UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA

FACULTATEA DE INGINERIE ÎN ELECTROMECANICĂ,

MEDIU ŞI INFORMATICĂ INDUSTRIALĂ

ELECTRONICA DIGITALA

PROIECT

AUTOMAT SECVENTIAL SINCRON

Profesor univ. ing.dr. Student Dan Mihai Papa Adriana Cosmina

2011 – 2012

CUPRINS

1.Schema bloc a controlerului digital cu bistabile

2.Proiectarea secventiatorului

2.1 Diagrama stari si diagrama de timp

2.2 Tabela de succesiune a starilor

2.3 Proiectarea blocului secventiator

2.4 Schema blocului secventiator

3. Proiectarea blocului de comanda

4. Proiectarea blocului de vizualizare

4.1 LED- uri

4.2 Tranzistorul BC 547

4.3 Decodificatorul MMC4543

4.4 Afisorul KW1-1001AOA

5.Proiectarea generatorului de impulsuri cu frecventa variabila (GIFV)

6. Sursa de alimentare

7. Schema finala .Detalii

8.Anexe 8.1 Circuitul MMC 4027 folosit pentru bistabilele J-K

8.2Circuitul integrat MMC 4093 folosit pentru blocul de comenzi start ,stop reset si init:

8.3 Circuit integrat MMC 4081 si 4071 pentru portile logice AND si OR

Bibliografie :

8.4 Radu Ovidiu : ,, Componente electronice pasive” ,Editura Tehnica , Bucuresti, 1981

8.5 Gh. Constantinescu: “ Circuite integrate CMOS”, Editura Tehnica, Bucuresti, 1986

8.6 http://www.sursedetensiune.ro

8.7 www.datasheetcatalog.com

1.Schema bloc a controlerului digital cu bistabile

GIFV : generator de impulsuri de frecventa variabila; furnizeaza semnalul de tact pentru controler cu o frecventa cuprinsa in plaja 0.5 – 10 Hz;BC : bloc de comenzi; preia, memoreaza si prelucreaza comenzile operator: START, STOP,RESET, INIT;S : secventiator, generaza etapele care constituie ciclul functional;D : driver; conduce impulsurile date de secventator spre blocul de vizualizare si sursa de alimentare;BV: bloc de vizualizare; contine led-uri si digiti pe 7 segmente;EE : elemente de executie; comandate de controler;SA : sursa de alimentare.

GIFV BC S D

SA

BV BV

EE

ON OFF R INIT

000 001

2.Proiectarea secventiatorului

Secventiatorul sau generatorul de etape este elementul central al proiectului. Acesta trebuie sa genereze secventa personalizata 07146.. Secventiatorul este sintetizat cu bistabile J-K conectate intre ele prin porti logice dupa functiile deduse din secventa 07146.

2.1 Diagrama stari si diagrama de timpPentru un ciclu impus descris de secventa 07146 ( secventa scurta) diagrama de stari este

prezentata in figura 1.

Fig.1

Pentru un impuls descris de secventa 301312515 (secventa lunga) diagrama de stari este prezentata in figura 2.

Fig.2

0000

0101

0010

1

1101

13

0

1111

15

0011

3

5

0001

2

1111111

100110

7

0

6 4

1

Pentru secventa scurta diagrama de timp este prezentata in figura 3.

Fig.3

Pentru secventa lunga diagrama de timp este ilustrata in figura 4.

Fig.4

A

0 7 1 4 6

B

C

KC

A

B

C

D

2.2 Tabela de succesiune a starilor

Tabela de adevar este ilustrata in tabelul 1.

Tabelul 1

Tabelul de intrari necesare pentru a obtine comutarile dorite este prezentat in tabelul 2.

Q(t) Q(t+1) J K0 0 0 X0 1 1 X1 0 X 11 1 X 0

inital final intrari

Tabel 2

Tabela de succesiune a starilor pentru secventa 07146 este prezentata in tabelul 3.

Tabel 3

J K Q(t) Q(t+1)0 0 0 00 0 1 10 1 0 00 1 1 01 0 0 11 0 1 11 1 0 1 Toggle1 1 1 0

C B A Ja Ka Jb Kb Jc Kc0 0 0 1 X 1 X 1 X1 1 1 X 0 X 1 X 10 0 1 X 1 0 X 1 X1 0 0 0 X 1 X X 01 1 0 0 X X 1 X 10 0 0 1 1

Tabela de succesiune a starilor, pentru secventa 301312515, este prezentata in tabelul 4..

Tabel 4

Tabela de succesiune a starilor pentru digiti este prezentata in tabelul 5.

Tabel 5

2.3 Proiectarea blocului secventiator

Din tabela de succesiune a starilor,pentru secventa 07146,se va extrage cate o diagram K-V pentru fiecare intrare de bistabil, rezultand astfel 4 functii logice minimizate (deoarece intrarile Kb si Jc sunt egale cu 1):

C BA C BA

Ja = Ka = C C BA BA

D C B A Ja Ka Jb Kb Jc Kc Jd Kd0 0 1 1 X 1 X 1 0 X 0 X0 0 0 0 1 X 0 X 1 X 1 X1 1 0 1 X 0 0 X X 1 X 10 0 0 1 X 1 1 X 0 X 0 X0 0 1 0 1 X X 1 1 X 0 X0 1 0 1 X 0 1 X X 0 1 X1 1 1 1 X 0 X 0 X 1 X 10 0 1 1 =1 =1

Q Az Du Cu Bu Au 3 0 0 0 1 1 13 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 2 0 0 0 1 0 5 0 0 1 0 1 15 1 0 1 0 1

0

1 0

X X

X X

X 0

X 0

1 X

X 0

X X 1 1

0 X

X X

X X

Jb = Kc = B

Din tabela de succesiune a starilor, pentru secventa 301312515, se va extrage cate o diagram K-V pentru fiecare intrare de bistabil, rezultand astfel 6 functii logice minimizate (deoarece intrararile Ja si Kd sunt egale cu 1):

DC DC

BA BA

Ka = Jb = *A

DC DC BA BA

Kb = Jc = DC DC BA BA

X X X X

0 X X X

1 1 0 X

X X X X

X X X X

1 X X X

0 X X X

0 X X X

1 X X X

X 0 1 X

X X 1 X

X X X X

Kc = D Jd =

Din tabela de succesiune a starilor pentru digiti se extrag 4 diagrame K-V. DC DC BA BA

0 X X X

0 1 0 X

0 X 1 X

0 X X X

Az = D Cu =

DC DC BA BA

Au = A

2.4 Schema blocului secventiator

Schema secventiatorului pentru secventa scurta este ilustrata in figura 5.

1 X X X

0 1 X X

0 X X X

0 X X X

0 X X X

0 0 1 X

0 X 1 X

0 X X X

0 X X X

0 0 1 X

1 X 0 X

1 X X X

Fig.5

Schema secventiatorului pentru secventa lunga este prezentata in figura 6.

Fig.6

Schema practica este formata din 2 bistabile de tip J-K, 4027 . Acest CI contine doua bistabile J-K activate pe frontul pozitiv al clock-ului (ceasului). Fiecare bistabil are intrari independente pentru clock, set si clear [8.1]. Schema contine 2 porti SI si 2 porti SAU [8.3]

3. Proiectarea blocului de comanda

Blocul de comanda este formata dintr-un bistabil MMC 4093 [8.2 si 8.4] care permite realizarea urmatoarelor comenzi:-start;-stop;-initializare;-reset;

Poarta de validare PV,formata din 2 porti NOR ,permite sau nu trecerea impulsurilor de la generator catre secventiator in functie de starea CBB-ului care este determinat de comenzile start si stop.Rezistentele R polarizeaza intrarile in absenta comenzilor,iar condensatorul C determina starea preferentialade stop la punerea sub tensiune.

Pentru realizarea circuitului de comanda se folosesc rezistente si condensatoare determinate de relatiile prezentate mai jos.

Schema electrica a blocului de comenzi start si stop este reprezentata in figura 7.

Fig.7

START:

u (t)=V = V (1- e ) (1)

Din relatia (1) V = V - V * e V * e = V - V e =

ln e = ln - = ln R = - (2)

V =

Am ales: = 10ms = 10 s C = 10 = 10 F(vezi bibliografie 8.4) V =7 si V =4,5 V = 5,7 6

Din relatia (2) R = 1442 STAS [ 8.4] : R = 1500 =1,5K

P = (3)

Din relatia (3) P = 0,096W 0,1 STAS [8.4]: P = 0,25 W

Caracteristicile componentelor pasive R si C :

R :Valoare: 1,5K C : Valoare: 10 Putere disipata: P =0,25W Tensiune nominala :U = 25V

Tip constructiv: cu pelicula metalica Tip constructiv: electrolitic,in miniatura Toleranta: 5 Toleranta: 10 Cod: RPM 3025,seria E96 Cod: EG 5244 Furnizor:IPEE – ElectroArges Furnizor:IPEE- ElectroArges

Schema electrica a blocului de comenzi reset este reprezentata in figura 8.

Fig. 8

Dioda D trebuie sa se descarce pe condensatorul C’ la disparitia temporala a tensiunii de alimentsare. Grupul R’C’ se dimensioneaza la fel ca la circuitul start si stop.

RESET;

(4)

Din relatia (4). (5)

Am ales: (vezi bibliografie 8.4)

Inlocuind in relatia (5) valoare standardizata [8.4]

Caracteristicile componentelor pasive C :

R : Valoare:7,5K C : Valoare: 10 Putere disipata: P = 0,125W Tensiune nominala :U = 25V Tip constructiv: cu pelicula metalica Tip constructiv: electrolitic,in miniatura Toleranta: Toleranta: 10

Cod: RCG 2012,seria E 48 Cod: EG 5244 Furnizor:IPEE- ElectroArges Furnizor:IPEE- ElectroArges

Componentele pasive folosite la proiectarea blocului de comenzi sunt prezentate in figura 9.

Fig.9

4. Proictarea blocul de vizualizare

Blocul de vizualizare este constituit din: 3 LED-uri care au urmatorii parametrii electrici : intensitatea luminoasa 8CD (1,7 lm), tensiunea

de alimentare este cuprinsa intre 2-2.3 V, intensitate : 20 mA(max) ,timp de funtionare 50000h.Ledurile au culoarea rosu,galben si alb si un pret de 0,9 RON/buc.

Tranzistorul BC 547, care are urmatoarele caracteristici electrice: ; ,

, .

Schema de principiu a tranzistorului este prezentata in figura 10.

Fig.10

(6)

(7)

(8)

Din relatia (6) Din relatia (7)

Din relatia (8) STAS

Decodificatorul MMC 4543 (Microelectronica)

Circuitul integrat MMC 4543 este un latch/decodor/driver BCD-7 segmente, proiectat pentru a fi utilizat la comanda afisajelor cu cristale lichide (LCD) sau afisajelor cu LED-uri.

Circuitul are posibilitatea de a complementa nivelele logice de pe intrari. Intrarile PHASE (PH), BLANKING (BL), si invalidare latch (LD) se folosesc pentru a inversa tabela de adevar a circuitului, pentru a stinge display-ul si respectiv , pentru a memora un cod BCD.

Pentru afisajele cu LED-uri, intrarea PH se leaga: -la Vss (masa)- pentru anod comun; -la Vdd (+) – pentru catod comun. Fig.10Semnificatia terminalelor MMC4543

In tabelul 6 se prezinta tabela de adevar a decodorului MMC4543.

Tabel 6 Afisorul KW1-1001AOA

Caracteristici:-un digit de culoare rosie de un inchi;-cu anod comun (comun pinul 3 si pinul 8);-culoare carcasei gri cu fata alba;-puterea disipata :100mw

Dimensiunile afisorului(fig.11)

Fig.11

Modul de conectare a pinilor(fig.12)

Fig.12

5. Proiectarea Generatorului de impulsuri cu frecventa variabila (GIFV)

Pentru realizarea generatorului de impulsuri cu frecventa variabila (GIFV) se va folosi un CI 555 in varianta CMOS din familia 7555.[8.7]

Schema de principiu a generatorului este prezentata in figura 13.

Fig.13

Condensatorul C se incarca prin cele 2 rezistente R1 si R2 dar se descarca doar prin R2.Cand condensatorul C se incarca cu o treime din puterea furnizata de sursa ,amplificatorul de jos comuta pe un nou front fara a modifica implusul de la bistabil deoarece condensatorul este initial descarcat.Cand condensatorul se incarca cu 2 treimi din puterea furnizata de sursa de curent atunci bistabilul comuta de pe frontal de jos pe cel de sus,dupa care condensatorul se descarca pana la 1/3 din tensiunea furnizata de sursa si bistabilul va comuta pe un nou front.

Graficul din figura 14 arata cum fluctueaza tensiunea pe condensatorul c in functie de tensiunea de iesire de la clockul 555.

Fig.14

Se cere o frecvenţă cuprinsă între 0,5÷10 Hz

f= = (9)

Alegem:

=1 kΩ ― RCG-1025, seria E12(rezistenta peliculara tip 2)

C = 0,47 µF=0,47*10-6 PCM 0603/250Vcc ,Toleranta: ±20%

pt f=10Hz, avem: = * =152691Ω= 152,691kΩ

Am standardizat aceasta rezistenta ca fiind:RBmin =154kΩ - RPM 3025,seria E48, toleranta ±2%

(10)

PdR= 0,0009W→ PdR STAS=0,125W

=>pt f=0,5Hz, avem: * -1000 =3063329Ω=3,06 MΩ

Am standardizat aceasta rezistenta ca fiind:RBmax STAS=3MΩ - RMG 1025,seria E24,toleranta ±20%

: (11)

0,000047W →PdR STAS= 0,125W

Pentru alegerea potentiometrului se calculeaza:

P= (12)

P=300000-154000=2846000 Ω =2846 kΩ•Am ales din catalog potentiometrul semireglabil P32384 cu particule de carbon,firma:IPEE ElectroArges

Perioada T al pulsului este data de relatia:

T=0,693( + )·C (13)

=0,693( + )·C (14)

tmn= 0,693(2·154000+1000)·0,47· =0,1 s

=0,693( + )·C (15)

tmax=0,693(2·3000000+1000)·0,47· =1,95 s

T= + (16)

T=1,95+0,1=2,05 s

In ultima instanta se calculeaza erorile ce pot aparea

= 𝛆min= (17)

freal min= freal min= (18)

εmax= 𝛆max= (19)

freal max= freal max= (20)

6.Sursa de alimentare

Se va alege sursa de tensiune in comutatie AC/DC prezentata in figura 15 fabricata de catre MDM

ELSIS SRL care prezinta urmatoarele caracteristici generale: [8.6].

-model: AD 021-puterea maxima :25W;-tensiunea de intrare :186-264 Vca ;200-270 Vcc;-tensiunea de iesire :12V;-curentulde iesire:2A;-toleranta:74%;-protectie la supratensiune 130%;-protectie la suprasarcina si scurtcircuit cu limitare de curent;-dimensiuni:105x63x30mm;-greutate:0.2 kg;-pret: 37 lei;

Fig.15

7.Schema finala

Schema finala este formata din generatorul de impulsuri care trimite semnale de tact pentru generatorul de secvente format din cele trei circuite bistabile de tip J-K care relizeaza secventa de cod. Acesta o trimite mai departe la sistemul de afisaj format din leduri si afisorul BCD-7 segmente.Afisorul este comandat de catre circuitul integrat SN54/74LS47 care decodeaza informatia primita de la secventiator. De asemenea circuitulmai este format si din blocul de comanda BC format din circuitul integrat R-S care permite realizarea comenzilor de START, STOP, RESET SI

INITIALIZAREA(0).Acesta actioneaza prin intermediul portii PV permitand sau nu trecerea semnalului de tact mai departe spre bistabilele J-K.

Schema finala realizata in Digital Works si diagrama logica a semnalelor de clock sunt prezentate in figura 16.

Fig.16