Indrumator Practicor Frecventmetru

8/9/2019 Indrumator Practicor Frecventmetru

1/27

Investete n OAMENI!

1. PROIECTAREA ECHIPAMENTELOR DIGITALE CU AJUTORULCIRCUITELOR NUMERICE DISCRETE

1. Obiectivele temei: Aprofundarea cunotinelor despre funcionarea circuitelor logice iutilizarea acestora n proiectarea sistemelor digitale mai complexe, realizate cu circuiteintegrate de complexitate mic (SSI Small Scale Integration), sau de complexitate medie

(MSI Medium Scale Integration)

Etapele proiectrii unui sistem digital cu circuite discrete sunt prezentate

pentru cazul particular al unui frecvenmetru numeric.

2. Comete!"e ob"i!#te: !roiectarea sistemelor digitale la ni"el de sc#em $loc% !roiectareasc#emelor logice pentru $locurile funcionale i implementarea acestora cu circuite discrete%&ealizarea i optimizarea sc#emei electrice finale a sistemului digital

$. %&evi'& teo&etic

3.1. Prezentarea metodei de msurare a frecvenei adoptate

'eterminarea frec"enei unui semnal de curent alternati" este foarte important mai ales acolounde sistemul este proiectat s funcioneze corectoptimal pentru o singur frec"en (ec#ipamente decomunicaii radio, reeaua de alimentare cu energie electric, etc)

n prezent, din mulimea metodelor cunoscute de msurarea a frec"enei, cele mai utilizate, itotodat cele mai precise, sunt metodele numerice n literatura de specialitate se arat c eroarea dedeterminare a frec"enei prin metode numerice, poate atinge "aloarea de *+*-

n esen, pentru msurarea numeric a frec"enei, se pleac de la definiia acesteia. numrul deoscilaii n unitatea de timp n consecin, n interiorul frec"enmetrului se genereaz un inter"al detimp de msur TM, n care se numr impulsurile semnalului de intrare cu frec"ena necunoscutfx!entru aceasta, n sc#ema $loc de principiu a unui frec"enmetru numeric tre$uie s gsim.

o $az de timp pentru generarea periodic a inter"alelor de msur TM% o poart A/' care las s treac impulsurile semnalului de intrare doar pe durata

inter"alului de msur TM% un numrtor pentru numrarea impulsurilor ce trec prin poarta A/'% un $loc de afiare pentru afiarea rezultatului msurrii, ntro manier con"ena$il

utilizatoruluiModul de conectare a $locurilor componente este prezentat n figura * !entru aceast sc#em, se

poate arta c frec"ena fxeste direct proporional cu numrul de impulsuriNXce trec prin poartaA/' n inter"alul de timp TM Aadar, se pot scrie urmtoarele relaii.

Proiect co-finanat din Fondul Social European prinProgramul Operaional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 200 ! 20"#

2


2/27

Investete n OAMENI!

X

XXXM

f

NTNT == (*)

M

XX

T

Nf = (0)

'in analiza relaiei (0) se constat c este necesar o operaie de mprire ntre NX i TM Aceast operaie este relati" greu de implementat n #ard1are cu a2utorul circuite digitale MSI saSSI

3ig*. Sc#ema $loc de principiu pentru msurarea frec"enei

4 soluie de a e"ita utilizarea unui circuit de mprire se $azeaz pe o$ser"aia c mprire unuinumr zecimal oarecare, la un alt numr ce reprezint o putere a lui *+, se face prin simpla deplasarespre st5nga a punctului zecimal al primului numr !e $aza acestei o$ser"aii, numrtorul de laieirea porii A/' este zecimal i nu $inar, iar durata aleas pentru timpul de msur tre$uie s fieuna din "alorile urmtoare. *++6s, *ms, *+ms, *++ms, *s, 7 , i nu o "aloare numeric oarecare naceste condiii, circuitul de mprire este nlocuit cu o logic ce tre$uie s semnalizeze unitatea demsur corect i poziia corect, pe afia2, a punctului zecimal Aceast logic este mult mai uor deimplementat n raport cu circuitul de mprire


3


3/27

Investete n OAMENI!

3.. Eroarea de msurare

'in cauza faptului c semnale digitalefxi TMsunt complet necorelate, ntre numrul perioadelorde intrare care acoper timpul de msur TMi numrul de impulsuriNX, din numrtor, poate existao diferen de 8* Aceast diferen induce o eroare de msur.

XN

*= (9)

sau, in5nd cont de relaia XXM TNT = , o$inem.

M

X

T

T= (-)

!entru a ilustra modul n care apare diferena de 8* dintreNX i TM, n figura 0 se prezint osituaie particular n care TMncepe puin naintea tranziiei 1i se termin imediat dup tranziia !"a semnalului de intrare /umrtorul se consider acti" pe tranziia negati" a semnalului de ceas naceast situaie, dei TM 9TXnumrtorul primete - tranziii negati"e ("ezi semnalul :), ceea cecorespunde lui NX;-

3ig0. Ilustrarea modului n care apare o diferen de ?*+@)

'in analiza relaiei (-) se pot trage c5te"a concluzii importante pentru etapa de proiectare. eroarea relati" poate fi redus prin creterea timpului de msurare TM% o eroare mic se o$ine pentru msurarea frec"enelor mari, captul superior al domeniului de

msur, unde TXare "alori reduse%

o eroare mare se o$ine pentru msurarea frec"enelor mici, captul inferior al domeniului demsur, unde TXare "alori crescute


4


4/27

Investete n OAMENI!

'in o$ser"aiile de mai sus tragem concluzia c cel mai dificil este s asigurm o eroareaccepta$il pentru captul din st5nga al fiecrui su$domeniu de msurare 'in acest moti", nproiectare, "erificarea condiiei de eroare se face pentru frec"ena cea mai mica a su$domeniului

(. Activit)"i *e &oiect'&e

!rincipalele etape ce tre$uie parcurse n proiectarea oricrui aparat sau ec#ipament electronicsunt%

sta$ilirea datelor iniiale de proiectare, n concordan cu specificaiilecerineleutilizatorului final al ec#ipamentului%

alegerea circuitelor de lucru i a te#nologiei de realizare (cu circuite discrete, cu

microprocesoare, cu 3!A, etc)% proiectarea sc#emei $loc, n concordan cu deciziile luate n etapele anterioare% proiectarea i simularea $locurilor componente din sc#ema $loc% "erificarea funcionrii sc#emei electrice finale% proiectarea ca$la2ului% proiectarea carcasei

4.1. Stabilirea datelor iniiale de proiectare

Sta$ilirea datelor de proiectare se face, de regul, n cola$orare cu utilizatorul final al produsuluice urmeaz a fi proiectat, sau ca urmare a unui studiu de pia

n cele ce urmeaz considerm c, la finalul acestei etape, au rezultat urmtoarele date iniiale deproiectare.

domeniul de msur . *++Bz ? *+MBz% eroarea maxim admisi$il. CmaxDEF; 8*E% afiarea rezultatului se face cu cel puin - cifre% se impune utilizarea exclusi" a circuitelor digitale SSI sau MSI% consum redus de energie electric%

4.2. Proiectarea schemei bloc

n proiectarea sc#emei $loc, punctul de plecare este sc#ema de principiu din figura *, ns aceastsc#em tre$uie completat pentru a rspunde cerinelor iniiale de proiectare, aa cum se prezint nta$elul de mai 2os.

Ce&i!") Ac"i#!e

Gimpul de msur TM tre$uiegenerat c5t mai exact (cu o eroarefoarte mic) pentru a nu afecta

precizia de msurare a frec"enei%

#aza de timp, format dintrun oscilator i un di"izor defrec"en, este responsa$il cu generarea lui TM!entru o $un sta$ilitate i precizie a lui TM, este a$solutnecesar ca oscilatorul s ai$ ca referin un cristal de

cuar de frec"en mare

4peraia de mprire dintreNXiTMtre$uie realizat c5t mai

Haloarea numeric a lui TMse alege ca fiind unsu$multiplu al unitii de timp (spre exemplu TM


5


5/27

Investete n OAMENI!

simplu pentru a reducecomplexitatea sc#emei

;*++s), i nu o "aloare numeric oarecare /umrtorul folosit pentru contorizarea impulsurilor

NXtre$uie s fie zecimal3rec"enmetrul tre$uie s poaturmrii e"entualele sc#im$ri alefrec"enei semnalului de intrare

!rocesul de msurare tre$uie s fie repetiti"

3rec"enmetrul tre$uie s afiezerezultatele finale i nu cele

pariale (n decurs de desfurare)

&ezultatul final se o$ine la sf5ritul timpului de msur TM,n numrtorul zecimal !entru a nu pierde un rezultat finalse procedeaz astfel.

ntre numrtor i $locul de afiare se introduce unregistru de memorien care se sal"eaz rezultatulfinal%

se introduce o logic de control care s comandetransferul informaiei din numrtor n registrul dememorie, dup care s comande tergereanumrtorului (n "ederea relurii unui nou procesde msurare)

n urma acestor cerine, adoptm sc#ema $loc din figura 9

3ig9. Sc#ema $loc a frec"enmetrului

a% &ta$ilirea capacitii ma'ime a numrtorului zecimal


6


6/27

Investete n OAMENI!

!entru determinarea capacitii maxime a numrtorului se ine cont de faptul c afia2ul are -cifre, deci cel mai mare numr ce poate fi afiat este /u are rost s lucrm cu un numrtormai mare de - decade deoarece informaia din el nu poate fi afiat

Aadar adoptm un numrtor zecimal cu - decade, caz n careNXmax;

$% &ta$ilirea su$domeniilor (i a timpilor de msur

!entru determinarea "alorii corecte pe care tre$uie s o ai$ timpul de msur, se pleac de laexpresia erorii de msur i se pune condiia ca aceasta s fie su$ cea impus prin datele iniiale de

proiectare&elaia (-), scris pentru frec"ena minim de intrare fxminde"ine.

MXM

X

TfT

T

min

max

max

*== (J)

'in relaia (J) deducem expresia lui TMca fiind.

maxmin

*

=

X

Mf

T (>)

!entru cea mai mic frec"en a domeniului de msurare. fxmin;*++Bz, o$inem.

sec*+*,+*++

**

maxmin

=

=

=

XM

fT (@)

'ac meninem aceast "aloare a lui TMi la frec"ena maxim fxmax;*+MBz, numrul impulsurilorce a2ung spre numrtor se calculeaz cu relaia.

impulsuriM)zfTT

TN XM

X

MM

@

max

min

*+*+sec* ==== (K)

Aceast "aloare este cu mult mai mare dec5t capacitatea numrtorului zecimal 'eoarece o

msurtoare corect se o$ine numai atunci c5nd numrtorul nu se umple, indiferent de "aloareafrec"enei msurate, este necesar s mprim domeniul de msur n su$domenii mai mici

!entru a sta$ili "alorile extreme ale fiecrui su$domeniu, se procedeaz astfel. din condiia de eroare maxim admisi$il se determin timpul de msur TM% din cerina ca numrtorul s nu se umple n inter"alul de timp TMse determin care este

"aloare maxim a su$domeniului respecti"

!roced5nd astfel, se o$in urmtoarele rezultate.

a) su$domeniul *.fm1;*++Bz


7


7/27

Investete n OAMENI!

sec*+*,+*++

**

max*

* =

=

=

mM

fT

*)z)zT

fM

M III,IIIII*

IIIIIIII

*

* ====

$) su$domeniul 0.fm;*+LBz

msf

Tm

M *+sec+*,++*,+*+*+

**9

max0

0 ==

=

=

+)zT

fM

M I,III*+*+

IIIIIIII9

0

0 =

==

c) su$domeniul 9.fm3;*MBz

smsf

Tm

M

*++*,++*,+*+

**>

max9

9 ==

=

=

M)zT

fM

M II,II*+*++

IIIIIIII>

9

9 =

==

n urma acestor calcule am o$inut urmtoarele rezultate.

su$domeniul * *++Bz ? ,LBz TM ; *secsu$domeniul 0 *++LBz ? ,LBz TM ; *+mssu$domeniul 9 *MBz ? ,MBz TM ; +,*ms

4.3. Proiectarea bazei de timp

aza de timp este format dintrun oscilator cu cuar i un lan de di"izoare de frec"en ce au carol generarea a trei semnale periodice,,1,,,,3, a cror durat de Nunu logicO este egal cu TM1, TM

respecti" TM3Semnalele,1, ,, ,3, se aplic comutatorului de selecie a su$gamei de msur, iar apoi, unul

dintre acestea a2unge la intrarea porii A/' de la intrarea numrtorului zecimal !e fiecare starelogic a semnalului selectat se execut o serie de aciuni.

pe Nunu logicO se deruleaz procesul de msurare a frec"enei% pe Nzero logicO se fac dou aciuni, n urmtoarea ordine.

rezultatului msurrii se transfer din numrtor n elementul de memorare% tergerea numrtorului n "ederea relurii msurrii

!entru oscilator, alegem un cuar cu frec"ena defosc- M)z, caz n care perioada semnaluluigenerat de oscilator are "aloarea Tosc-"/s


8


8/27


9/27

Investete n OAMENI!

*++*+

*

0

9

9 ===ms

s

T

T*

,

M

)z)z

*

ff ,, *

*++

*++

9

0

9 ===

n procesul de msurare a frec"enei este necesar ca durata de unu logic2a semnalelor de laieirea $azei de timp s fie 1s, 1ms respecti" 1s n realitate sc#ema din figura -, genereazsemnale de ieire care auperioada egal cu 1s, 1msrespecti" 1s

!entru a o$ine un semnal cu durata de Nunu logicO egal cu perioada semnalului de intrare, a"emne"oie de un di"izor de frec"en cu 0 =a prima "edere, un astfel de di"izor ar fi necesar pentrufiecare semnal,1, ,, ,3 'ar, a"5nd n "edere c n procesul de msurare se folosete un singursemnal din cele trei, este mai eficient s folosim un singur di"izor de frec"en, amplasat dupcomutatorul de selecie a gamei de msur, aa cum se arat n figura 9

3actorii di"izare *1-" *-1" *3-1 sunt prea mari ca s fie realizai cu un singurnumrtor, de aceea di"izoarele 0iv1, 0iv, 0iv3 tre$uie, la r5ndul lor, realizate pe $aza unordi"izoare mai mici ce pot fi realizate cu un singur numrtor, aa cum se arat n figura J

3igJ. Sc#ema $loc a $azei de timp, folosit pentru implementare

!entru implementarea celor dou di"izoare de frec"en cu 0, se poate folosi un circuit @-@-, ceconine 0 $ista$ile de tip ' !entru fiecare $ista$il se realizeaz o conexiune de la ieirea 3 laintrarea0" iar intrrile de Preset i 4lear se leag n permanen la unu logic, deoarece nu sunt

utilizate Modul de conectare precum i formele de und o$inute prin simulare sunt prezentate nfigura >


10


10/27

Investete n OAMENI!

3ig>. Sc#ema electric i formele und o$inute prin simulare pentru di"izorul de frec"en cu 0

!entru implementarea di"izoarelor de frec"en cu *+ exist mai multe soluii de implementare. utilizarea de circuite $inare pe - $ii, spre exemplu @-9, configurate astfel nc5t s lucreze ca

un numrtor zecimal% utilizarea de numrtoare zecimale, spre exemplu @-+, ce conin un singur numrtor n

capsul% utilizarea de numrtoare zecimale duale, spre exemplu @-9+, ce conin dou numrtoare

ntro singur capsul de circuit integrat

Rea mai $un soluie, din punct de "edere al reducerii complexitii sc#emei electrice, i implicit i a

ca$la2ului, const n folosirea de circuite @-9+, deoarece putem realiza un di"izor cu *++ folosind osingur capsula Modul de conectare i formele de und o$inute prin di"izare sunt prezentate nfigura @


11


11/27

Investete n OAMENI!

3ig@. Sc#ema electric i formele und o$inute prin simulare pentru di"izorul de frec"en cu *++

n realizarea sc#emei electrice a di"izorului cu *++, sau a"ut n "edere c5te"a aspecte ce in destructura intern a circuitului dar i aspecte ce in aplicaia de fa.

circuitul @-9+ conine dou numrtoare zecimale, toate intrrileieirile primuluinumrtor sunt precedate de cifra *, iar cele ce aparin celui deal doilea numrtorsunt precedate de cifra 0%

fiecare numrtor are o construcie intern mai aparte. primul $ista$il din structur nueste conectat intern la urmtorul%

realizarea unui di"izor de frec"en cu *+ este posi$il numai dac realizm o legturextern ntre ieirea 15i intrarea 14+#" respecti" ntre 0i 04+#6

pentru a o$ine un di"izor cu *++, cele dou di"izoare cu *+ tre$uie legate n serie.ieirea 10a primului numrtor se leag la intrarea de 4+5a celui deal doileanumrtor%

pentru di"izorul cu *++, intrarea de semnal este 14+5, iar ieirea este 0% intrrile de tergere 1478" 478, nefiind folosite, se leag la zero logic

Sc#ema electric a $azei de timp, ce pstreaz structura sc#emei $loc din figura J, este prezentat nfigura K Se o$ser" c di"izorul de frec"en cu 0++,0iv1, este realizat cu un $ista$il ', din capsula*, i dou numrtoare zecimale din capsula 0 'i"izoarele 0iv, 0iv3, au aceeai sc#emelectric i sunt implementate cu circuitele 9 respecti" - ltimul di"izor de frec"en cu 0, cel dedup comutatorul de selecie a su$gamei, este realizat cu cellalt $ista$il ' din circuitul *


12


12/27

Investete n OAMENI!

"$%&

"$%'

"$(R

2$%&

2$%'

2$(R

")&

")'

")$

")D

2)&

2)'

2)$

2)D

"

*

2

"+

"2

"*

#

+

,

"#

""

"0

U2 S.*#0

Fosc

"$%&

"$%'

"$(R

2$%&

2$%'

2$(R

")&

")'

")$

")D

2)&

2)'

2)$

2)D

"

*

2

"+

"2

"*

#

+

,

"#

""

"0

U# S.*#0

Fz"

"$%&

"$%'

"$(R

2$%&

2$%'

2$(R

")&

")'

")$

")D

2)&

2)'

2)$

2)D

"

*

2

"+

"2

"*

#

+

,

"#

""

"0

U* S.*#0

Fz#Fz2

ON

" 2 #

" 2 #

, + *

D/P#

"2

"2

""

"#

1

"0

U"2 S.**

34

2

#

"

,

+*

U" S.**

5 6cc +

5 6cc +

" 2

U+ S.*0*# *

U+2 S.*0*

R" *0 R2 *0

$" "00n+ ,

U+# S.*0*" 2

7tall 248z 8$*S$9#&S

5 6cc +

R###0

Div 1B

k = 100

Div 2

k = 100

Div 3

k = 100Div 1A

k = 2

Comutator de seetie

a su"#amei de masura

Osiator

$os = 2M%&

Div '

k = 2

3igK. Sc#ema electric complet a $azei de timp

4.4. Proiectarea nm!r!torli zecimal "i a blocli de memorare

/umrtorul zecimal are ca rol contorizarea impulsurilor ce trec prin poarta A/' pe durata deunu logic a timpului de msur selectat de comutatorul de su$game Am artat anterior c acestnumrtor are - decade, n consecin el poate fi implementat cu 0 circuite @-9+ conectate ca nfigura

n realizarea sc#emei electrice a numrtorului am inut cont de urmtoarele aspecte. pentru fiecare circuit sunt realizate legturi externe ntre ieirea 15 i 14+#"

respecti" ntre 0i 04+#6 intrrile de tergere ale tuturor numrtoarelor sunt legate mpreun pentru a o$ine o

funcionare unitar% toate cele - numrtoare sunt legate n serie, ieirea 10a primului numrtor se

leag la intrarea de 4+5a celui deal doilea numrtor

=a sf5ritul fiecrui inter"al de msur, coninutul numrtorului se sal"eaz n $locul dememorie, iar de aici, informaia este preluat de ctre $locul de afiare n $locul de memorie, pentrufiecare ieire a numrtorului, a"em ne"oie de un $ista$il0


13


13/27

Investete n OAMENI!

"$%&

"$%'

"$(R

2$%&

2$%'

2$(R

")&

")'

")$

")D

2)&

2)'

2)$

2)D

" * 2 "+

"2

"*

# + , "#

""

"0 -

U""S.*#-0

"$%&

"$%'

"$(R

2$%&

2$%'

2$(R

")&

")'

")$

")D

2)&

2)'

2)$

2)D

" * 2 "+

"2

"*

# + , "#

""

"0 -

U"2S.*#-0

"

2#

U"0 S.*01

:

$(%

"D

2D

#D

*D

+D

,D

D

1D

")

2)

#)

*)

+)

,)

)

1)

" ""

# * 1 "#

"*

"

"1

2 + , - "2

"+

",

"-

U"#S.*(S#

:

$(%

"D

2D

#D

*D

+D

,D

D

1D

")

2)

#)

*)

+)

,)

)

1)

" ""

# * 1 "#

"*

"

"1

2 + , - "2

"+

",

"-

U"*S.*(S#

TM

fx

Reset

Cod BCD

unitati

Cod BCD

zeci

Cod BCD

sute

Cod BCD

miiLoad

Cod BCD

unitati

Cod BCD

zeci

Cod BCD

sute

Cod BCD

mii

3ig. Sc#ema electric complet a numrtorului zecimal i a $locului de memorie

n sc#ema din figura , $locul de memorie este realizat cu circuitele de tip 9!7&399, pentru cprezint a"anta2ul c au K $ista$ili 0n fiecare capsul 'in punct de "edere funcional, circuitele:13i :1!se comport ca nite registre de memorie pe K $ii, cu intrare paralel i ieire paralelncrcarea paralel a registrului se face pe tranziia poziti" a semnalului de ceas 47+

!entru un comportament unitar al celor dou registre, intrrile de ceas se leag mpreun iformeaz intrarea de ncrcare paralel7oad, iar intrrile de "alidare a ieirilor ; , se leg la mas

pentru "alidarea continu a ieirilor

4.#. Proiectarea blocli de afi"are

locul de afiare are ca rol preluarea informaiei din $locul de memorare i prelucrareaacesteia n "ederea afirii, n format numeric, a "alorii msurate a frec"enei

&eamintim c sistemele de afiare a informaiei numerice pot fi de dou feluri. sisteme de afiare statice n care se folosete c5te un decodificator R'@ segmente

pentru fiecare cifr din afia2% sisteme de afiare dinamice n care se folosete un singur decodificator R'@

segmente, utilizat pe principiul times#aring pentru toate cifrele din afia2Afia2ele statice prezint deza"anta2ul unui consum energetic ridicat din cauza faptului c

toate cifrele sunt aprinse simultan


14


14/27

Investete n OAMENI!

Afia2ele dinamice, se caracterizeaz prin. consum energetic mai redus deoarece, n orice moment de timp, se lucreaz doar cu osingur cifr aprins%

timpul de acti"are (meninere aprins) al fiecrei cifre este de ordinul milisecundelor, ieste egal pentru toate cifrele%

cifrele afia2ului se aprind pe r5nd. un inter"al de timp cifra unitilor, urmtorul inter"alde timp cifra zecilor i aa mai departe p5n c5nd se a2unge la ultima cifr, dup care,

procesul se repet% dac trecerea de la o cifr la alta se face suficient de repede, oc#iul percepe ntreg afia2ul

ca fiind aprins Spre exemplu, pentru un afia2 cu - digii, frec"ena de trece de la o cifrla alta tre$uie s fie de cel puin 0++Bz (- cifre J+ Bz) Aceasta nseamn c fiecare

cifr este aprins un inter"al de timp egal cu (*0++)s;Jms

a% Proiectarea sc


15/27

Investete n OAMENI!

3ig *+ Sc#ema $loc a afia2ului dinamic cu - cifre

Granzistoarele pnp din figura *+ sunt folosite pe post de comutatoare electronice, elecupleaz sau decupleaz anodul comun al afia2elor la polului poziti" al tensiunii dealimentare

Granzistoarele lucreaz n regim de comutaie (regim special n care tranzistorul prezintdoar dou stri. tranzistor saturat ; contact electric nc#is, respecti" tranzistor $locat ;contact electric desc#is)

!entru modul de conectare al tranzistoarelor din figura *+, $locarea se face prin aplicareaunui unu logic n $az iar saturarea prin aplicarea unui zero logic n $az

'ecodificatorul 'R', are ca rol acti"area unei singure cifre din afia2, prin intermediultranzistoarelor T*?T- 'eoarece decodificatorul are ieirile acti"e pe zero logic, rezultc, n fiecare moment de timp, "om a"ea doar un singur tranzistor saturat iar restul "or fi

$locate Aceasta nseamn c numai un singur cifr din afia2 este conectat la populpoziti" al tensiunii de alimentare

&ezistenele &*+ &*9 au rol de protecie a 2onciunii U a tranzistoarelor, ele tre$uiecalculate astfel nc5t s permit intrarea n saturaie a tranzistoarelor

&ezistenele &* &@ au rol de limitare a curentului prin =U'urile afia2ului


16


16/27

Investete n OAMENI!

!entru a nelege modul de funcionare a sc#emei din figura *+, s presupunem c stareanumrtorului este 1 -1 n acest caz, putem face urmtoarele precizri.

'ecodificatorul $inar primete pe intrrile de selecie codul#5-1, situaie n care.

ieirea * se acti"eaz (trece n zero logic), determin5nd intrarea nconducie a tranzistorului T9, ceea ce are ca efect alimentarea afia2ului de

pe poziia zecilor%

restul ieirilor sunt inacti"e (se afl n starea de unu logic), ceea cedetermin $locarea tranzistoarelor T*, T0 i T-, i are ca efect lipsa dealimentare pentru cifrele de uniti, sute i respecti" mii%

Aadar, singurul afia2 ce primete tensiune poziti" de alimentare este cel de pe poziiazecilor

locul de multiplexare primete pe intrrile de selecie codul &1& -1. n acest caz, dincele patru coduri R' de intrare, este selectat codul aplicat pe intrrile >1 , ceea censeamn c este selectat codul corespunztor zecilor

'igitul de zeci este meninut aprins Jms, at5ta timp c5t dureaz o stare a numrtorului

=a urmtoarea tranziie poziti" a semnalului de ceas, starea numrtorului se sc#im$ ide"ine1 -1, ceea ce nseamn c se acti"eaz cifra de sute

Aa cum se arat i n figura *+, urmeaz acti"area miilor, a unitilor, iar apoi procesul se

reia

$% Proiectarea $locului de multiple'oare

n proiectarea acestui $loc funcional, pentru nceput, tre$uie s sta$ilim c5te multiplexoarene tre$uie i c5te intrri de date tre$uie s ai$ fiecare circuit !entru aceasta tre$uie s a"em n"edere urmtoarele aspecte.

numrul de circuite de tip MV este egal cu numrul de $ii din codul R', adic egalcu -, indiferent de numrul cifrelor din afia2%

numrul intrrilor de date pentru fiecare MV este egal cu numrul cifrelor din afia2%

n consecin, n aplicaia de fa a"em ne"oie de - circuite de tip MV-.* Aceste circuitetre$uie conectate astfel nc5t s se comporte ca i cum ar fi un singur multiplexor ce opereaz cu datede intrare exprimate pe - $ii Ru alte cu"inte, din cele - coduri #40de intrare, tre$uie selectat unulsingur i direcionat spre ieire 3uncionarea unitar a celor - MVuri se o$ine numai dac

primesc aceeai informaie de selecie 'in acest moti" intrrile de selecie, de ponderi egale, tre$uieconectate n paralel

n continuare, prin con"enie, tre$uie s atri$uim coduri $inare pe 0 $ii, pentru fiecare dincele - pac#ete informaionale de intrare Asocierea codurilor este prezentat n ta$elul ce urmez


17


17/27

Investete n OAMENI!

Co* *e +elec"ieS1S$

Co*#l %CD, *e i!t&'&e,

ce t&eb#ie +elect't

Ie-i&ile m#ltileo'&elo&

% & ' (

uniti u3 u u1 u

1 zeci z3 z z1 z

1 sute s3 s s1 s

11 mii m3 m m1 m

'in ta$elul anterior se constat c la intrrile unui MV tre$uie adui $iii de aceeai ponderedin cele - pac#ete informaionale de intrare Spre exemplu, pentru multiplexorul a crui ieire estenotat cu(, pe intrrile de date tre$uie conectai $iii cei mai puini semnificati"i ai pac#etelor deintrare. la intrarea>se aplic u% la>1se aplicz% la>se aplicsiar la intrarea>3se aplic m

'in cele prezentate p5n acum deducem c modul de conectare a celor - multiplexoare estecel prezentat n figura **

3ig ** Sc#ema de conexiuni pentru $locul de multiplexoare al afia2ului dinamic

n etapa urmtoare tre$uie s trecem de la sc#ema generic din figura ** la o sc#em electriccu circuite concrete !entru aceasta, este util s gsim circuite integrate care s conin mai multecircuite MV-.* ntro singur capsul n astfel de circuit are codul @-*J9, el conine 0 circuite

MV-.* ce folosesc n comun intrrile de selecie Modul de conectare a celor dou circuite @-*J9


18


18/27

Investete n OAMENI!

pentru a realiza $locul de multiplexare, se arat n figura *0 n aceast sc#em, intrrile de "alidare1; respecti" ;sunt acti"e n permanen prin conectarea lor la mas

& '":

"$0

"$"

"$2

"$#

2:

2$0

2$"

2$2

2$#

"9

29

"* 2 " , + * # "

+"0

""

"2

"#

-

U"+*"+#

& '":

"$0

"$"

"$2

"$#

2:

2$0

2$"

2$2

2$#

"9

29

"* 2 " , + * # "

+"0

""

"2

"#

-

U",*"+#

Cod BCD

unitati

Cod BCD

zeci

Cod BCD

sute

Cod BCD

mii

Cod

selectie

spre decodificatorul

BCD/7segmente

3ig *0 Sc#ema electric a $locului de multiplexoare

c% Proiectarea sc


19/27

Investete n OAMENI!

Se alege "aloarea standard de !"9@?, caz n care "aloarea frec"enei de"ine.

)z?osc 9>0*+@,--@+

K,+> =

=

ceea ce constituie o "aloare accepta$il pentru aplicaia de fa Sc#ema electric i rezultateleo$inute prin simulare sunt prezentate n figura *9

3ig *9 Sc#ema electric i formele de und pentru oscilatorul de relaxare

d% Proiectarea numrtorului pe $ii

/umrtorul $inar pe doi $ii este realizat dup o structur tipic de numrtor asincron, cua2utorul a doi $ista$ili0din capsula 9!9! Modul de conectare precum i formele de und o$inute

prin simulare sunt prezentate n figura *-


20


20/27

Investete n OAMENI!

3ig *- Sc#ema electric i formele de und pentru numrtorul $inar pe 0 $ii

e% Proiectarea sc


21/27


22/27

Investete n OAMENI!

Sc#im$area gamei de msur presupune modificarea "alorii timpului de msur n cazul nostru,alegerea su$gamei de msur este ec#i"alent cu selectarea unuia din semnalele ,1" ," ,3spre a fidiri2ate spre poarta A/' de la intrarea numrtorului zecimal

Metoda de selectarea a semnalelor ,1" ," ,3$azat pe conducia lor prin comutatorul de selectare,aa cum sa prezentat n figura K, nu este con"ena$il mai ales n proiectarea logicii de comand a

punctelor zecimale din $locul de afia2

4 alt posi$ilitate ar fi ca semnalelor ,1" ," ,3s fi trecute prin circuite logice (alese n modcon"ena$il) i nu prin comutatorul de selecie a gamei !entru acest caz, poziia comutatorului deselecie a gamei 2oac rol informaional (arat care este semnalul ce tre$uie selectat dar nulconduce)

!entru comutatorul de selecie al su$gamei, alegem un comutator rotati" cu 9 poziii. cele trei intrrisunt conectate prin rezistene la 1-P* " >-P0 " >3-P9 iar>- +deoarece nu este selectat niciodat

St'&e com#t'to'&e*e i!t&'&eG1 G2 G$

Co*#l *e +elec"iee&ce#t *e MU/0S2S1 G1G2

Sem!'l#l *e i!t&'&ece t&eb#ie +elect't

I!t&)&ile *e *'te 'leMU/

$ 1 1 1-1 P* >1-P*

1 $ 1 1- P0 >-P0

1 1 11-3 P9 >3-P9

4elelalte com$inaiide intrare nu apar B B >-+

Sc#ema electric a $locului de selecie a timpului de msur este prezentat n figura *> 3acemprecizarea c circuitul etic#etat0iv!, este preluat din figura K i este introdus din moti"ele ce au fostprezentate la proiectarea $azei de timp


23


23/27

Investete n OAMENI!

ON

"2#

"2#

,+*

D/P#

"2

R+0">

R+"">

R+2">

5 6$$ +

&

'

":

"$0

"$"

"$2

"$#

2:

2$0

2$"

2$2

2$#

"9

29

"*

2

"

,

+

*

#

"+

"0

""

"2

"#

U+0 *"+#

"2

""

"#

1

"0

U"2 S.**

556cc +

Z1

Z2

Z3

TM

Bloc selectie gam de msur

Comutator selectie

gam de msur Zsel

G1

G2

G3

Div

!" 2

3ig *> Sc#ema electric a $locului de selecie a su$gamei de msur

&ezultatul msurrii (numrul de impulsuri Nx) este preluat din numrtor, la sf5ritul fiecruiinter"al de msur TM 'eoarece ntre frec"ena semnalului de intrare,fX, i numrul de impulsuri,

Nx, exist relaia.

M

XX

T

Nf = (W)

constatm c rezultatul ce tre$uie afiat nu esteNx, ciNxmprit la TM

Am art anterior c operaia de mprire poate fi e"itat dac alegem "aloarea lui TMca fiind unsu$multiplu al unitii de timp n aceast situaie, mprirea este ec#i"alent cu o deplasare a"irgulei, un numr con"ena$il de poziii n consecin, afiarea frec"en ei nseamn afiarea luiNx

plus afiarea "irgulei pe o poziie corect !oziia "irgulei, precum i unitatea de msur ce tre$uieafiat pentru fiecare su$gam, se deduc din ta$elul urmtor


24


24/27

Investete n OAMENI!

G1 G2 G$ S#b3'm' S#b*ome!i#l Pm P+ P4 56 5m

1 1 > *++Bz ? ,LBz * + + * +

1 1 >> *++LBz ? ,LBz + + * * +

1 1 >>> *MBz ? ,MBz + * + + *

4elelalte com$inaii

de intrare nu apar

B BW W W W W

n ta$elul anterior, am notat prin.Pm+ Ps+ Pzsemnalele de comand necesare aprinderii "irgulei dupcifra de mii, de sute respecti" de zeci !e de alt parte, prin ,-+,mam notat semnalele de comand

pentru aprinderea =U'urilor ce indic unitatea de msur. *)zrespecti"M


25/27

Investete n OAMENI!

n proiectarea sc#emei electrice a 474Bului din figura *@ se constat c a"em ne"oie de 9 in"ersoareAceste in"ersoare se pot lua din capsula 0+, de tip @-*-, din care sau folosit doar 0 in"ersoare dincele > disponi$ile ("ezi figura *J) 3aptul c in"ersoarele rmase disponi$ile din capsula 0+ sunt detip trigger Sc#mitt nu constituie nicio pro$lem n aplicaia de fa Aceast utilizare a in"ersoarelorrmase disponi$ile din 0+, ne permite s reducem cu o unitate numrul de circuite integratenecesare n proiect

ltima component a logicii de control se refer la o$inerea semnalelor de comand pentruncrcarea registrului de memorie, respecti" tergerea numrtorului Aceste aciuni sunt declanatela terminarea impulsului de msur TMi tre$uie executate exact n ordinea n care au fost prezentaten proiectarea acestei pri tre$uie s inem cont de urmtoarele aspecte.

ncrcarea paralel a circuitelor @-=S9@@, din registrul de memorie, se face pe frontul poziti"al semnalului de ceas%

tergerea circuitelor @-=S9+, folosite n implementarea numrtorului zecimal cu - decade,se execut pe ni"elul de unu logic al semnalului aplicat pe intrarea de reset

4 sc#em foarte simpl de generare a semnalelor necesare pentru ncrcarea registrului dememorie, respecti" tergerea numrtorului, este prezentat n figura *K n aceast figur se constatc am$ele semnale sunt generate din TM Romanda de ncrcare paralel, 7oad, se o$ine prinin"ersarea i nt5rzierea cu un timp de propagare a semnalului TM n acest fel a"em sigurana cfrontul poziti" al semnalului 7oad apare dup terminarea prii acti"e a timpului de msurRomanda de tergere a numrtorului se o$ine din comanda de ncrcare paralel prin nt5rziere cudoi timpi de propagare

U+"*"*

U

+"2*"*

U+"#*"*

TM

Load

Reset

3ig *K Sc#ema logic i diagramele de timp pentru generarea semnalelor de =oad, respecti" &eset

Aceast a$ordare prezint a"anta2ul c necesit un numr mic de pori dar prezint deza"anta2ul cscurteaz timpul de msur cu circa 9 timpi de propagare A"5nd in "edere c cei 9 timpi de


26


26/27

Investete n OAMENI!

propagare nseamn aproximati" 9+ns, iar cel mai mic timp de msur este de 1s, putem trageconcluzia c eroarea de msur introdus de acest mod de lucru este nesemnificati"

4.. Proiectarea schemei electrice finale

ltima etap a procesului de proiectare const n asam$larea sc#emelor electrice ce aparin$locurilor funcionale 'eoarece $locurile funcionale sunt proiectate separat, n etapa de asam$larepot exista pro$leme legate de interfaare n unele aplicaii exist posi$ilitatea de a reducecomplexitatea unor $locuri funcionale prin utilizarea unor semnale ce aparin unor $locuri proiectateanterior 'in cele prezentate rezult c Nasam$larea sc#emei finaleO nu este un simplu proces de

alipire a sc#emelor ce au fost proiectate separat (de multe ori n momente diferite de timp) estenecesar o analiz atent pentru a reduce complexitatea sc#emei i pentru a menine compati$ilitateantre componentele structurale

n cazul de fa, la realizarea sc#emei electrice finale, am folosit.

pentru $aza de timp am folosit sc#ema din figura K, cu excepia componentelor ce inde selecia domeniului de msurare%

pentru numrtorul zecimal i $locul de memorie am folosit, integral, sc#ema dinfigura %

pentru $locul de afiare dinamic am folosit doar o parte din sc#ema prezentat n

figura *J 'in aceast sc#em am renunat la oscilatorul de relaxare i la numrtorul$inar pe 0 $ii Acest lucru a fost posi$il deoarece am identificat semnale similarecelor necesare pentru acti"area cifrelor din afia2, n $aza de timp !ractic, n loculcelor dou semnale de la ieirea numrtorului $inar pe 0 $ii, am preluat semnalul,(de la ieirea lui0iv) i semnalul 15de la ieirea numrtorului notat cu 'i" 9!rin aceast aciune, frec"ena de comutare a cifrelor din afia2 crete de la 9K+ Bz, la*+++Bz Aceast cretere nu influeneaz n ru funcionarea $locului de afiare, ncondiiile n care cerina de proiectare era ca frec"ena de comutare s fie peste0++Bz Aceast modificare ne permite s facem o economie de 0 circuite integrate nsc#ema electric final a frec"enmetrului (circuitul @-*-, respecti" circuitul @-@-)

locul de selecie a gamei de msur este preluat din figura *>, su$ form integraln acest punct tre$uie menionat c $ista$ilul ', necesar realizrii lui 0iv!, estepreluat din aceeai capsul din care pro"ine i $ista$ilul ' folosit n 0iv15!roced5nd astfel, e"itm utilizarea unui alt circuit de tip @-@-

!entru logica de control responsa$il cu aprinderea punctelor zecimale din afia2precum i a =U'urilor folosite pentru semnalizarea unitii de msur, am folosit, ntotalitate, sc#ema din figura *@

!entru logica de control responsa$il cu generarea semnalelor de comand pentruncrcarea registrului de memorie, respecti" tergerea numrtorului, am folosit, ntotalitate, sc#ema din figura *K 3acem precizarea c cele 9 in"ersoare necesare n

aceast parte a sc#emei pro"in din capsula @-*- ce a fost folosit parial $loculprezentat anterior


27


27/27

Investete n OAMENI!

Sc#ema electric final a frec"enmetrului este prezentat n figura *

"$%&

"$%'

"$(R

2$%&

2$%'

2$(R

")&

")'

")$

")D

2)&

2)'

2)$

2)D

U2 S.*#0

Fosc

"$%&

"$%'

"$(R

2$%&

2$%'

2$(R

")&

")'

")$

")D

2)&

2)'

2)$

2)D

U# S.*#0

Fz"

"$%&

"$%'

"$(R

2$%&

2$%'

2$(R

")&

")'

")$

")D

2)&

2)'

2)$

2)D

U* S.*#0

Fz#Fz2

U" S.**

5 6cc +

U+ S.*0*U+2 S.*0*

R" *0 R2 *0

$" "00n

U+# S.*0*

7tall 248z 8$*S$9#&S

5 6cc +

R##

#0

"$%&

"$%'

"$(R

2$%&

2$%'

2$(R

")&

")'

")$

")D

2)&

2)'

2)$

2)DU

""S.*#-0

"$%&

"$%'

"$(R

2$%&

2$%'

2$(R

")&

")'

")$

")D

2)&

2)'

2)$

2)DU

"2S.*#-0

U"0 S.*01

:

$(%

"D

2D

#D

*D

+D

,D

D

1D

")

2)

#)

*)

+)

,)

)

1)

U"#S.*(S#

:

$(%

"D

2D

#D

*D

+D

,D

D

1D

")

2)

#)

*)

+)

,)

)

1)

U"*S.*(S#

& '":

"$0

"$"

"$2

"$#

2:

2$0

2$"

2$2

2$#

"9

29

U"+*"+#

& '":

"$0

"$"

"$2

"$#

2:

2$0

2$"

2$2

2$#

"9

29

U",*"+# '/R'O

R'/

(3

&

'

$

D

a

56$$ +

U"2 S.**

5 6$$ +

R+0 *0

R+" ">

R+2 ">

ON

"2#

D/P#

"2

&

'

":

"$0

"$"

"$2

"$#

2:

2$0

2$"

2$2

2$#

"9

29

U+0 *"+#

U20# *"*

U20* *"*

U20+ *"*

R+ *0(ED>8z $)7#+&

(ED48z $)7#+&

U20, *"*

U20*"*

U202*"*

F/.

Div 1B

k = 100

Div 2

k = 100

Div 3

k = 100Div 1A

k = 2

Comutator de seetie

a su"#amei de masura

Osiator

$os = 2M%&

Intrarea

de masura

Reset

Cod BCD

unitati

Cod BCD

zeci

Cod BCD

sute

Cod BCD

mii Load

Cod

selectie

Div '

k = 2

TM

TM

Zsel

Z1

Z2Z3

G1

G2

G3

Mii Sute Zeci nitati

Reset

3ig * Sc#ema electric final a frec"enmetrului

Proiect co finanat din Fondul Social European prin 28

Indrumator Practicor Frecventmetru

Documents

Transcript of Indrumator Practicor Frecventmetru