Шаг квантования. D 0X по следующим формулам ш1.0 50 7 0 50 N 4 7 0 1 7 0 1 7 0 126 7d 40 0 0.4 X 4max 0- X 4min 0 500 - 0 7D 0X 5 7 0 7 0 4 N-1 126 - 1 ш1.0 6 - 2Выбор кода и его параметров. Согласно заданию в передающем устройстве кодоимпульсной системы телеизмерения необходимо использовать код Грея. Общее число комбинаций кода Грея определяется выражением N 5 0 5 02 5n 0, где n- фактическое число разрядов в кодовой комбинации. Отсюда, зная, что N126, находим nlog 42 0126 4 7 0log 42 0 128 4 0 4 07. Таким образом, для передачи всех 126 комбинаций кода необ- ходимо использовать 7-разрядный код Грея. Составим эти комбина- ции 1 0 0 0 0 0 0 1 2 0 0 0 0 0 1 1 3 0 0 0 0 0 1 0 4 0 0 0 0 1 1 0 5 0 0 0 0 1 1 1 6 0 0 0 0 1 0 1 7 0 0 0 0 1 0 0 8 0 0 0 1 1 0 0 9 0 0 0 1 1 0 1 10 0 0 0 1 1 1 1 11 0 0 0 1 1 1 0 12 0 0 0 1 0 1 0 13 0 0 0 1 0 1 1 14 0 0 0 1 0 0 1 15 0 0 0 1 0 0 0 16 0 0 1 1 0 0 0 17 0 0 1 1 0 0 1 18 0 0 1 1 0 1 1 19 0 0 1 1 0 1 0 20 0 0 1 1 1 1 0 21 0 0 1 1 1 1 1 22 0 0 1 1 1 0 1 23 0 0 1 1 1 0 0 24 0 0 1 0 1 0 0 25 0 0 1 0 1 0 1 26 0 0 1 0 1 1 1 27 0 0 1 0 1 1 0 28 0 0 1 0 0 1 0 29 0 0 1 0 0 1 1 30 0 0 1 0 0 0 1 31 0 0 1 0 0 0 0 32 0 1 1 0 0 0 0 33 0 1 1 0 0 0 1 34 0 1 1 0 0 1 1 35 0 1 1 0 0 1 0 36 0 1 1 0 1 1 0 37 0 1 1 0 1 1 1 38 0 1 1 0 1 0 1 39 0 1 1 0 1 0 0 40 0 1 1 1 1 0 0 - 7 - 41 0 1 1 1 1 0 1 42 0 1 1 1 1 1 1 43 0 1 1 1 1 1 0 44 0 1 1 1 0 1 0 45 0 1 1 1 0 1 1 46 0 1 1 1 0 0 1 47 0 1 1 1 0 0 0 48 0 1 0 1 0 0 0 49 0 1 0 1 0 0 1 50 0 1 0 1 0 1 1 51 0 1 0 1 0 1 0 52 0 1 0 1 1 1 0 53 0 1 0 1 1 1 1 54 0 1 0 1 1 0 1 55 0 1 0 1 1 0 0 56 0 1 0 0 1 0 0 57 0 1 0 0 1 0 1 58 0 1 0 0 1 1 1 59 0 1 0 0 1 1 0 60 0 1 0 0 0 1 0 61 0 1 0 0 0 1 1 62 0 1 0 0 0 0 1 63 0 1 0 0 0 0 0 64 1 1 0 0 0 0 0 65 1 1 0 0 0 0 1 66 1 1 0 0 0 1 1 67 1 1 0 0 0 1 0 68 1 1 0 0 1 1 0 69 1 1 0 0 1 1 1 70 1 1 0 0 1 0 1 71 1 1 0 0 1 0 0 72 1 1 0 1 1 0 0 73 1 1 0 1 1 0 1 74 1 1 0 1 1 1 1 75 1 1 0 1 1 1 0 76 1 1 0 1 0 1 0 77 1 1 0 1 0 1 1 78 1 1 0 1 0 0 1 79 1 1 0 1 0 0 0 80 1 1 1 1 0 0 0 81 1 1 1 1 0 0 1 82 1 1 1 1 0 1 1 83 1 1 1 1 0 1 0 84 1 1 1 1 1 1 0 85 1 1 1 1 1 1 1 86 1 1 1 1 1 0 1 87 1 1 1 1 1 0 0 88 1 1 1 0 1 0 0 89 1 1 1 0 1 0 1 90 1 1 1 0 1 1 1 91 1 1 1 0 1 1 0 92 1 1 1 0 0 1 0 93 1 1 1 0 0 1 1 94 1 1 1 0 0 0 1 95 1 1 1 0 0 0 0 96 1 0 1 0 0 0 0 97 1 0 1 0 0 0 1 - 8 - 98 1 0 1 0 0 1 1 99 1 0 1 0 0 1 0 100 1 0 1 0 1 1 0 101 1 0 1 0 1 1 1 102 1 0 1 0 1 0 1 103 1 0 1 0 1 0 0 104 1 0 1 1 1 0 0 105 1 0 1 1 1 0 1 106 1 0 1 1 1 1 1 107 1 0 1 1 1 1 0 108 1 0 1 1 0 1 0 109 1 0 1 1 0 1 1 110 1 0 1 1 0 0 1 111 1 0 1 1 0 0 0 112 1 0 0 1 0 0 0 113 1 0 0 1 0 0 1 114 1 0 0 1 0 1 1 115 1 0 0 1 0 1 0 116 1 0 0 1 1 1 0 117 1 0 0 1 1 1 1 118 1 0 0 1 1 0 1 119 1 0 0 1 1 0 0 120 1 0 0 0 1 0 0 121 1 0 0 0 1 0 1 122 1 0 0 0 1 1 1 123 1 0 0 0 1 1 0 124 1 0 0 0 0 1 0 125 1 0 0 0 0 1 1 126 1 0 0 0 0 0 1 9 - 2Выбор параметров кодированного сигнала телеизмерения.
Для составления элементов кодовой комбинации используется амплитудный признак с количеством импульсных признаков m2. При этом элемент 0 комбинации можно представлять прямоу- гольным импульсом с нулевой амплитудой, а элемент 1- прямоу- гольным импульсом с амплитудой 6 В. Минимальную допустимую длительность элементов импульсов кодовой комбинации определим из условия ш1.0 1 t 4и min 7 . 0 7D 0f 4k 1 t 4и 0 4 0t 4и min 0 7 0 4 мс. 240 ш0 Применим циклическую синхронизацию.
В качестве синфазирующего элемента телеизмерительного сиг- нала используем прямоугольный импульс с амплитудой 6 В и дли- тельностью t 4cи 03t 4и 012 мс. Длительность разделительных пауз t 4п 0t 4и 0 4 мс. Построим временную диаграмму передачи одного кодированного сигнала телеизмерения. Каждый телеизмерительный сигнал состоит из последовательности синфазирующего импульса и ряда информаци- онных импульсов 0 и 1. ш1.0 T 4ц 072мс 75 0 76 0 г г г г г -1 L-1 L-1 L-0 L-1 L-0 L 0 L- СИ L 756 0 756 0 756 0 75 0 76 0 t 4п 04мс t 4и 04мс t 4и 04мс t 4си 012мс ш0 Время передачи длительность цикла одного сигнала телеиз- мерения Т 4ц 0 будет определяться выражением T 4ц 0 t 4си 0 nt 4и 0 n1t 4п 0 3t 4и 0 7t 4и 0 8t 4и 0 18t 4и 0 72 мс 10 - 2Передающее устройство кодоимпульсной системы телеизмерения.
Передающее устройство кодоимпульсной системы телеизмерения служит для преобразования непрерывных измеряемых величин в кодо- вые телеизмерительные сигналы и передачи их в линию связи.
Существуют два основных способа преобразования непрерывной измеряемой величины в код а преобразование угла отклонения в код б преобразование напряжения или тока в код. Способ преобразования угла отклонения в код применяется в преобразователях считывания.
Способ преобразования напряжения или тока в код применяется в преобразователях поразрядного кодирования и преобразователях последовательного счета.
В данном проекте рассматриваются вопросы разработки переда- ющего устройства кодоимпульсной системы телеизмерения с преобра- зователем считывания. 2Разработка передающего устройства кодоимпульсной системы 2телеизмерения с преобразователем считывания. В преобразователях считывания для преобразования угла отк- лонения в код применяются кодирующие диски или сектора, с по- мощью которых в зависимости от значения измеряемой величины на- бирается определенная кодовая комбинация.
Кодирующий диск или сектор состоит из отдельных колец, причем их число равно числу элементов n кодовых комбинаций выбранного кода. В нашем случае число элементов n равно 7, а число возможных кодовых комбинаций N равно 126. Каждому углу поворота диска соответствует определенная ко- довая комбинация. Соседние кодовые комбинации отличаются только одним элементом, поэтому искажения на границах переходов будут минимальными, а кроме того, легко построить аналого-цифровой преобразователь АЦП при использовании кода Грея 11 - 2Построение структурной схемы передающего устройства кодоим- 2пульсной системы телеизмерения с преобразователем считывания с 2кодовым диском.
Структурная схема передающего устройства с преобразователем считывания обычно состоит из первичного датчика- измерителя, ко- дового диска, ламп накаливания, фотодатчиков, формирователей сигналов, распределителя, генератора тактовых импульсов, тригге- ра пуска и останова, формирователя синфазирующих импульсов и ря- да вспомогательных логических элементов.
При использовании кода Грея в любых двух соседних кодовых комбинациях существует разряд, в котором при переходе от одной комбинации к другой единица не изменяется.
Используя этот факт, можно выполнить кодовый диск в виде пластины из стеклотекстолита с вытравленным на ней рисунком, таким образом, чтобы металличес- кие участки на каждом повороте диска соответствовали комбинации кода Грея, в этом случае на пластине получим неразрывный слой. Подав на этот слой потенциал 5 В с помощью семи контактных пластин, подходящих к кодирующему сектору, можно непосредственно снимать комбинации кода Грея, подавая их напрямую на микросхемы.
Используя этот способ, мы значительно упрощаем схему, отказав- шись от ламп накаливания, фотодатчиков и формирователей сигна- лов. Так же при использовании описанной в 1 схемы, можно заме- тить некоторый недостаток в ее работе.
При преобразовании непре- рывной измеряемой величины в кодовую комбинацию может возникнуть ошибка за счет конечности времени преобразования.
Поскольку код, считанный с диска, нигде не фиксируется, он может измениться за время считывания.
Избежать этого недостатка можно путем промежу- точного запоминания считанного значения кода на время его преоб- разования.
В схеме использован преобразователь считанного сигна- ла в параллельном коде в последовательный для последующей пере- дачи комбинации в линию связи.
Для этого используется регистр сдвига, значительно упрощающий схемотехническое решение.
Режим работы этого регистра задается с помощью блока формирования уп- равляющих сигналов, при этом необходимость в формировании синфа- зирующего импульса отпадает 12 - Учитывая все вышесказанное, структурная схема будет тако- вой. Сигнал с первичного измерителя посредством связи с кодирую- щим диском преобразуется в параллельную кодовую комбинацию, пос- тупающую в блок преобразования параллельного кода в последова- тельный, который управляется сигналами, поступающими с блока уп- равления.
Цикл работы устройства определяется частотой задающего генератора. 2Построение принципиальной схемы передающего устройства ко- 2доимпульсной системы телеизмерения с преобразователем считывания 2с кодовым диском и работа схемы.
Устройство считывания и преобразования параллельного кода в последовательный удобно использовать микросхему 155ИР13. Она позволяет осуществить параллельную загрузку кода по положитель- ному фронту синхроимпульсов при определенном состоянии S1 и S2 произвести сдвиг загруженного числа влево или вправо, причем состояние параллельных входов микросхемы уже не оказывает влия- ния на запомненное число.
Кроме того, эта микросхема имеет асинхронный сброс по уровню сигнала всех разрядов, что удобно при реализации циклической работы схемы. Рассмотрим временную диаграмму передаваемого кодированного сигнала. ш1.0 г г г г г -1 L-1 L-1 L-0 L-1 L-0 L 0 L- СИ L 75 0 76 0 3t 4и г г г г г г г г г - L- L- L- L- L- L- L- L- L 756 0 75 0 76 0 t 4и 0 1f 40 0 ш0 Из нее видно, что период передаваемой кодовой последова- тельности вместе с синхронизирующим импульсами составляет 18t 4и или 9 периодов работы задающего генератора.
Таким образом, если поставить после задающего генератора счетчик импульсов до 9, то с его помощью можно сформировать все необходимые сигналы для ис- пользуемого регистра сдвига.
В качестве счетчика используем мик- росхему двоичного счетчика 155ИЕ5 13 - Данная ИМС срабатывает по отрицательному фронту сигнала. Для того, чтобы организовать сброс счетчика, используем два эле- мента НЕ 155ЛН1 и один элемент 4ИЛИ-НЕТ 155ЛЕ3. Когда на вы- ходах счетчика возникает кодовая комбинация 1001 9, то на всех входах элемента 4ИЛИ-НЕ находятся нули, на выходе же элемента формируется положительный импульс, который, поступая на входы сброса счетчика, заставляет его начать новый цикл счета диаг- рамма работы счетчика и формирования импульса сброса представле- ны на листе, под номерами 1-6. Для сброса регистра необходимо использовать инвертированный импульс сброса счетчика.
Для тактирования счетчика используется сумма импульсов ге- нератора и четвертого разряда счетчика. Для параллельной загрузки кодовой комбинации в регистр не- обходимо сформировать на входах S1 и S2 логические единицы во время действия первого тактового импульса после сброса. Для пос- ледовательного сдвига разрядов в регистре во время действия так- товых импульсов необходимо присутствие на входе S1 логического нуля, а на входе S2- логическая единица.
Для реализации этого на вход S2 подается постоянная логическая единица, а на вход S1 по- дается сигнал, сформированный с помощью элемента 4ИЛИ- НЕ, на входы которого поступают сигналы с выхода счетчика. Запуск и останов устройства осуществляется двумя кнопками КН1 Останов и КН2 Пуск, которые развязаны с генератором через один из триггеров микросхемы К155ТМ2, это позволяет изба- виться от дребезга контактов.
Задающий генератор выполнен по кольцевой схеме на двух ин- верторах и одном элементе 2И- НЕ, служащем для запуска. Выходная частота следования импульсов определяется формулой f 12R 42 0C 41 В нашем случае f 7D 0f 4k 0 240 Гц. Отсюда, задавшись величиной R 42 02 кОм, находим С 41 0 C 41 0 12R 42 7D 0f 4k 0 122000240 1 мкФ Скважность определяется резистором R3. При выборе его рав- ным 270 Ом она будет равна 2, что и требуется в данной реализа- ции 14 - 2Спецификация элементной базы 0 ш1.0 гT D1 К155ЛА3 D2 К155ЛН1 D3 К155ТМ2 D4 К155ЛЕ3 D5 К155ИР13 D6 К155ТМ2 R1 МЛТ- 0.125- 1 кОм R2 МЛТ- 0.125- 2 кОм R3 МЛТ- 0.125- 270 Ом R4 МЛТ- 0.125- 1 кОм R5 МЛТ- 0.125- 1 кОм C1 КМ-5 1 мкФ C2 КМ-5 0.1 мкФ C3 К50-6 100 мкФ х 6.3 В C4 КМ-5 0.1 мкФ L- ш0 15 - 2Расчет аппаратурной надежности устройства.
Расчет надежности учитывает только влияние на надежность количества и типов применяемых элементов и основывается на сле- дующих допущениях 1. Все элементы данного типа равнонадежны, т. е. интенсив- ность отказов 7l 4i 0 для этих элементов одинакова 2. Все элементы работают в нормальных технических условиях 3. Интенсивность отказов всех элементов не зависит от вре- мени срока службы 4. Отказы элементов являются событиями случайными и незави- симыми 5. Все элементы работают одновременно 6. Отказ любого элемента приводит к отказу всей системы Вероятность безотказной работы устройства Рt в произволь- ном интервале времени t определяется выражением 7R 0t exp - 7l 0t, т. е. Pt изменяется по экспоненциальному закону.
Если устройство состоит из N элементов с соответствующими интенсивностями отказов 7 l 41 0, 7l 42 0, 7l 43 0 7l 4n-1 0, 7l 4n 0 и повреждение одного из них приводит к нарушению работы всего устройства, то вероят- ность безотказной работы P 4у 0t при условии независимости отказов друг от друга равна произведению вероятностей безотказной работы отдельных элементов 16 - P 4у 0t 7 0 7 0P 41 0tP 42 0t P 4n-1 0tP 4n 0t 7 0 4n exp- 7l 41 0texp- 7l 42 0t exp- 7l 4n-1 0texp- 7l 4n 0t 7 0 5 0exp -t 7S 0 7l 4i 0 5i1 Если в устройстве содержится N 41 0 элементов с интенсивностью отказов 7l 41 0, N 42 0 с 7l 42 0 и т.д. ,то вероятность его безотказной рабо- ты будет определяться выражением ш1.0 P 4у 0t 7 0 7 0P 41 0tP 42 0t P 4n-1 0tP 4n 0t 7 0 exp-N 41 7l 41 0texp-N 42 7l 42 0t exp-N 4n-1 7l 4n-1 0texp-N 4n 7l 4n 0t 7 0 4n exp -t 7S 0 N 4i 7l 4i 0 exp - 7l 4у 0t, где 5i1 4n 7l 4у 0 7S 0 N 4i 7l 4i 0 -интенсивность отказов устройства. ш0 5i1 Интенсивность отказов 7l 4i 0 зависит от свойств радиодеталей, режима их работы и условий эксплуатации.
Значение 7 l 4i 0 для любого класса аппаратуры определяется статистическими методами в ходе эксплуатации.
Интенсивность отказов для различных элементов составляет ш1.0 4-6 -ИМС 0.610 1ч 4-6 -транзистор 0.410 1ч 4-6 -диод 0.0510 1ч 4-6 -резистор 0.0210 1ч 4-6 -конденсатор 0.0110 1ч ш0 В данном устройстве содержится - микросхем - 5 шт резисторов - 5 шт конденсаторов - 4 шт 17 - Определяем возможность безотказной работы устройства в те- чение t2000 ч. и среднее время безотказной работы.
Зная интенсивности отказов отдельных элементов, определяем 7l 4у 0 по выражению ш1.0 4n 7l 4у 0 7 S 0 N 4i 7l 4i 0 50.6 50.02 40.0110 5-6 0 3.1410 5-6 0 1ч 5i1 Среднее время безотказной работы 1 7 0 1 T 4ср 0 7 0 7 0 318471 час. 7l 4у 0 3.1410 5-6 0 ш0 Вероятность безотказной работы в течение 2000 ч P2000 exp -3.1410 5-6 02000 0.9993721 В течение 2000 часов работа устройства будет надежной. 2Индивидуальное Задание. 2Расчет симметричного мультивибратора на транзисторах.
Исходные данные 1. длительность импульса - t 4и 0 18 2. скважность импульсов - Q 2 3. коллекторное напряжение - E 4к 0 12 18 - Расчет 1. Определяем амплитуду импульсов из соотношения ш1.0 E 4k 0 E 4k U 4m 0 7 0 7 0 10 7 010.9 B 1.1 7 01.2 1.1 7 01.2 ш0 зададимся U m 0 10 B 2. Выберем тип транзистора.
Напряжени е 0, действующее между коллектором и базой транзистора Т 42 0 72 0U 4кб 72 2 0E 4k 72 0 72 0U 4c2 72 0 , но в начале разряда конденсатора С 42 0 72 0U 4с2 72 0 72 0E 4к 72 0 и 72 0U 4кб 72 0 2E 4k Поэтому у выбранного транзистора должно быть U 4Кдоп 7 0 2E 4к 0 U 4КЭmax 7 E 4k 0 12 В Максимальное напряжение между коллектором и эммитером сос- тавляет U 4Kmax 0 E 4k 0 12 В Максимальное обратное напряжение база-эммитер U 4бэmax 7 0 E 4k 0 12 В U 4кбдоп 7 0 2E 4k 0 212 24 В Определим частотные свойства транзистора ш1.0 F f 42 0 7 0 1600 Гц, при F 240 Гц 0.15 ш0 19 - Минимальное значение коэффициента усиления по току опреде- ляется из условия 7b 0 15 Q-1 15 Исходя из полученных данных, следует взять транзистор типа МП25А, для которого f 42 0 0.2 МГц, 7 b 0 20. 3. Выбираем коллекторный резистор R 4k 0. Величина R 4k 0 R 4k1 0 R 4k2 0 выбирается в пределах 1 7 0 5 кОм, R 4k выбирается равным 1 кОм, тогда ш1.0 E 4k 0 12 I 4k 0 7 0 7 0 0.012 А 12 мА. R 4k 0 1000 ш0 Определяем мощность, на которую должен быть рассчитан ре- зистор R 4k 0 P 4Rk 0 I 52 4Kmax 7 0 R 4k 0 0.012 52 7 0 1000 0.144 Вт Выбираем по ГОСТу резистор R 4k 0 типа ОМЛТ - 0,25-1 кОм 4. Рассчитаем сопротивление резистора базы R 4б 0 R 4б 7 010 7 0R 4k 0 10 7 01 10 кОм Выбираем по ГОСТу резистор R 4б 0 типа ОМЛТ - 0,25 - 10 кОм 5. Рассчитываем емкость конденсатора С Значение емкости определяется из выражения Т 2t 4u 0 1.4R 4б 0С, откуда ш1.0 T 2 С 4 0С 41 0 С 42 0 7 0 7 0 1.4 мкФ 1.4R 4б 0 7 0 1.4 7 010000 ш0 - 20 - Выбираем по ГОСТу конденсатор С типа МКМ - 160-2 6. Определяем длительность фронта и среза по формулам t 4ср 0 2.3СR 4k 0 2,3 7 01,4 7 01000 1.2 мс ш1.0 0.3 7 00.5 t 4ф 0 7 0 187.5 7 0312.5 мкс f 42 ш0 23 - 2Список использованной литературы. 1. Г.Б. Туманян, В.А. Грошев Методические указания по вы- полнению курсового проекта, М МГИ, 1991 2. С.В. Якубовский и др. Цифровые и аналоговые интеграль- ные микросхемы.
Справочник,М Радио и связь, 1990 3. В.Л. Шило Популярные цифровые микросхемы.
Справочник, М Радио и связь, 1988.