Индивидуальное задание №1

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИФРОВОГО УСТРОЙСТВА

  1. Должен загореться светодиод, если число оборотов двигателя в минуту превышает 3000.

  2. Должен зазвенеть звонок, если скорость автомобиля, проезжающего контрольный участок, больше 100 км/час.

  3. Спроектировать электронный таймер, включающий нагревательную печь на время до 60 минут. Управление от трех кнопок.

  4. Спроектировать измеритель частоты сети с точностью до десятых долей герца.

  5. Спроектировать цифровой частотомер (от 1 до 1000 кГц).

  6. Спроектировать регулятор температуры. Переменное напряжение на спираль нагревателя подается через тиристор. Число полупериодов сетевого напряжения в секунду, в течение которых на тиристор подается отпирающий сигнал, задается программным переключателем.

  7. Спроектировать многоканальное контролирующее устройство. С помощью светодиодов фиксирует превышение любым из 16 датчиков уровня напряжения, задаваемого программным переключателем.

  8. Спроектировать устройство циклического опроса показаний 16 датчиков (сигнал от 0 до 1 В) с выдачей информации о напряжении произвольного датчика (число от 00 до 99) на цифровое устройство индикации. Номер датчика устанавливается программным переключателем.

  9. Спроектировать шахматные электронные часы. Время игры устанавливается от 3 до 9 минут.

  10. Спроектировать цифровой измеритель частоты пульса человека.

  11. Спроектировать устройство, при нажатии кнопки передающее два байта данных удаленному приемнику с помощью трехпроводной линии связи.

  12. Должен зазвенеть звонок, если скорость автомобиля, проезжающего контрольный участок, больше 150 км/час.

  13. Спроектировать генератор пачек импульсов (в пачке 10 импульсов частотой 1 кГц). Частота пачек в герцах должна соответствовать числу (от 1 до 10), набираемому на программном переключателе.

  14. На линейке из восьми светодиодов получить световой эффект для управления елочной гирляндой. Елочка поcледовательно заполняется огнями, горит, затем поморгает и гаснет. Скорость эффекта регулируется программным переключателем.

  15. Частота импульсов на выходе генератора в герцах от 1 до 99 должна быть равна числу на программном переключателе.

  16. Спроектировать устройство для передачи 8-разрядного сообщения по трехпроводной линии связи с контролем по четности.

  17. Число импульсов в пачке на выходе генератора и частота пачек в герцах от 1 до 9 должны задаваться программным переключателем. Частота импульсов в пачке - 1 кГц.

  18. Должен загореться светодиод, если число оборотов двигателя в минуту превышает 2000.

  19. Должен зазвенеть звонок, если скорость автомобиля, проезжающего контрольный участок, больше 150 км/час.

  20. Число импульсов в пачке от 1 до 9 на выходе генератора и частота пачек в герцах от 1 до 99 должны задаваться программным переключателем. Частота импульсов в пачке - 10 кГц.

  21. Спроектировать многоканальное контролирующее устройство. С помощью светодиодов фиксирует превышение любым из 8 датчиков уровня напряжения, задаваемого программным переключателем.

  22. Спроектировать шахматные электронные часы. Время игры устанавливается 5 минут.

  23. Спроектировать электронный таймер, включающий нагревательную печь на время до 99 минут. Управление от трех кнопок.

  24. Спроектировать генератор пачек импульсов, следующих с частотой 1 Гц. Частота импульсов в пачке 1 кГц, число импульсов в пачке (от 1 до 99) задается программным переключателем.

ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ЗАДАНИЯ №1

        Задание. Спроектировать интегратор сигнала ошибки, формирующий 12-разрядный код управления Nу при подаче на его входы 12-рарядного кода задатчика Nз и 12-разрядного кода сигнала обратной связи Nос (рис.1).

Рисунок 1

        Решение. Структурная схема цифрового интегратора показана на рис.2. Схема вычитания формирует модуль и знак сигнала ошибки. Частота импульсов на выходе преобразователя код-частота пропорциональна модулю сигнала ошибки и зависит от частоты тактового генератора G. Собственно интегратор выполнен на реверсивном двоичном счетчике. Направление интегрирования зависит от знака сигнала ошибки, скорость - от модуля сигнала ошибки. При совпадении кодов задатчика и сигнала обратной связи счет прекращается. На выходе реверсивного счетчика формируется код управления Nу.

Рисунок 2

Рисунок 3

        Функциональная схема проектируемого устройства приведена на рис. 3. На входы 12-разрядного сумматора подаются код задатчика Nз и инверсный код сигнала обратной связи. При Nз>Nос формируется единичный сигнал переноса Р, элементы "Исключающее ИЛИ" работают как повторители и N=S+1, где S=Nз+Noc‾. Сигнал с частотой f*N/212 поступает на суммирующий вход счетчика и выходной код Nу растет. Исполнительный орган системы автоматического управления вызывает рост регулируемой величины и растет сигнал обратной связи, пока не будет выполнено условие Nз=Nос. Если счетчик достиг максимального состояния Nу=4095 (единицы во всех 12 разрядах), а на суммирующий вход продолжают поступать счетные импульсы, в счетчике принудительно фиксируется Nу=4095 (сигнал переноса загружает в него число FFFH со входов предустановки).

        При Nз<=Nос логические элементы "Исключающее ИЛИ" работают как инверторы (Р=0) и N=S‾. Импульсы поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика, вызывая уменьшение Nу и регулируемой величины. Если счетчик достигает минимального кода Nу=0, а на вычитающий вход продолжают поступать счетные импульсы, сигнал заема (<=0) принудительно сбрасывает счетчик в нуль. Изменение частоты f эквивалентно изменению постоянной времени интегратора. Уменьшением f можно добиться устойчивости замкнутой системы автоматического регулирования.