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 5х 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 GT, 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
≤ 2А, 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.
Адресные
входы
Выходы
А3
А2
А1
Q
0
0
0
0
1
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
D0
D1
D2
D3
D4
Рисунок 2 -
Условное графическое изображение мультиплексора
Запишем
логическую функцию выхода Q в СДНФ
Q=D0∙ A3∙A2∙A1v D1∙A3
∙A2∙A1v D2∙ A3 ∙A2∙A1v D3∙ A3 ∙A2∙A1v D4∙ A3 ∙A2∙A1
Произведём
построение логической схемы мультиплексора по полученной логической функции
выхода Q.
А3А2А1А3А2А1
1
&
&
1
1
1
A3
A2
Q
A1
D0
D1
&
D2
&
D3
&
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.
Цифра
Двоичный код
8421
Состояние элементов (A,B,C,D,E,F,G) и значение управляющих сигналов (У1…У7)
X4
X3
X2
X1
A
B
C
D
E
F
G
У1
У2
У3
У4
У5
У6
У7
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
2
0
0
1
0
0
0
1
0
0
1
0
3
0
0
1
1
0
0
0
0
1
1
0
4
0
1
0
0
1
0
0
1
1
0
0
5
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
0
6
0
1
1
0
0
1
0
0
0
0
0
7
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
8
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
9
1
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
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.
Входной импульс
Двоичный код на выходах.
4
2
1
0
1
2
3
4
5
0
0
0
0
1
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
0
1 2
3 4 5
0
1
0
1
0 0
0 0
1 1
0 0
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.
Выходы
N
Вых.
Х3
Х2
Х1
0
0
0
0
1
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
0
1
2
3
4
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
&
1
Х2
У0
&
1
Х1
У1
1
&
Х1 У2
&
У3
У4
&
Рисунок 10 - Логическая схема дешифратора в
базисе И,ИЛИ,НЕ
Х3Х2 Х1Х3Х2
Х1
&
&
Х3
У0
&
&
Х2
У1
&
&
Х1
У2
&
У3
&
У4
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 генератораGТ.
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
GТ.
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)