СодержаниеГлава 1. Таймеры, их типы. Принципы работы аналогового таймера 3
1.1. Классификация и принципы построения таймеров 4
1.2. Особенности структур таймеров общего применения 7
1.2. Особенности применения и основные параметры однотактного таймера 9
1.4.Особенности применения и основные параметры программируемого таймера. 12
Глава 2. Проектирование схемы таймера 15
2.1. Расчет возможности перекрытия диапазона 1:60. 15
2.2 Разработка схемы допускающей применение времязадающего конденсатора меньшей емкости. 18
2.3 Схемотехническое повышение точности отработки временных интервалов. 19
Глава 3. Окончательный вариант разрабатываемой схемы 22
3.1. Блок- схема таймера. 22
3.2.Электрическая принципиальная схема устройства. 24
ЛИТЕРАТУРА. 30ВведениеФормулировка задания.
Разработать электрическую принципиальную схему таймера повышенной точности (погрешность – не более 0,1 секунды) на диапазон временных интервалов 1 – 60 сек. с плавной регулировкой временного интервала без использования прецизионных времязадающих элементов, обладающего возможностью калибровки шкалы с использованием внутреннего кварцованного генератора (калибратора). Предусмотреть возможность использования разрабатываемой конструкции в режиме генератора прямоугольных импульсов.
Предварительно изучить соответственную элементную базу и на основании проведенного анализа предложить оптимальный вариант конструкции устройства с использованием доступной элементной базы, выбрать комплектующие для построения разрабатываемой схемы. Произвести расчет параметров и элементов схемы.
Глава 1. Таймеры, их типы. Принципы работы аналогового таймера
Таймеры – устройства, предназначенные для формирования заданного оператором (управляемые) либо изготовителем интервала времени. По своему исполнению подразделяются на механические, электромеханические и электронные. Среди последних отдельную группу составляют интегральные таймеры – функционально завершенные интегральные микросхемы средней и большой степени интеграции. Интегральные таймеры по способу функционирования разделяются на аналоговые и цифровые. Последние имеют на кристалле только чисто цифровые компоненты: логические вентили, триггеры и базирующиеся на их основе более сложные узлы таймера – счетчики, регистры, ячейки памяти, шифраторы и дешифраторы Первичным эталоном временного интервала тут является пьезокварцевый резонатор, за счет чего достигается высокая точность работы таймера. Примером такой микросхемы может служить КР1016ВИ1 – цифровой многопрограммный таймер [1]. Данная большая интегральная схема предназначена для производства бытовых программируемых часов (запас программ на неделю) но может быть использована и в составе различного технологического оборудования.
Другим примером цифрового интегрального таймера является большая интегральная схема КР580ВИ53. Она входит в состав микропроцессорного комплекта КР580 и предназначена для формирования различных временных задержек электрических импульсов и деления частот (режим работы – программируемый [2]).
Аналоговые интегральные таймеры по сравнению с цифровыми обладают менее сложной структурой (меньшее число дискретных компонентов на кристалле), проще управляются и более дешевы. Времязадающим элементом для них является RC – цепочка. Для обрабатывания стабильных временных интервалов элементы ее должны иметь минимальные значения температурных коэффициентов сопротивления и емкости. Что касается зависимости временных интервалов от величины напряжения питания то благодаря оригинальному схемному решению (впервые использованному при создании микросхемы NE555 [3]) то она значительно меньше, чем у одновибраторов построенных на основе биполярных (например микросхема К155АГ1 [4]) или МОП-транзисторов [5].
По функциональному составу внутренних узлов аналоговые таймеры не являются полностью аналоговыми. Они наряду с компараторами напряжения, которые относят к аналоговым ИС, содержат узлы, выполняющие цифровые функции: логиче¬ские вентили, триггеры, счетчики и др. Компараторы в таймерах обеспечивают повышение чувствительности их цифровых компонентов от единиц вольт до долей милли¬вольта к изменениям входных напряжений. Таким об¬разом, основные функции в аналоговых таймерах выполняют циф¬ровые узлы, точность же формирования интервала времени определяется в первую очередь компараторами напряжения.
1.1. Классификация и принципы построения таймеров
Массовое применение таймеров в аппаратуре, раз¬нообразие решаемых ими задач и, следовательно, мно¬гообразие требований, предъявляемых к их параметрам в зависимости от типа аппаратуры и рода выпол¬няемых функций, обусловило создание большого семей¬ства полупроводниковых таймеров.
Все аналоговые таймеры делятся на два класса: однотактные и многотактные со встроенным счетчиком ( см. рис. 1.1, ст. 27) [6].
Однотактные таймеры применяются, если длитель¬ность формируемых временных интервалов лежит в пределах от 1 мкс до 1 ч. Семейство таких таймеров можно разделить на две группы (рис. 1.2, ст. 27). К первой группе относятся таймеры общего применения, имеющие по одной, две и четыре ИС на одном кристалле. Вторую группу составляют специализированные тайме¬ры: микромощные и помехоустойчивые ИС. Длитель¬ность формируемого таймером (рис. 1.2,а) интервала времени определяется током заряда внешнего времязадающего конденсатора Сt а ток заряда —сопротивлением внешнего времязадающего резистора Rt. Фор¬мируемый таймером временной интервал Тn пропор¬ционален постоянной времени RC-цепи и определяется длительностью изменения напряжения на CT В пределах некоторого диапазона, установленного внутрен¬ним резисторным делителем таймера.
Однотактный таймер, представленный на рис. 1.2,а, работает следующим образом. В исходном состоянии, когда переключатель замкнут, напряжение на конден¬саторе уменьшается до нуля и на выходе таймера уста¬навливается низкое напряжение, равное 0,1 В. При подаче импульса на вход триггера в нем формируется сигнал, размыкающий переключатель S1, и на выходе таймера устанавливается высокое напряжение. Если входное сопротивление компаратора А1 значительно больше сопротивления Rt, конденсатор Сt будет заря¬жаться только через Rt, а напряжение на Сt будет экспоненциально нарастать с постоянной времени RtCt, стремясь к своему максимальному значению Un. Как только напряжение на конденсаторе достигнет не¬которой величины Uоп1, компаратор начнет вырабаты¬вать сигнал, устанавливающий триггер (а следователь¬но, и весь таймер) в исходное состояние Временной интервал Тn должен быть значительно больше, чем длительность запускающего импульса. Опорное напряжение Uon1 формируется в таймере внутренним резисторным делителем.
Описанный цикл работы таймера имеет место при включении его по схеме одновибратора, когда форми¬руется один выходной импульс после подачи внешнего сигнала запуска на вход триггера. Для того чтобы таймер мог работать в режиме асинхронного мульти¬вибратора, управляющий входной сигнал от времязадающей RC-цепи подается на RS-триггер через ком¬паратор А2 с опорным напряжением Uon2.
Чтобы иметь возможность прервать выполнение тай¬мером заданной функции, независимо от завершенности временного цикла, введен переключатель S2. При по¬даче сброса S2 замыкается, конденсатор полностью разряжается и напряжение на нем остается близким к нулю до тех пор, пока сигнал сброса не будет снят. Обычно при подаче сигнала сброса на выходе таймера устанавливается низкое напряжение.
Многотактные таймеры разработаны для аппарату¬ры, требующей использования генераторов сигналов сверхнизкой частоты с продолжительностью импульсов до нескольких суток. Семейство этих таймеров делится на две основные группы (рис. 1.1). К первой группе относятся программируемые таймеры, в которых формируемый временной интервал задается программно, установкой соответствующих перемычек на выходах счетчика. В зависимости от вида соединения выходов счетчика многотактный таймер умножает постоянную времени RC-цепи в п раз (п-определяет диапазон программирования или коэффициент деления счетчиков). Программируемые таймеры содер¬жат таймеры общего применения, выполненные по би¬полярной технологии, и микромощные. Ко второй груп¬пе относятся специализированные таймеры со встроен¬ными счетчиками, у которых однозначно задан коэф¬фициент деления п.
Программируемые таймеры работают следующим образом (рис. 1.2, б). При подаче на вход запуска им¬пульса включается внутренний мультивибратор на однотактном таймере, генерирующий импульсы длительностью Tn==RtCt. Подключенный к выходу таймера N-разрядный двоичный счетчик подсчитывает входные импульсы и формирует на N выходах счетчика времен¬ные интервалы, длительность которых может устанав¬ливаться от Тn до (2n-1)Тn. На первом выходе фор¬мируется импульс длительностью Тn, на втором – длительностью 2Тn, а на N-ном длительностью (2n-1) Гц. Счетчик допускает объединение выходов, причем дли¬тельность формируемого в этом случае временного ин¬тервала определяется суммой длительностей импульсов на объединенных выходах.ЛитератураНоваченко И. В., Телец В.А .Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры. Дополнение второе. Справочник.– М: Радио и связь, 1991-272 с. : ил
2. Хвощ С. Т., Варлинский Н. Н., Попов Е.О. Микропроцессоры и микроэвм в системах автматического управления. Л.: Машиностроение, 1987. – 640 с.: ил.
3.Трейстер Р. Радиолюбительские схемы на ИС типа 555: Пер. с англ. –М.: Мир, 1988. –263 с. , ил.
4. Шило. Л. В. Популярные цифровые микросхемы.: Справочник, - М. : радио и связь, 1989. – 352 с.
5. Волков С. Генераторы прямоугольных импульсов на МОП-элементах.: М.: Энергоиздат, 1986, 230 с.
6. Коломбет Е. А. Таймеры. М.: Радио и связь, 1984. 126 с.
7. Бирюков С. А. Цифровые устройства на МОП – интегральных микросхемах. – М. : Радио и связь, 1990. – 128 с.
|
|
