы дешифратора и цифрового отсчетного устройства. На выходе дешифратора использовать ИС с выходным транзистором типа «открытый коллектор», а его эмиттер соеди-
нен с общей точкой (минус источника питания ИС). Выходной транзистор дешифратора предназначен для включения, в требуемый момент, тока катода
(для ИН-14) или тока сегмента (для АЛС 324).
3.3. В принципиальной схеме (см.п.3.1) выделить (из необходимого множества контуров) один замкнутый контур тока (катода или сегмента), за-
писать для последнего ЗНК из которого рассчитать требуемое значение бал-
ластного сопротивления (ЗНК - закон напряжений Кирхгофа).
7
4. Структурная схема двухразрядного двоично-десятичного
счетчика импульсов с индикацией
4.1. Представить структурную схему двухразрядного двоично-
десятичного счетчика импульсов. В схеме представить:
-выходы, подсоединяемые ко входам дешифраторов;
-выход синхронного счетчика, подающий импульсы на счетный вход асинхронного счетчика (разряд «десятки»);
-выход асинхронного счетчика, подающий импульсы на счетный вход счетчика (разряд «сотни»);
-схему блока с нормально-разомкнутой кнопкой, при нажатии послед-
ней выдается приказ «установка исходного состояния» с низким активным уровнем «0» (0В).
4.2. Представить на одной странице временные диаграммы синхронно-
го и асинхронного счетчиков с учетом времени задержки переключения триг-
геров. Сопоставить представленные временные диаграммы.
5.Вопросы к защите курсовой работы
1.Построить временную диаграмму асинхронного счетчика (без учета времени задержки переключения триггеров).
2.Найти схему соединения тактовых входов триггеров асинхронного счетчика из JK-триггеров (тактируются задним фронтом).
3.Определить выражения функций для информационных входов двух триггеров (по указанию преподавателя).
4.Представить схему соединения десятичных разрядов (указать к ка-
кому из восьми выходов синхронного счетчика (разряд «единицы») следует подсоединить счетный вход асинхронного счетчика (разряд «десятки»)).
5. Представить схему установки исходного состояния. Исходным счи-
тать состояние, после установки которого на ЦОУ высветится младшая циф
8
ра десятичного разряда варианта, выданного при защите.
6. Для своего исходного варианта индикатора представить схему кон-
тура тока одного сегмента (или одного катода, для ИН-14) для АЛС-324.
Обосновать расчет балластного сопротивления, путем написания ЗНК для замкнутого контура. Указать, при каком состоянии (замкнутом или разомк-
нутом) транзистора, входящего в контур, высвечивается сегмент или катод. 7. Построить временную диаграмму, описывающую поведение D-или
JK триггера при заданных исходных данных.
ПРИЛОЖЕНИЕ
П1.1. ПАСПОРТНЫЕ ДАННЫЕ ИНДИКАТОРОВ АЛС 324А(Б)
П1.1. Соединение выводов с излучающими сегментами Таблица П1.1
Тип инди- |
|
|
|
|
|
Номер вывода |
|
|
|
|
|
|||
катора |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
АЛС 324А |
F |
G |
- |
ОК |
- |
E |
D |
C |
H |
- |
- |
ОК |
B |
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
АЛС 324Б |
A |
F |
ОА |
- |
- |
H |
E |
D |
ОА |
C |
G |
- |
B |
ОА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
П1.2. Параметры индикаторов АЛС 324А(Б)
Таблица П1.2
Параметр |
|
АЛС 324А |
АЛС 324Б |
|
|
|
|
Цвет свечения |
|
Красный |
Красный |
|
|
|
|
Число сегментов |
|
|
|
|
|
|
|
Размер знака, мм |
|
|
|
|
|
|
|
Сила света при I пр=20 мА, не менее |
|
|
|
мккд: |
|
|
|
для сегмента |
150 |
150 |
|
для децимальной точки |
30 |
30 |
|
|
|
|
|
Спектральное распределение, нм |
650-670 |
650-670 |
|
|
|
|
|
Постоянное прямое напряжение |
|
|
|
при I пр=20 мА, В |
|
2,5 |
2,5 |
|
|
|
|
Постоянный прямой ток через сегмент, мА |
20 |
20 |
|
|
|
|
|
Электрическая схема включения |
ОК |
ОА |
|
|
|
|
|
Максимально допустимый ток через сегмент, мА: |
|
|
|
при Т от -60 до+35 ОС |
25 |
25 |
|
при Т от +35 до+70 ОС |
25-0,5 |
25-0,5 |
|
|
|
|
|
Максимально допустимый прямой импульсный ток |
|
|
|
при tимп <= 10mc, не более, мА |
300 |
300 |
|
|
|
|
|
Максимально допустимая мощность рассеивания, |
|
|
|
мВт: |
при Т от -60 до+35 ОС |
500 |
500 |
|
при Т от +35 до+70 ОС |
500-10 |
500-10 |
|
|
|
|
Максимально допустимое обратное напряжение |
|
|
|
любой формы и периодичности (пиковое значение) |
|
|
|
при Т от -60 до+70 ОС, В |
5 |
5 |
|
|
|
|
|
Число выводов |
|
14 |
14 |
|
|
|
|
Масса наибольшая, г |
2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|