Проектирование устройства логического управления (разработка электронного автомата) - Курсовая работа

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. 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.При проектировании устройства логического управления будем ориентироваться на синхронный дискретный автомат Мура, поскольку для асинхронного дискретного автомата опасен эффект состязания ("гонок"). Для исключения эффекта "гонок" нужно применять соседнее кодирование логических переменных всех состояний автомата, чтобы переход в следующее состояние отличался от предыдущего только одним разрядом. При построении автомата Мура операторные вершины граф-схемы ставятся в соответствие состояниям автомата.Для сокращения объема памяти минимизируем автомат. При рассмотрении задания видно, что автомат имеет шесть различных состояний.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.При составлении функций возбуждения памяти учитываются только те переходы, включая петли, при которых в соответствующем разряде логический "0" меняется на "1" или "1" сохраняется. Теоретически возможны дальнейшие преобразования приведенных выражений и их минимизация в еще большей степени, но в данном случае минимизация производилась с учетом использования мультиплексоров при реализации автомата с целью снизить количество корпусов микросхем.Схема дискретного автомата выглядит следующим образом: Рис.3 Схема управляющего автомата.Подставляя на соответствующие входы значения проверяем правильность составления модели: 1) F2С учетом промышленного назначения проектируемого автомата целесообразно использовать ТТЛ-логику (для простоты коммутации - так как часть входных сигналов задается уровнем ТТЛ (b1) при напряжении питания 12 В). Для реализации автомата потребуются микросхемы: 2 8-входовых мультиплексора (74151А), 1 4-входовый мультиплексор, 3 D-триггера с дополнительными входами установки и сброса (7474), 4 элемента НЕ (7404), 2 элемента И-НЕ (7400).Общие сведения о данных светодиодов занесены в таблицу (таблица ): Тип светодиода Цвет Свечения Сила света, мкд, не более Пост. пр. напряжение В, не более Іпр, МА Іпрмах, МА Датчик освещенности выбираем из условия, что измерения будут производиться в диапазоне 50…200лк. Датчик [2] позволяет измерять действующее значение освещенности и в зависимости от этого формирует выходное напряжение. Внешний вид датчика приведен на рис.5. В таблице ниже приводятся характеристики и параметры датчика освещенностиДля нормализации шкалы датчика надо сместить ноль и расширить шкалу до 10В. Для смещения используем схему вычитателя. Диапазон измерения датчика 1490лк, предполагая шкалу линейной найдем значение 50 лк в Вольтах по этой шкале. По графику зависимости выходного напряжения от освещенности напряжению 1В будет соответствовать 200 лк.По заданию В1= , В2= , где логический сигнал (ТТЛ).Данная микросхема удобна тем, что на выходе мы получаем стандартный сигнал ТТЛ логики и простотой управления частотой. Каждый генератор имеет два входа для управления частотой: U - управление частотой, DU - управление диапазоном частоты. Если на вход U подан высокий уровень, а на DU низкий, то для фиксации частоты следует подсоединить между входами Свн внешний элемент - конденсатор или кварцевый резонатор.Устройство представляет собой RC - цепь, формирующую при включении низкий потенциал на входе сброса D - триггеров, для принудительного установления начального состояния.На основе счетчиков довольно просто строить формирователи временных интервалов с длительностью, задаваемой внешним кодом. Из блок-схемы (Рис.2) 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 заданной на какое-то время, меньшее периода тактового сигнала. Схема формирователя временного интервала показана на рис.11. Если входной код равен 300, то длительность выходного сигнала составит от 300Т до 301Т, где Т - период тактового сигнала, в зависимости от момента прихода входного сигнала по отношению к тактовому сигналу.По заданию требуется управлять электролампой с параметрами В, 60Вт.

Содержание

Введение

1. Структурный синтез управляющего автомата

1.1 Построение направленного графа абстрактного автомата

1.2 Минимизация абстрактного автомата

1.3 Кодирование внутренних состояний и выбор типа памяти

1.4 Определение логических функций возбуждения памяти

1.5 Разработка схемы дискретного автомата

1.6 Моделирование автомата

1.7 Выбор элементной базы

2. Выбор аналоговых элементов

3. Разработка устройств сопряжения по входу

3.1 Согласование датчика с Функцией F2

3.2 Сопряжение внешних ТТЛ сигналов (b1 и b2) с входом В1, В2 автомата

3.3 Тактовый генератор

3.4 Устройство начального пуска

3.5 Разработка таймера

3.6 Устройство реализации функции F1

3.7 Устройство реализации функции F2

4. Разработка устройств сопряжения по выходу

4.1 Согласование электролампы с выходом автомата

4.2 Согласование светодиодов с выходом автомата

5. Устройство индикации мгновенного значения F2

Заключение

Список литературы

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. Функционирование автомата производится по приведенному в задании алгоритму.