Т а б л и ц а 2.1

Имени Владимира Даля

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению курсового проектирования

по дисциплине

ЭЛЕКТРОНИКА И

МИКРОСХЕМОТЕХНИКА”

Луганск 2008

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ВОСТОЧНОУКРАИНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени Владимира Даля

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению курсового проектирования

по дисциплине

“Электроника и микросхемотехника”

(для студентов направления подготовки 6.050202 «Автоматизация и компьютерно-интегрированные технологии»)

У Т В Е Р Ж Д Е Н О

на заседании кафедры А и КИТ

Протокол № __ от _________

Луганск 2008

УДК 681.5.01

Методические указания к выполнению курсового проектирования по дисциплине “Электроника и микросхемотехника” (для студентов направления подготовки 6.050202) / Сост. О.В. Малахов - Луганск: ВНУ им. В. Даля, 2008.- с.

Рассмотрены вопросы курсового проектирования электронных устройств. Даны рекомендации по разработке основных разделов проекта и его оформлению, приводятся справочные данные, список рекомендуемой литературы.

Составитель О.В. Малахов, доц.

Отв. за выпуск О.В. Малахов, доц.

Рецензент

I. Цель курсового проектирования

Целью курсового проектирования является получение навыков применения полученных в результате изучения дисциплины знаний для решения инженерной задачи по разработке блоков логического и программного управления аналоговых и цифровых устройств.

В результате выполнения курсового проекта студенты должны:

· получить навыки проектирования и расчета электронных устройств технологического оборудования;

· углубить и закрепить знания, приобретенные при изучении курса;

· научиться пользоваться научно-технической литературой, справочниками по радиоэлектронным элементам и интегральным микросхемам и другой документацией, необходимой при разработке электронных устройств.

II. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Разработать цикловую систему управления для 5 исполнительных устройств (гидроцилиндр, пневмоцилиндр, электродвигатель и т.д.). Система управления должна обеспечивать определенную последовательность срабатывания устройств (табл.2.1). Для синтеза системы необходимо расставить датчики обратной связи, разработать логическую схему работы, рассчитать усилители управляющих сигналов, узлы оптронной развязки.

Исходные данные для разработки цикловой системы управления.

Т а б л и ц а 2.1

№ варианта	Последовательность Срабатывания Исполнительных устройств	№ варианта	Последовательность Срабатывания исполнительных устройств
	Þ1,2,3,(4,5) Ü(5,4),(3,2,1)		Þ(1,2,3,4,5) Ü4,5,3,1,2
	Þ(1,2,3),4,5 Ü1,2,(3,4),5		Þ1,2,3,4,5 Ü5,4,3,2,1
	Þ1,2,(3,4),5 Ü1,(2,3),(4,5)		Þ(1,2),5,3,4 Ü5,(3,4),(1,2)
	Þ(1,2,3,4),5 Ü1,2,3,4,5		Þ1,2(3,4),5 Ü(1,2),3,4,5
	Þ1,2,3,(4,5) Ü(1,2),3,4,5		Þ1,2,3,(4,5) Ü(1,3),4,5,2
	Þ1,(2,3,4,5) Ü(1,2),(3,4,5)		Þ3,2,(1,4),5 Ü5,4,(1,2,3)
	Þ(1,2),(3,4,5) Ü1,2,3,(4,5)		Þ5,4,3,(2,1) Ü(1,3),5,(2,4)
	Þ1,2,(3,4,5) Ü(1,2,3,4),5		Þ1,3,4,(5,2) Ü1,2,(3,4),5
	Þ1,2,3,4,5 Ü(1,2),3,4,5		Þ(4,3,2),1,5 Ü3,2,1,(5,4)
	Þ(1,2,3,4),5 Ü(1,2),(3,4,5)		Þ5,(1,2),(3,4) Ü2,3,5,(4,1)
	Þ1,2,(3,4,5) Ü(1,2,3),(4,5)		Þ3,4,5,(1,2) Ü3,4,2,(1,5)
	Þ(1,2,3,4),5 Ü1,2,3,4,5		Þ3,(5,2),(1,4) Ü(2,3),1,5,4
	Þ1,5,3,(4,2) Ü(1,2),(3,4),5		Þ3,2,(1,5,4) Ü(5,3),2,4,1
	Þ1,2,3,4,5 Ü1,(2,3,4),5		Þ(2,3),1,(5,4) Ü5,(3,4,1),2
	Þ5,1,2,3,4 Ü(1,2),(3,4),5		Þ3,(2,5),(4,1) Ü(2,5),1,4,3

Примечание: расшифровка 1-го варианта следующая: сначала последовательно, один за другим включаются первое, второе, и третье исполнительные устройства (ИУ), затем одновременно четвертое и пятое ИУ. Затем идет выключение и возвращение в начальное положение ИУ: сначала одновременно пятое, четвертое ИУ, затем одновременно третье, второе и первое ИУ.

Исходные данные для проектирования усилителей управляющих сигналов

Т а б л и ц а 2.2

№ вари- анта	U питания концевых датчиков, В	U питания электромагнитов, В	I срабатывания электромагнита, А	№ вари- анта	U питания концевых датчиков, В	U питания электромагнитов, В	I срабатывания электромагнита, А
		= 24	0,2			~ 110	0,2
		= 24	0,3			~ 110	0,3
		= 24	0,4			~ 110	0,4
		= 24	0,5			~ 110	0,5
		= 24	0,6			~ 110	0,6
		= 24	0,7			~ 110	0,7
		= 48	0,8			~ 110	0,8
		= 48	0,9			~ 110	0,9
		= 48				~ 110
		= 48	1,1			~ 110	1,1
		= 48	0,5			~ 110	1,2
		= 48	0,6			~ 110	1,3
		= 48	0,7			~ 110	1,4
		= 48	0,8			~ 110	1,5
		= 48	0,9			~ 110	1,6

Примечание: управление электромагнитами с напряжением питания 24 В осуществлять транзисторными ключами на биполярных транзисторах, 48 В – ключами с применением полевых транзисторов, 110В переменного тока – симисторными или тиристорными схемами, твердотельными реле. Применение оптронной развязки по входам и выходам обязательно.

III. ПОДГОТОВКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ И ПОРЯДОК ЕГО ВЫПОЛНЕНИЯ

Курсовое проектирование складывается из трех основных этапов:

3.1. Первый этап. Подготовка к выполнению проекта. Подготовка к выполнению проекта заключается в изучении лекционного материала, закреплении полученных знаний при помощи работы с литературой.

3.2. Второй этап. Выполнение курсового проектирования. Рекомендуется следующая последовательность действий:

3.2.1. Изучение задач, решение которых предусматривается в данном курсовом проекте.

· Расстановка датчиков обратной связи.

Система управления составлена из пяти исполнительных устройств, приводимых в действие концевыми выключателями (датчиками крайних положений) так, что для предлагаемой схемы работы:

все исполнительные устройства в левой части включены, в правой части – выключены. Скобки обозначают одновременное движение исполнительных устройств.

Принимаем обозначения:

Н_i – датчик начального положения исполнительного устройства i (i = 1…5);

К_i – датчик конечного положения исполнительного устройства i (i = 1…5);

0 – активное состояние датчика.

В рассматриваемом варианте вначале последовательно включается все шесть устройств, и когда последнее из них займет крайнее правое положение затем 2, 3, 4 и 5. Когда 5 устройство займет левое положение – левые концевые датчики будут выключены, а правые включены. После этого начинается обратный ход устройств.

Обратно двигаются вначале 1 устройство, затем 2,3 и 4 вместе, в последнюю очередь отключаются устройство 5. Далее цикл повторяется.

· Разработка логической схемы работы системы управления.

При включении системы нажатием кнопки “Пуск” происходит включение исполнительных устройств в определенной очередности. Так, после подачи сигнала на включение устройства 1, подлежит проверке завершенность этапа включения (К ₁ = 0: устройство 1 включено), и далее можно переходить к включению 2-го устройства и т.д. (рис. 1, а).

Рис. 1. Логическая схема управления работой исполнительных механизмов

Выключение происходит по такому же алгоритму, но теперь проверяются датчики начального положения исполнительных устройств. Например, сначала выключаются одновременно 2,3 и 4 устройства, затем после проверки Н ₂+ Н ₃+ Н ₄ = 0, – устройства 2,3 и 4 выключены и под конец – устройство 5 (рис. 1, б).

Так как система работает в цикле, то после ее выключения порядок работы сохраняется неизменным.

3.2.2. Составление алгоритма, формализующего поставленную задачу синтеза комбинационной электрической схемы.

3.2.3. Обзор существующих способов и выбор элементной базы для проектирования электрической схемы.

3.2.4. Разработка принципиальной электрической схемы системы управления. Особое внимание рекомендуется уделить мерам, снижающим воздействие электромагнитных помех, вызванных работой мощных электрических цепей промышленного оборудования, на работу разрабатываемой системы. Также необходимо предусмотреть цепи, блокирующие работу схемы при нештатных режимах работы с целью предотвращения производственного травматизма обслуживающего персонала.

Рис.2. Принципиальная электрическая схема системы управления

Помимо ранее указанных датчиков крайних положений исполнительных механизмовсистема управления включает: логические элементы в виде триггеров DD1.1, DD1.2, DD2.1, DD2.2, DD3.1, DD3.2; триггера возврата DD4.1, используемого для устранения запрещенного состояния RS триггеров при переключении с прямого хода механизмов на обратный; бесконтактные ключи приведения в действие исполнительных механизмов в виде, например, гидроцилиндров.

Согласно логической схеме (см. рис.1) при нажатии на кнопку “Пуск” происходит подача сигнала на включение устройства 1: управляющий сигнал низкого уровня поступает на S-вход триггера DD1.1 который посредством бесконтактного ключа запускает первый гидроцилиндр.

Далее после того как устройство 1 переместится в свое конечное положение, замыкается датчик К ₁ (К ₁ = 0 указывает на то, что устройство 1 находится в конечном положении) и управляющий сигнал подается на S-вход DD2.1 для приведения в действие второго исполнительного устройства, после чего следует контроль выполнения этой операции и т.д. по установленной схеме порядка работы механизмов. При необходимости включить два или более устройств, управляющий сигнал подается одновременно на соответствующие входы их триггеров.

После перемещения последнего силового механизма управляющий сигнал с концевого датчика К ₆ поступает на S -вход триггера DD4.1, который снимает сигналы низкого уровня с S входов триггеров DD1.. DD3 для устранения запрещенного состояния триггеров и обеспечивает возможность их отключения. Отключение происходит по такому же принципу как и включение, с отличием в том, что контролируется возвращение устройств в исходное положение замыканием датчиков Н₁ …Н₆ и сигнал низкого уровня подается не на S -, а на R -входы триггеров, за счет чего они сбрасываются и на их выходах Q устанавливается логический ноль. Отключение последних устройств (в данном примере гидроцилиндра 5) приводит к появлению сигнала низкого уровня через замкнутые контакты К₅ и К₆ на S входе триггера DD4.1 и сбрасывает его. Сигнал низкого уровня с выхода

3.2.5. Расчет режимов работы и параметров электрических цепей. В частности, в обязательном порядке рассчитываются входные и выходные цепи, выполненные с применением средств оптоэлектроники, транзисторные ключи, тиристорные и симисторные силовые цепи.

3.2.6. Подведение итогов выполненной работы.

3.2.7. Оформление листов графического материала и пояснительной записки.

3.3. Третий этап. Защита курсового проекта. Курсовой проект в сроки, предусмотренные графиком, установленным кафедрой представляется студентом к защите на рассмотрение комиссии в составе, утвержденном кафедрой.

IV. ОБЪЕМ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Курсовой проект состоит из графической части и расчетно-пояснительной записки. В пояснительной записке должны быть освещены все основные вопросы, проработанные при синтезе принципиальной схемы системы управления со всеми необходимыми расчетами.

Записка должна содержать не менее 20 страниц текста с необходимыми таблицами, графиками, и др. Содержание пояснительной записки должно быть конкретным и непосредственно отражать сущность проработанных в курсовом проекте вопросов. Описание тем, не относящихся к данному курсовому проекту, не допускается.

V. СОДЕРЖАНИЕ РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ

ЗАПИСКИ

Расчетно-пояснительная записка должна включать:

5.1 Заполненный и утвержденный бланк задания на курсовое проектирование.

5.2 Реферат.

5.3 Оглавление.

5.4 Введение (1-2 стр.), в котором рассматривается общие вопросы о состоянии и перспективах развития электроники, излагаются цели и задачи данного курсового проекта.

5.5 Составление алгоритма работы (2-3 стр.). В этом разделе описывается последовательность работы исполнительных устройств системы, производится анализ, формулируется задание для синтеза комбинационной схемы.

5.6 Описание элементной базы (3-5 стр.), выбранной для реализации комбинационной схемы.

5.7 Описание принципиальной схемы блока управления (3-5 стр.).

5.8 Расчет режимов работы узлов электронной схемы блока управления (3-4 стр.), в т.ч. транзисторных ключей, узлов оптронной развязки входов и выходов и т.д.

5.9 Заключение по проекту (1-2 стр.), содержащее основные итоги и выводы.

5.10 Список использованной литературы.

5.11 Приложения. Спецификации к принципиальным схемам.

VI. ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА

Включает следующие чертежи:

6.1 Алгоритм работы системы управления (1,0 л. формат А2) в котором необходимо отобразить заданную для Вашего варианта последовательность работы исполнительных устройств и блок-схему алгоритма работы.

6.2 Принципиальная схема блока управления (1,0 л. формат А1).

ЛИТЕРАТУРА

Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: Пер. с англ. – Изд. шестое. М. Мир, 2001. – 704с. ил.

Прянишников В.А. Электроника: Курс лекций, – 2-е изд. исп. И под. – СПб.: КОРОНА принт, 2000. – 416с.

Забродин Ю.С. Промышленная электроника.-М.:Высш.шк.,1982. – 496 с.

Основы промышленной электроники. Руденко В.С. и др. – К.: Вища шк.,1985. – 400 с.

Микроэлектроника. В 9 кн./Под ред. Л.А.Коледова. –М.:Высш. шк.,1987.

Гальперин М.В. Практическая схемотехника в промышленной автоматике. – М.: Энергоатомиздат, 1987. - 320 с.

Алексеенко А.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника /Под ред. И.П.Степаненко. -М.: Радио и связь, 1982. - 416 с.

Расчет электронных схем. Примеры и задачи /Г.И.Изъюрова и др. – М.: Высш.шк., 1987. - 335 с.

Электронные промышленные устройства /В.И.Васильев и др. – М.: Высш.шк., 1988. – 303 с.

Корнейчук В.И., Тарасенко В.П. Вычислительные устройства на микросхемах: Справочник. – К.: Технiка, 1988. - 351 с.

Интегральные микросхемы: Справочник / Б.В.Тарабрин и др. – М.: Энергоатомиздат, 1985. - 528 с.

Полупроводниковые приборы: транзисторы. Справочник / Под ред. Н.Н.Горюнова. – М.: Энергоатомиздат, 1986. - 904 с.

Бирюков С.А. Применение интегральных микросхем серий ТТЛ. – М.: Патриот, 1992. – 120 с.

Тули М.Справочное пособие по цифровой электронике. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 176 с.

Проектирование импульсных и цифровых устройств радиотехнических систем / Под ред. Ю.М. Казаринова. – М.: Высш. шк., 1985. – 319 с.

Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах –Л.: Энергоатомиздат, 1988. – 304 с.

Применение интегральных схем. В 2-х кн. /Под ред. А.Уильямса. – М.: Мир, 1987. - 432 с.

Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника / Под ред. В.А. Лабунцова. - М.:Энергоатомиздат, 1988, - 320 с.

Воробьев Н.И.Проектирование электронных устройств. - М.: Высш. шк., 1989. - 223 с.

Разработка и оформление конструкторской документации радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Э.Т.Романычева и др. –М.: Радио и связь, 1989. - 448 с.

Скаржепа В.А. и др. Электроника и микросхемотехника. В 4-х кн. – К.: Вища шк., 1989.

Остапенко Г. С. Усилительные устройства. – М.: Радио и связь, 1989. – 400 с.

Быстродействующие интегральные микросхемы ЦАП и АЦП и измерение их параметров / А.К.Марцинкявичус и др. – М.: Радио и связь, 1988. – 224 с.

Ерофеев Ю.Н. Импульсные устройства. - М.: Высш.шк.,1989. -527 с.

Зубчук В.И. и др. Справочник по цифровой схемотехнике. – К.: Технiка, 1990.-448 с.

Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. – М.: Высш.шк.,1991. 622 с.

Микроэлектронные устройства автоматики. – М.: Энергоатомиздат, 1991. - 384 с.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению курсовогопроектирования по дисциплине

«Электроника и микросхемотехника»

(для студентов направления подготовки 6.050202 «Автоматизация и компьютерно-интегрированные технологии»)

Составитель Олег Владимирович МАЛАХОВ

Редактор _____________

Техн. редактор _____________

Оригинал-макет _____________

Подписано в печать _________

Формат 60´80 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура Times.

Печать офсетная. Усл.печ.л.___ Усл.кр.-отт.___ Уч.-изд.л._____

Тираж 20 экз. Издат.№_______ Заказ ___ Цена договорная.

Издательство

Восточноукраинского национального университета

имени Владимира Даля

91034, г. Луганск, кв.Молодежный, 20а.

Адрес редакции: 91034, г.Луганск, кв.Молодежный, 20а.

Телефон: 8 (0642) 46-13-04. Факс 8 (0642) 46-13-64

E-mail: [email protected]