Universitatea dinCraiovaFacultatea de Inginerie in Electromecanica, Mediu si Informatica Industriala

PROIECTELECTRONICA DIGITALA

AUTOMAT SECVENTIAL SINCRON SECVENTA: 04517

Profesor coordonator: prof. univ. dr. ing. Dan MIHAI

Student: MEMU Florinel-Elvis Grupa: 12304 B2009 - 2010

Circuitele digitale folosite in cadrul proiectului vor fi din categoria CMOS, alimentate la 12 V. Sursa de alimentare folosita este o sursa in comutatie, produsa de Mean Well, stabilizata la 12 Vcc, 1.25 A cu protectie la scurt-circuit, avand o plaja de alimentare foarte mare 85-264 Vca si frecventa de alimentare 47-63 Hz.

Pentru ciclul descris prin secventa 0-4-5-1-7, diagrama de stari este:4 100 0 5 000 101

111 7

001 1

Etapele de lucru: Proiectarea blocului secventiator (BS) Proiectarea blocului de comenzi (BC) Proiectarea generatorului de impulsuri cu frecventa variabila (GIFV) Proiectarea blocului de vizualizare (BV)

Schema bloc a proiectului:

SA

GIFV

BC

BS

DR

BV

2

1. Proiectarea Blocului Secventiator (BS): Secventiatorul sau generatorul de etape este elementul central al proiectului. Acesta trebuie sa genereze secventa personalizata 04517. BS este sintetizat cu bistabile J-K conectate intre ele prin porti logice dupa functiile deduse din secventa 04517.

CBB tip J-K: Tabel de adevarJ 0 0 0 0 1 1 1 1 K 0 0 1 1 0 0 1 1 Q(t) 0 1 0 1 0 1 0 1 Q(t+1) 0 1 0 0 1 1 1 0

CBB tip J-K: Tabel de intrari necesare pentru a obtine comutarile doriteQ(t) 0 0 1 1 inital Q(t+1) 0 1 0 1 final J K 0 X 1 X X 1 X 0 intrari

Tabela de succesiune a starilor pentru secventa 04517:C 0 1 1 0 1 0 B 0 0 0 0 1 0 A 0 0 1 1 1 0 Jc 1 X X 1 X Kc X 0 1 X 1 Jb 0 0 0 1 X Kb X X X X 1 Ja 0 1 X X X Ka X X 0 0 1

Din tabela de succesiune a starilor se va extrage cate o diagrama KV pentru fiecare intrare de bistabil, rezultand astfel 4 functii logice minimizate:3

Diagrame KV: Intrare Jc:A

Intrare Kc:C B 0 0 X X 0 1 Y Y 1 1 Y 1 1 0 0 1

Jc=1 , se leaga la +Vcc

0 1

Kc = A Intrare Jb:A 0 1 Jb = A C B 0 0 0 1 0 1 Y Y 1 1 Y X 1 0 0 0

Intrare Kb: Kb =1 , se leaga la +Vcc

Intrare Ja:A 0 1 C B 0 0 0 X 0 1 Y Y 1 1 Y X 1 0 1 X

Intrare Ka:A 0 1 C B 0 0 X 0 0 1 Y Y 1 1 Y 1 1 0 X 0

Ja = C

Ka = B

Schema blocului secventiator:

4

Pentru realizarea fizica a blocului secventiator se vor folosi urmatoarele componente: - C.I. din seria 4081B cu patru porti AND si doua intrari fiecare, realizate in tehnologie CMOS si poate fi alimentat la 3-15 Vcc.

- C.I. din seria 4011B cu patru porti NAND cu doua intrari fiecare, realizate tot in tehnologie CMOS Pentru simplificarea schemei poarta AND va fi realizata cu ajutorul C.I. HEF 4011B , produs de Philips Semiconductors, care contine patru porti NAND cu doua intrari fiecare si este realizat in tehnologie CMOS.Tensiunea de alimentare 12 Vcc.

5

Pentru realizarea portii AND cu ajutorul I.C. HEF 4011B se vor folosi doua porti NAND, legandu-se iesirea unei porti NAND la intrarile celei de a doua poarta. Pinul 3 se va conecta la pinul 5 si la pinul 6, folosindu-se ca intrari ale portii AND create pinul 1 si pinul 2 iar pinul 4 va fi iesirea portii AND.

Bistabilele de tip J-K: CI 4027/ HEF4027B produs de Philips Semiconductors. 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. Comenzile Set si Clear sunt asincrone, active pe High (1) si au prioritate fata de clock. Avand in vedere ca la realizarea blocului secventiator sunt necesare 3 bistabile de tip J-K, vom folosi 2 CI HEF4027B. Intrarile pentru clock (ceas), clear si set ale bistabilelor vor fi interconectate. Nivelele logice de pe intrarile J si K controleaza tensiunea bistabilului, starea acestuia schimbandu-se sincron cu frontal pozitiv al semnalului de tact (de pe intrarea CLOCK). Functia SET si RESET sunt independente de tact si sunt active atunci cand nivelul logic 1, apare fie la intrarea SET, fie la intrarea RESET. Tensiunea de alimentare: 12Vcc.

2. Proiectarea Blocului de Comenzi (BC) Blocul de comenzi preia comenzile externe de la operator, le memoreaza si, in functie de acestea, comanda blocul secventiator (BS). In acest sens se vor folosi butoate cu revenire normal-deschise pentru comenzile START, STOP si INIT .

6

Schema blocului de comenzi (BC):

Comezile START si STOP sunt preluate si prelucrate de un circuit basculant bistabil realizat cu porti NAND. Pentru aceasta se poate adopta urmatoarea solutie: pentru realizarea circuitului basculant bistabil se poate folosi un C.I. HEF 4093B produs de Philips Semiconductors, care contine patru porti Trigger Schmitt. Fiecare dintre acestea functioneaza ca o poarta NAND cu doua intrari, cu actiune de Trigger Schmitt pe ambele intrari. Poarta comuna si nivelele de tensiune diferite, pentru semnalele crescator si respectiv descrescator. Tensiunea de alimentare 12 V.

7

Pentru a folosi I.C. 4093B se vor conecta doua porti NAND in asa fel incat sa se obtina efectul basculant bistabil. Pinul 2 se conecteaza la Pinul 4, Pinul 5 la Pinul 3, iesirea din circuitul basculant facandu-se prin Pinul 3. Comanda INIT se va face tot prin porti Trigger-Schmitt cu prag de declansare precis. Se va folosi acelasi CI din familia 4093: HCF 4093B. CI 4093 este format din patru circuite Trigger-Schmitt. Fiecare circuit functioneaza ca o poarta NAND cu 2 intrari, cu actiune Trigger-Schmitt pe ambele intrari. CI CD4093 are o imunitate la zgomot mai mare de 50%. Pentru comanda INIT se va folosi una dintre aceste porti. Toate intrarile nefolosite se vor conecta la logic VSS (logic 0), toate iesirile nefolosite se vor lasa libere:

-

INIT: Poarta 1 (intrari: pinul 1 si 2 / iesirea pinul3)

8

In cadrul BC pentru semnalele de comanda date de operator pentru a realiza functiile START, STOP si INIT se vor folosi butoane tip push button cu revenire cate o culoare pentru fiecare functie in parte astfel: - buton culoare rosu pentru comanda STOP (cod: PS-03 R)

- buton culoare verde pentru comanda START(cod: PS-03 G)

- buton culoare galben pentru comanda INIT(cod: PS-03 Y)

Furnizor S.C. Transfer Multisort Elektronik srl Timisoara Caracteristici electrice: Rated current and voltage : 50 mA 35V DC Contact resistance max. : 30 mO Insulation resistance min. : 100 MO Electrical life : 100 000 operations Temperature range : -20C to +60C

-

Pentru vizualizarea comenzilor din BC se vor folosi 3 LED-uri de 5 mm astfel: START culoare verde STOP culoare rosu INIT culoare galben Furnizor: www.ledshop.ro

9

Led 5mm - Culoare - Lentila - Intensitate luminoasa - Unghi de vedere (2 1/2) - Tensiune de alimentare - Tensiune de alimentare inversa (Vr) - Intensitate - Timp de functionare - Temperatura de lucru - Temperatura de stocare - Temperatura de lipire Galben, Rosu, Verde transparenta 12CD(1.7lm) 25 1.9 - 3.1V (max) 5V (max) 20 ma (max) 100.000 ore- 20/ 80 - 40/ 100 260 @ 5sec

Calcul rezistente pentru LED-uri de 3V, =5, Iled=20mA Tranzistor de comutatie 2N2221

Se va alege R1=470

Se va alege R2=22K

Schema montaj LED:

10

Calcul grup RC din blocul de comanda pentru comenzile START, STOP si INIT.

Se alege din catalog pentru CI HEF 4093 B tensiunea pozitiva (Vp) si tensiunea negativa (Vn) pentru temperatura mediului ambiant =25 Vp=6,2V Vn=5,0V Practic Vp = RC = =6V = , unde =50 ms pentru comenzile START, STOP

Se alege condensatorul electrolitic polarizat de valoare C=10 F/25V R= = = 7215 => R se alege de 8,2 k

Puterea disipata = = = 0,17 W

Rezistentele pentru comenzile START, STOP realizeaza polarizarea intrarilor CBB, iar condensatorul realizeaza o comanda implicita de tip STOP sau RESET la punerea sub tensiune a controlerului. Rezistenta aleasa este de tip pelicula carbon 8,2 k /0,6 W cod 21734, toleranta 1%, furnizor S.C. Adelaida Craiova. La circuitul de initializare, grupul RC se dimensioneaza asemanator, cu diferenta ca latimea impulsului este de 100 ms, CI fiind acelasi HEF 4093 B: Vp= 6,2 V Vn= 5,0 V Se alege condensatorul electrolitic polarizat de valoare C=10 F/25V R= = =14430

Puterea disipata = = = 0,08 W

Se aleg rezistentele pentru circuitul de initializare de tip pelicula carbon 18 k /0,5 W cod 25398, toleranta 1%. Poarta de validare lasa sau nu sa treaca impulsurile de la generator spre secventiator in functie de starea CBB, iar starea bistabilului depinde de comenzile START si STOP. Pentru realizarea portii de validare se va folosi o poarta NAND ramasa libera de la CI HEF 4011 B folosit pentru realizarea portii NANAD in cadrul blocului secventiator. Intrarile celeilalte porti NAND ramasa libera se leaga la logic 0 (Vss).

3. Proiectarea Generatorului de Impulsuri cu Frecventa Variabila (GIFV) Pentru realizarea Generatorului de Impulsuri cu Frecventa Variabila (GIFV) se va folosi un IC 555 in varianta CMOS din familia 7555: LMC555, LM555CN, TLC555, ICM7555 etc. Schema Standard de Conectare a IC 7555 (variant CMOS a clasicului 555) pentru a obtine un generator de impulsuri:11

Se cere o frecventa cuprinsa intre 1 si 100 Hz. F= =

TL=0,693*RB*C TH=0,693*(RA+RB)*RC => F= Fie C=5uF => pentru F=100Hz, RB= Pentru F=1Hz, RB= =940 1K =143.500=143,5K

RB va fi o rezistenta variabila care trebuie sa poata lua valori intre 940 si 143,5K. Pentru RB se va folosi un potentiometru simplu de 200 k cu pelicula carbon 1W.

Deoarece valoarea calculata a rezistentei RB este intre 940 si 143,5 k, potentiometrul se inseriaza cu o rezistenta de 1 k / 1W, pentru ca potentiometrul sa aiba valoarea minima 1 k si nu valoarea zero.

Trebuie tinut cont de faptul ca 7555 poate genera pe iesire si 50mA: pentru a limita curentul, daca se impune, se vor monta pe iesire o rezistenta si un tranzistor NPN. LED-ul din schema de mai jos reprezinta de fapt iesirea spre Blocul Secventiator (BS).

12

4. Proiectarea Blocului de Vizualizare Schema Functionala a Blocului de Vizualizare:

Blocul de vizualizare este constituit din: Decodorul BCD to 7 segments: IC MMC4543. Acesta transforma intrarile furnizate de Blocul Secventiator in semnale pentru afisorul in 7 segmente: valori in baza zece.o

Pentru IC MMC4543: Pinii 5,3,2, (A,B,C) se leaga la iesirile Blocului Secventiator. Pinul 8 este VSS (logic 0) iar pinul 16 VDD (logic 1). Pinii 9-15 sunt iesirile catre afisorul in 7 segmente. Pinul 1 LD se conecteaza la logic 1, Pinul 6 PH se conecteaza la logic 0 pentru Afisor cu catod comun si la logic 1 pentru Afisor cu anod comun iar Pinul 7 BI se conecteaza la logic 0. Pentru prelungirea vietii Afisorului se recomanda montarea de rezistente pe iesirile catre Afisor. VDD trebuie sa fie >10V si Iout