Проектирование устройств силовой электроники реферат
Обновлено: 05.07.2024
Внедрение микропроцессорной, и вообще цифровой, техники в устройства управления промышленными объектами требует от специалистов самого различного профиля быстрого освоения этой области знания. В процессе разработки функциональных схем цифровых устройств отчетливо выделяются два характерных этапа. На первом этапе, который можно назвать структурным проектированием, заданный неформально алгоритм разработчик представляет в виде последовательности некоторых операторов, таких, как получение результата, счет, преобразование кода, передача информации. При этом он старается использовать ограниченный набор общепринятых операторов. При использовании этих операторов, как правило, алгоритм можно представить довольно небольшим их числом. Структура алгоритма становится обозримой, понятной, легко читаемой и однозначной. На основе полученной структуры алгоритма формулируются технические требования к схемам, реализующим отдельные операторы. По техническим требованиям в качестве функциональных узлов схемы можно применить либо готовые блоки в интегральном исполнении, либо, если таких микросхем в наличии нет, синтезировать их из более простых элементов. Подобный синтез первоначально производится при помощи алгебры логики, после чего по полученным функциям строится эквивалентная схема. Однако, как правило, синтезированные схемы хуже их аналогов в интегральном исполнении. К этому приводят следующие обстоятельства: большее время задержки, большие габариты, большее потребление энергии. Поэтому результативного проектирования цифровых устройств разработчик должен уметь: выбрать наиболее приемлемый вариант решения поставленной задачи, работать с алгеброй логики, знать основные цифровые элементы и уметь их применять, по возможности знать наиболее простые и распространенные алгоритмы решения основных задач. Знание наиболее распространенных инженерных приемов в проектировании устройств позволит в будущем сразу воспользоваться готовой схемой, не занимаясь бесполезной работой. Необходимо заметить, что реализация схемы гораздо сложнее, чем простое решение задачи в алгебре логики и наборе полученной функции из логических элементов. В действительности даже, казалось бы, самые простые элементы, необходимо включать по определенной схеме, знать назначения всех выводов. Необходимо знать, чем различаются элементы в пределах серии. Понимание внутренней логики микросхемы особенно важно именно для специалистов по автоматике и промышленной электронике, поскольку цифровые микросхемы изначально создавались для выполнения строго определенных функций в составе ЭВМ. В условиях автоматики и радиотехники они часто выполняют функции, не запланированные в свое время их разработчиками, и грамотное использование микросхем в этих случаях прямо зависит от понимания логики их работы. Хорошее знание тонкостей функционирования схем узлов становится жизненно необходимым при поиске неисправностей, когда нужно определить, имеется ли неисправность в данном узле или же на его вход поступают комбинации сигналов, на которые схема узла не рассчитана. Составление тестов, а тем более разработка само проверяемых схем также требуют очень хороших знаний принципов работы узлов.
1. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ и ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА 1.1 Разработка структурной схемы устройства
В состав структурной схемы войдут следующие элементы:
· Схема подсчета тактовых импульсов
· Схема преобразования параллельного кода в последовательный
Структурную схему можно представить так, как отображено на рисунке 2.
 |
Рисунок 1. Структурная схема
При поступлении переднего фронта измеряемого импульса детектор фронтов (ДФ) формирует управляющий сигнал на начало счета. Формируемые тактовым генератором (ТГ) импульсы поступают на схему подсчета тактовых импульсов (СУ). При поступлении заднего фронта измеряемого импульса ДФ формирует сигнал останавливающий .счет. При этом количество подсчитанных импульсов выводится на схему отображения (УО) и через схему преобразования параллельного кода в последовательный (ПК) в устройство обработки.
1.2 Разработка функциональной схемы устройства
Детектор фронтов состоит из двух ждущих мультивибраторов и триггера. Один ждущий мультивибратор предназначен для выделения заднего фронта импульса и сбрасывает триггер. Другой ждущий мультивибратор предназначен для выделения переднего фронта импульса и переключает триггер в единичное состояние и вырабатывает сигнал сброса счетчика. Оба мультивибратора вырабатывают импульсы длительности необходимой для надежного переключения триггера.
Схема отображения содержит регистр, дешифратор и индикаторы. Использование регистра позволяет избежать мерцания во время подсчета. Запись в регистр выполняется только по окончанию подсчета длительности импульса. Дешифратор необходим для преобразования двоично-десятичного кода в код обеспечивающий отображение соответствующей цифры.
 |
Рисунок 2. Функциональная схема
Схема преобразования параллельного кода в последовательный состоит из преобразования кода 8421 в код 8421+3 и сдвигового регистра обеспечивающего преобразование параллельного кода в последовательный.
В состав тактового генератора входит генератор прямоугольных импульсов заданной частоты и делитель частоты для сдвигового регистра.
Определим разрядность индикатора по формуле:
,
где - максимальное значение измеряемой величины; -точность измерения.
Разрядность регистра с параллельным вводом и последовательным выводом информации определим исходя из того, что для отображения каждого десятичного разряда требуется 4 бита:
2. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА 2.1 Проектирование схемы детектора фронтов
Рисунок 6. Схема детектора фронтов
 |
Ждущий мультивибратор можно реализовать на основе микросхемы К155АГ3. Она содержит два ждущих мультивибратора с возможностью перезапуска. Каждый мультивибратор содержит выходы и , вход сброса и два входа запуска: - прямой и - инверсный, с активным низким уровнем.
Длительность импульса (при ) вычислим по формуле:
.
Паразитная емкость вывода RT на землю около 50пФ, поэтому максимальное время выходного импульса 40нс.
Потребляемый микросхемой К155АГ3 ток составляет 66мА, стекающий коллекторный ток выводов может быть до 40мА.
Триггер можно реализовать на основе микросхемы К555ТР2. Она содержит 4 независимых RS - триггера, имеющих общую шину питания. У каждого триггера есть входы и , а также комплиментарный выход .
2.2. Генератор тактовых импульсов
Рисунок 7. Схема тактового генератора
 |
Для работы счетчика и сдвигового регистра необходим генератор тактовых импульсов. Схема генератора приведена на рисунке 7. Он построен на двух элементах И-НЕ микросхемы К155ЛА3. Частота генерации определяется из соотношения:
,
где НОК - наименьшее общее кратное,
- точность измерения,
- скорость передачи.
Частота генерации определяется как:
.
Приняв , определим номинал резистора:
Примем значение из номинального ряда .
Для получения частот в 10000Гц и 1200Гц необходимо применить делители частоты. В качестве делителей удобно использовать счетчики К155ИЕ2 и К155ИЕ4. Для реализации деления на 5 используем счетчик К155ИЕ2 (DA3) подавая тактовые импульсы на вход C1 на выходе Q1 получим частоту деленную на 5. Для реализации деления на 6 используем счетчик К155ИЕ4.
2.3 Схема подсчета тактовых импульсов
Рисунок 8. Схема подсчета тактовых импульсов
 |
2.4 Схема преобразования параллельного кода в последовательный
Рисунок 9. Схема преобразования
Для реализации схемы преобразования параллельного кода в последовательный выберем параллельно-последовательный регистр сдвига с параллельной записью данных К155ИР1. К155ИР1 - четырехразрядный сдвиговый регистр.
Если на вход подано напряжение низкого уровня, то разрешается работа тактовому входу С1. Отрицательные фронты последовательности тактовых импульсов сдвигают данные от последовательности входа S1 на выход Q0, затем на Q1,Q2,Q3, т.е. вправо.
Для построения 12 разрядного регистра сдвига необходимо соединить 3 регистра последовательно, причем выход Q3 предыдущего регистра соединяется со входом S1 последующего.
2.5 Схема управления
 |
Рисунок 10. Схема управления
Для согласования отдельных узлов устройства необходима схема управления. В ее функции входит следующее:
· Управление записью данных в регистры сдвига
· Управление сдвигом данных записанных в регистры сдвига
· Прекращение передачи данных в устройство обработки после передачи 12 разрядов
Анализ вышесказанного, позволяет сделать следующие выводы о необходимых компонентах схемы управления:
1. Для управления сдвигом потребуется счетчик с пересчетом до 12
2. Для прекращения передачи потребуется электронный ключ на триггере
3. Для согласования по времени переключения логических элементов потребуются элементы задержки.
Предлагаемая схема управления изображена на рисунке 10.
 |
Рисунок 11. Временные диаграммы работы устройства
3. Заключение
При выполнении данной курсовой работы были проведены расчет и построение узлов и комбинационных схем.
Учитывались основные параметры влияющие на работу цифрового устройства. Был произведен синтез структурной, функциональной и электрической принципиальной схем заданного устройства, выбраны и обоснованы критерии подбора интегральных микросхем, проведена их сравнительная оценка.
2. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: справочник, - Москва; металлургия, 1988,-352 с.
3. Орнадский П.П. Автоматические измерения и приборы. - К.; Техника,1990 - 448с.
4. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник / С.В.Якубовский, Л.И.Нильсон, В.И.Кулешова и др./ Под ред. С.В.Якубовского.-М.: Радио и связь, 1990.-496с.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Алгоритм работы устройства
Раздел: Радиоэлектроника
Количество знаков с пробелами: 14616
Количество таблиц: 0
Количество изображений: 8
В настоящее время идет бурное развитие силовой электроники и процесс постоянного морального усовершенствования устройств и внедрения инновационных элементов преобразовательной техники. Элементная база в области силовой электроники постоянно пополняется и непрестанно совершенствуется. Современный этап развития техники характеризуется все возрастающим проникновением электроники во все сферы жизни и деятельности людей.
Содержание работы
Файлы: 1 файл
силовая электронникиа.doc
Казанский государственный энергетический университет
Выполнил: студент 1 курса
Заочной формы обучения
В настоящее время идет бурное развитие силовой электроники и процесс постоянного морального усовершенствования устройств и внедрения инновационных элементов преобразовательной техники. Элементная база в области силовой электроники постоянно пополняется и непрестанно совершенствуется.
Современный этап развития техники характеризуется все возрастающим проникновением электроники во все сферы жизни и деятельности людей. По данным американской статистики до 80% от объема всей промышленности занимает электроника. Достижения в области электроники способствуют успешному решению сложнейших научно–технических проблем. Повышению эффективности научных исследований, созданию новых видов машин и оборудования. Разработке эффективных технологий и систем управления: получению материала с уникальными свойствами, совершенствованию процессов сбора и обработки информации. Охватывая широкий круг научно–технических и производственных проблем, электроника опирается на достижения в различных областях знаний. При этом с одной стороны силовая электроника ставит задачи перед другими науками и производством, стимулируя их дальнейшее развитие, и с другой стороны вооружает их качественно новыми техническими средствами и методами исследования.
Силовая электроника – одна из бурно развивающихся областей электроники в XXI веке. Наиболее перспективным направлением являются интеллектуальные силовые компоненты: интегрированные силовые микросхемы, ключи и модули. Это направление стремительно развивается благодаря успехам в совершенствовании технологии изготовления и значительному улучшению параметров мощных полевых транзисторов (MOSFET), биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), силовых драйверов более высокой степениинтеграции. Интеграция схем управления (драйверов, контроллеров) в силовые ключи и затем в исполнительные устройства и механизмы стала и необходимым, и оправданным шагом. Исходя из этого, я считаю, что настоящее время, а тем более в будущем, силовым компонентам в силовой электронике альтернативы не предвидится. История развития силовой электроники уходит назад более чем на 100 лет.
Питер Купер Хевитт (США) в 1901 изобрел выпрямитель на ртутных вентилях при выполнении эксперимента с дуговыми источниками света для судов. До этого, системы машина-генератор главным образом использовались для преобразования мощности и управления. Медные окисдные и селеновые выпрямители были изобретены в 1927 и 1933, соответственно. Нью-йоркская подземка сначала установила ртутный выпрямители в питающие сети (3000 В) в 1930, для приводов двигателя электротяги постоянного тока. В тоже время в1931, немецкие железные дороги стали применять циклоконверторы (50 Гц 16 2/3 Гц) для силовых тяговых приводов. История показывает что, развитие силовой электроники началось с газонаполненных приборов, типа игнитронов и тиратронов в 1930, и магнитные усилители в 1940-ых и 1950-ые. Исторически, первый синхронный привод переменной скорости (400 л.с) был установлен в 1934 для привода дутьевого вентилятора на американской электростанции Логана, для этого была использована схема циклоконвертера на тиратронах.
Постоянный прогресс в области электроники приводит к непрерывному совершенствованию элементной базы электронных устройств, что дает возможность разрабатывать новые устройства, которые по сравнению с разработанными ранее устройствами обладают важными преимуществами такими как:
- улучшение основных параметров;
- повышение надёжности;
- простотой схемной реализации;
- удобством в эксплуатации устройств;
- универсальность;
- более низкой себестоимостью;
С развитием силовой электроники проявляется всё большая потребность в универсальных силовых выпрямителях и особенно в управляемых. Выпрямитель (электрического тока) — преобразователь электрической энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток.
Теперь с развитием микроконтроллерной отрасли и появлением оптотиристоров на большие токи и напряжения появилась возможность спроектировать управляемые выпрямители по очень простой схеме. Применение оптотиристоров привело к упрощению выходной части схемы управления.
Применение микроконтроллеров позволило:
- упростить схему управления буквально до одной микросхем;
- включить в себя функцию контроля входных и выходных напряжений;
- автоматически регулировать выходного напряжения по заданному алгоритму в зависимости от внешних факторов;
- удалённому контролю и управлению выпрямителем.
Управляемые выпрямители на тиристорах позволяют:
- выпрямлять переменное напряжение;
- регулировать величину среднего значения этого напряжения (постоянную составляющую).
- Введение3
- 1. Разработка структурной и функциональной схемы устройства5
- 1.1Р азработка структурной схемы устройства 5
- 1.2 Р азработка функциональной схемы устройства 6
- 2.1П роектирование схемы детектора фронтов 8
- 2.2 Генератор тактовых импульсов 10
- 2.3 С хема подсчета тактовых импульсов 12
- 2.4 С хема преобразования параллельного кода в последовательный 12
- 2.5 С хема управления 13
Внедрение микропроцессорной, и вообще цифровой, техники в устройства управления промышленными объектами требует от специалистов самого различного профиля быстрого освоения этой области знания. В процессе разработки функциональных схем цифровых устройств отчетливо выделяются два характерных этапа. На первом этапе, который можно назвать структурным проектированием, заданный неформально алгоритм разработчик представляет в виде последовательности некоторых операторов, таких, как получение результата, счет, преобразование кода, передача информации. При этом он старается использовать ограниченный набор общепринятых операторов. При использовании этих операторов, как правило, алгоритм можно представить довольно небольшим их числом. Структура алгоритма становится обозримой, понятной, легко читаемой и однозначной. На основе полученной структуры алгоритма формулируются технические требования к схемам, реализующим отдельные операторы. По техническим требованиям в качестве функциональных узлов схемы можно применить либо готовые блоки в интегральном исполнении, либо, если таких микросхем в наличии нет, синтезировать их из более простых элементов. Подобный синтез первоначально производится при помощи алгебры логики, после чего по полученным функциям строится эквивалентная схема. Однако, как правило, синтезированные схемы хуже их аналогов в интегральном исполнении. К этому приводят следующие обстоятельства: большее время задержки, большие габариты, большее потребление энергии. Поэтому результативного проектирования цифровых устройств разработчик должен уметь: выбрать наиболее приемлемый вариант решения поставленной задачи, работать с алгеброй логики, знать основные цифровые элементы и уметь их применять, по возможности знать наиболее простые и распространенные алгоритмы решения основных задач. Знание наиболее распространенных инженерных приемов в проектировании устройств позволит в будущем сразу воспользоваться готовой схемой, не занимаясь бесполезной работой. Необходимо заметить, что реализация схемы гораздо сложнее, чем простое решение задачи в алгебре логики и наборе полученной функции из логических элементов. В действительности даже, казалось бы, самые простые элементы, необходимо включать по определенной схеме, знать назначения всех выводов. Необходимо знать, чем различаются элементы в пределах серии. Понимание внутренней логики микросхемы особенно важно именно для специалистов по автоматике и промышленной электронике, поскольку цифровые микросхемы изначально создавались для выполнения строго определенных функций в составе ЭВМ. В условиях автоматики и радиотехники они часто выполняют функции, не запланированные в свое время их разработчиками, и грамотное использование микросхем в этих случаях прямо зависит от понимания логики их работы. Хорошее знание тонкостей функционирования схем узлов становится жизненно необходимым при поиске неисправностей, когда нужно определить, имеется ли неисправность в данном узле или же на его вход поступают комбинации сигналов, на которые схема узла не рассчитана. Составление тестов, а тем более разработка само проверяемых схем также требуют очень хороших знаний принципов работы узлов.
1. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ и ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА
1.1 Разработка структурной схемы устройства
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ
Сумской Государственный Университет
Кафедра Автоматики и Промышленной Электроники
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
ФЗ 51.6.090803.574ПЗ
1. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ и ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА 5
1.1 Разработка структурной схемы устройства 5
1.2 Разработка функциональной схемы устройства 6
2. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА 8
2.1 Проектирование схемы детектора фронтов 8
2.2. Генератор тактовых импульсов 9
2.3 Схема подсчета тактовых импульсов 10
2.4 Схема преобразования параллельного кода в последовательный 11
2.5 Схема управления 12
3. Заключение 15
Список ЛИТЕРАТУРЫ 16
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Алгоритм работы устройства 17
ВВЕДЕНИЕ
Внедрение микропроцессорной, и вообще цифровой, техники в устройства управления промышленными объектами требует от специалистов самого различного профиля быстрого освоения этой области знания. В процессе разработки функциональных схем цифровых устройств отчетливо выделяются два характерных этапа. На первом этапе, который можно назвать структурным проектированием, заданный неформально алгоритм разработчик представляет в виде последовательности некоторых операторов, таких, как получение результата, счет, преобразование кода, передача информации. При этом он старается использовать ограниченный набор общепринятых операторов. При использовании этих операторов, как правило, алгоритм можно представить довольно небольшим их числом. Структура алгоритма становится обозримой, понятной, легко читаемой и однозначной. На основе полученной структуры алгоритма формулируются технические требования к схемам, реализующим отдельные операторы. По техническим требованиям в качестве функциональных узлов схемы можно применить либо готовые блоки в интегральном исполнении, либо, если таких микросхем в наличии нет, синтезировать их из более простых элементов. Подобный синтез первоначально производится при помощи алгебры логики, после чего по полученным функциям строится эквивалентная схема. Однако, как правило, синтезированные схемы хуже их аналогов в интегральном исполнении. К этому приводят следующие обстоятельства: большее время задержки, большие габариты, большее потребление энергии. Поэтому результативного проектирования цифровых устройств разработчик должен уметь: выбрать наиболее приемлемый вариант решения поставленной задачи, работать с алгеброй логики, знать основные цифровые элементы и уметь их применять, по возможности знать наиболее простые и распространенные алгоритмы решения основных задач. Знание наиболее распространенных инженерных приемов в проектировании устройств позволит в будущем сразу воспользоваться готовой схемой, не занимаясь бесполезной работой. Необходимо заметить, что реализация схемы гораздо сложнее, чем простое решение задачи в алгебре логики и наборе полученной функции из логических элементов. В действительности даже, казалось бы, самые простые элементы, необходимо включать по определенной схеме, знать назначения всех выводов. Необходимо знать, чем различаются элементы в пределах серии. Понимание внутренней логики микросхемы особенно важно именно для специалистов по автоматике и промышленной электронике, поскольку цифровые микросхемы изначально создавались для выполнения строго определенных функций в составе ЭВМ. В условиях автоматики и радиотехники они часто выполняют функции, не запланированные в свое время их разработчиками, и грамотное использование микросхем в этих случаях прямо зависит от понимания логики их работы. Хорошее знание тонкостей функционирования схем узлов становится жизненно необходимым при поиске неисправностей, когда нужно определить, имеется ли неисправность в данном узле или же на его вход поступают комбинации сигналов, на которые схема узла не рассчитана. Составление тестов, а тем более разработка само проверяемых схем также требуют очень хороших знаний принципов работы узлов.
1. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ и ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА
1.1 Разработка структурной схемы устройства
В состав структурной схемы войдут следующие элементы:
Детектор фронтов
Схема подсчета тактовых импульсов
Тактовый генератор
Схема преобразования параллельного кода в последовательный
Схема отображения
Структурную схему можно представить так, как отображено на рисунке 2.
Рисунок 1. Структурная схема
При поступлении переднего фронта измеряемого импульса детектор фронтов (ДФ) формирует управляющий сигнал на начало счета. Формируемые тактовым генератором (ТГ) импульсы поступают на схему подсчета тактовых импульсов (СУ). При поступлении заднего фронта измеряемого импульса ДФ формирует сигнал останавливающий .счет. При этом количество подсчитанных импульсов выводится на схему отображения (УО) и через схему преобразования параллельного кода в последовательный (ПК) в устройство обработки.
1.2 Разработка функциональной схемы устройства
Детектор фронтов состоит из двух ждущих мультивибраторов и триггера. Один ждущий мультивибратор предназначен для выделения заднего фронта импульса и сбрасывает триггер. Другой ждущий мультивибратор предназначен для выделения переднего фронта импульса и переключает триггер в единичное состояние и вырабатывает сигнал сброса счетчика. Оба мультивибратора вырабатывают импульсы длительности необходимой для надежного переключения триггера.
Схема отображения содержит регистр, дешифратор и индикаторы. Использование регистра позволяет избежать мерцания во время подсчета. Запись в регистр выполняется только по окончанию подсчета длительности импульса. Дешифратор необходим для преобразования двоично-десятичного кода в код обеспечивающий отображение соответствующей цифры.
Рисунок 2. Функциональная схема
Схема преобразования параллельного кода в последовательный состоит из преобразования кода 8421 в код 8421+3 и сдвигового регистра обеспечивающего преобразование параллельного кода в последовательный.
В состав тактового генератора входит генератор прямоугольных импульсов заданной частоты и делитель частоты для сдвигового регистра.
Определим разрядность индикатора по формуле:
Разрядность регистра с параллельным вводом и последовательным выводом информации определим исходя из того, что для отображения каждого десятичного разряда требуется 4 бита:
2. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА
2.1 Проектирование схемы детектора фронтов
Рисунок 6. Схема детектора фронтов
Ждущий мультивибратор можно реализовать на основе микросхемы К155АГ3. Она содержит два ждущих мультивибратора с возможностью перезапуска. Каждый мультивибратор содержит выходы , вход сброса и два входа запуска:
) вычислим по формуле:
подключается между выводами 14 и 15 а также 6 и 7; резисторы
, а также комплиментарный выход
2.2. Генератор тактовых импульсов
Рисунок 7. Схема тактового генератора
Для работы счетчика и сдвигового регистра необходим генератор тактовых импульсов. Схема генератора приведена на рисунке 7. Он построен на двух элементах И-НЕ микросхемы К155ЛА3. Частота генерации определяется из соотношения:
Примем значение из номинального ряда
2.4 Схема преобразования параллельного кода в последовательный
Рисунок 9. Схема преобразования
Для реализации схемы преобразования параллельного кода в последовательный выберем параллельно-последовательный регистр сдвига с параллельной записью данных К155ИР1. К155ИР1 - четырехразрядный сдвиговый регистр.
Если на вход подано напряжение низкого уровня, то разрешается работа тактовому входу С1. Отрицательные фронты последовательности тактовых импульсов сдвигают данные от последовательности входа S1 на выход Q0, затем на Q1,Q2,Q3, т.е. вправо.
Для построения 12 разрядного регистра сдвига необходимо соединить 3 регистра последовательно, причем выход Q3 предыдущего регистра соединяется со входом S1 последующего.
2.5 Схема управления
Рисунок 10. Схема управления
Для согласования отдельных узлов устройства необходима схема управления. В ее функции входит следующее:
Управление записью данных в регистры сдвига
Управление сдвигом данных записанных в регистры сдвига
Прекращение передачи данных в устройство обработки после передачи 12 разрядов
Анализ вышесказанного, позволяет сделать следующие выводы о необходимых компонентах схемы управления:
Для управления сдвигом потребуется счетчик с пересчетом до 12
Для прекращения передачи потребуется электронный ключ на триггере
Для согласования по времени переключения логических элементов потребуются элементы задержки.
Предлагаемая схема управления изображена на рисунке 10.
По заднему фронту изменяемого импульса с выхода детектора фронтов на входную схему задержки поступает положительный импульс. Со схемы задержки этот импульс поступает на вход формируется логический ноль и через элемент задержки поступает на вход регистров сдвига, что переводит регистры в режим сдвига. После поступления заднего фронта импульса на вход С2 регистров сдвига происходит запись в эти регистры с выхода схемы подсчета. В это время триггер уже установлен в единичное состояние и логическая единица с выхода
3. Заключение
При выполнении данной курсовой работы были проведены расчет и построение узлов и комбинационных схем.
Учитывались основные параметры влияющие на работу цифрового устройства. Был произведен синтез структурной, функциональной и электрической принципиальной схем заданного устройства, выбраны и обоснованы критерии подбора интегральных микросхем, проведена их сравнительная оценка.
Список ЛИТЕРАТУРЫ
Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: справочник, - Москва; металлургия, 1988,-352 с.
Орнадский П.П. Автоматические измерения и приборы. - К.; Техника,1990 - 448с.
Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник / С.В.Якубовский, Л.И.Нильсон, В.И.Кулешова и др./ Под ред. С.В.Якубовского.-М.: Радио и связь, 1990.-496с.
Читайте также:
Регулирование ведется за счет задержки момента включения очередного вентиля. Среднее значение выпрямленного напряжения, определяемые заштрихованной площадью, будет меньше Ud0. Чем больше угол задержки, тем меньше.
Однофазные управляемые выпрямители:
Их достоинства: минимальное количество, простота реализации, простота
системы управления.
Недостатки: низкий КПД , высокая пульсация выпрямленного напряжения.
Однофазные управляемые выпрямители со средней точкой:
Достоинства: разгрузка режима работы тиристоров, высокий КПД, низкая
пульсация выпрямленного напряжения
Недостатки: усложнённая система управления, увеличенный размер трансформатора.
Трёхфазные управляемые выпрямители с нулевым выводом:
Достоинства: возможное создание выпрямителей большой мощности,
высокий КПД, низкая пульсация выпрямленного напряжения, простота реализации.
Недостатки: сложная система управления, неэффективное использование
возможностей трансформатора
Большинство выпрямителей создаёт не постоянные, а пульсирующие однонаправленные напряжение и ток, для сглаживания пульсаций которых применяют фильтры - это инверторы. Рассмотрим их подробней.
Устройство, выполняющее обратную функцию - преобразование постоянных напряжения и тока в переменные напряжение и ток - называется инвертором.
Из-за принципа обратимости электрических машин выпрямитель и инвертор являются двумя разновидностями одной и той же электрической машины (справедливо только для инвертора на базе электрической машины).
Существуют несколько групп инверторов:
Первая группа более дорогих инверторов обеспечивает синусоидальное выходное напряжение.
Вторая группа обеспечивает выходное напряжение упрощённой формы, заменяющей синусоиду. Чаще всего используется сигнал в виде трапецеидального синуса
Для подавляющего большинства бытовых приборов допустимо использовать переменное напряжение с упрощённой формой сигнала. Синусоида важна только для некоторых телекоммуникационных, измерительных, лабораторных приборов, медицинской аппаратуры, а также профессиональной аудио аппаратуры. Выбор инвертора производится исходя из пиковой мощности энергопотребления стандартного напряжения 220В/ 50Гц.
Существуют три режима работы инвертора:
Режим длительной работы. Данный режим соответствует номинальной мощности инвертора.
Режим перегрузки. В данном режиме большинство моделей инверторов в течение нескольких десятков минут (до 30) могут отдавать мощность в 1,2-1,5 раза больше номинальной.
Режим пусковой. В данном режиме инвертор способен отдавать повышенную моментальную мощность в течение нескольких миллисекунд для обеспечения запуска электродвигателей и емкостных нагрузок.
В течение нескольких секунд большинство моделей инверторов могут отдавать мощность в 1,5-2 раза превышающую номинальную. Сильная кратковременная перегрузка возникает, например, при включении холодильника. Как правило, мощность инвертора примерно равна либо выше расчётной мощности ветроустановки.
Так, например, известно, что инвертора мощностью 150 Вт достаточно, чтобы запитать от бортовой электросети автомобиля практически любой ноутбук. Для питания и зарядки мобильных телефонов, аудио и фотоаппаратуры хватит 7,5 Вт.
Трёхфазные инверторы обычно используются для создания трёхфазного тока для электродвигателей, например для питания трёхфазного асинхронного двигателя. При этом обмотки двигателя непосредственно подключаются к выходу инвертора.
Высокомощные трёхфазные инверторы применяются в тяговых преобразователях в электроприводе локомотивов, те плоходов, троллейбусов
(например, АКСМ-321), трамваев , прокатных станов, буровых вышек, в индукторах (установки индукционного нагрева).
Современная твердотельная силовая электроника, начинается с изобретения PNPN тиристора Бэло Лабсом в 1956, который позже был доведен до коммерческого применения компанией GE в 1958. Появившись впервые, тиристоры получили широкое распространение в различных отраслях электротехники и электроники. В настоящее время разработаны различные типы тиристоров с рабочими напряжениями от нескольких десятков до нескольких сотен вольт и рабочими токами от нескольких миллиампер до нескольких сотен ампер. Следующий этап развития, связанный с увеличением быстродействия, позволил создать тиристоры с временем включения до нескольких десятых долей микросекунды и временем выключения до нескольких микросекунд.
Каким же образом работает тиристор?
Если сoeдинить с истoчникoм напряжения чeтырexслoйный кристaлл p1 - n1 - р2 - n2 всeгo в нeскoлькo вoльт, тo oт этoгo в элeктрoннo-дырoчныx переходах П1 и П3 oпрeдeлится прямoй ток, переход П2 будeт зaпeрт. В зaвисимoсти oт увeличeния напряжения, которое прилoжeнo к тиристору, прoвoдимoсть eгo снaчaлa нeзнaчитeльнo вoзрaстaeт. Тeм нe мeнee, при напряжении устaнoвлeннoгo пoрядкa дeсяткoв или сoтeн вoльт тиристор переходит скaчкooбрaзнo в сoстoяниe с бoльшoй прoвoдимoстью, тaк скaзaть, включaeтся и в нём oбрaзуeтся ток, oпрeдeляeмый напряжением истoчникa тока и сoпрoтивлeниeм внeшнeй цeпи.
Эти явления, сoвeршaющиeся при этoм в тиристоре, связаны с движeниeм элeктрoнoв и иx прoцeссax, a тaкжe дырoк чeрeз переходы П1, П2 и П3. Мы нe будeм здeсь этo рaссмaтривaть из-зa oтнoситeльнoй слoжнoсти oбъяснeния этoгo явлeния.
Тo напряжение, при котором oсущeствляeтся скaчкooбрaзнoe пeрeключeниe тиристора из сoстoяния с нeбoльшoй прoвoдимoстью в бoльшoe, нaзывaют напряжением пeрeключeния.
Пoxoжий эффeкт вoзмoжнo пoлучить, присoeдинив упрaвляющий электрод к слoю р2 тиристора, пo которому прoпущeн ток, сxoжий пo нaпрaвлeнию с током чeрeз П3 переход.
Сoвeршив измeнeниe знaчeния силы тока в упрaвляющeм электроде, вoзмoжнo при стaбильнoм напряжении истoчникa тока включaть или зaпирaть тиристор. Сaмoe мaлoe знaчeниe силы тока в упрaвляющeм электроде oт которого oсущeствляeтся пeрeключeниe тиристора, нaзывaют током упрaвлeния.
Нeмнoгo o прeдстaвлeнии тиристора: к крaйним oблaстям мoнoкристaллa пристaвлeны силoвыe электроды – кaтoд и aнoд, a к oднoму из прoмeжутoчныx слoeв – упрaвляющий электрод. В изгoтoвлeнии тиристора чeтырexслoйный мoнoкристaлл припaивaют нa кристaллoдeржaтeль и вмeщaют в гeрмeтичный кoрпус. Дeйствующee oфoрмлeниe в мeтaлличeскoм кoрпусe штырeвoгo тиристора в oснoвнoм нe oтличaeтся oт oбычнoгo плoскoстнoгo пoлупрoвoдникoвoгo диoдa. Тaкжe тиристор имeeт внeшний вид тaблeтoчнoгo типa. Тиристор вo включённoм сoстoянии прoпускaeт бoльшиe токи, oт чeгo впoслeдствии нaгрeвaeтся. Пoэтoму вo врeмя рaбoты тиристоры нужнo oxлaждaть, тo eсть к eгo мeтaллoкeрaмичeскoму кoрпусу крeпят рaдиaтoр (oxлaдитeль).
Разработка структурной, функциональной и электрической принципиальной схем цифрового устройства, алгоритм его работы. Выбор и обоснование критериев подбора интегральных микросхем, их сравнительная оценка. Проектирование генератора тактовых импульсов.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 24.09.2011 |
| Размер файла | 125,5 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ
Сумской Государственный Университет
Кафедра Автоматики и Промышленной Электроники