Аналоговые таймеры

Аналоговые таймеры

26

• Оглавление
• Глава 1. Таймеры, их типы. Принципы работы аналогового таймера 3
• 1.1. Классификация и принципы построения таймеров 4
• 1.2. Особенности структур таймеров общего применения 7
• 1.2. Особенности применения и основные параметры однотактного таймера 9
• 1.4.Особенности применения и основные параметры программируемого таймера. 12
• Глава 2. Проектирование схемы таймера 15
• 2.1. Расчет возможности перекрытия диапазона 1:60. 15
• 2.2 Разработка схемы допускающей применение времязадающего конденсатора меньшей емкости. 18
• 2.3 Схемотехническое повышение точности отработки временных интервалов. 20
• Глава 3. Окончательный вариант разрабатываемой схемы 22
• 3.1. Блок- схема таймера. 22
• 3.2. Электрическая принципиальная схема устройства. 23
• Литература. 26

Формулировка задания.

Разработать электрическую принципиальную схему таймера повышенной точности (погрешность - не более 0,1 секунды) на диапазон временных интервалов 1 - 60 сек. с плавной регулировкой временного интервала без использования прецизионных времязадающих элементов, обладающего возможностью калибровки шкалы с использованием внутреннего кварцованного генератора (калибратора). Предусмотреть возможность использования разрабатываемой конструкции в режиме генератора прямоугольных импульсов.

Предварительно изучить соответственную элементную базу и на основании проведенного анализа предложить оптимальный вариант конструкции устройства с использованием доступной элементной базы, выбрать комплектующие для построения разрабатываемой схемы. Произвести расчет параметров и элементов схемы.

Другим примером цифрового интегрального таймера является большая интегральная схема КР580ВИ53. Она входит в состав микропроцессорного комплекта КР580 и предназначена для формирования различных временных задержек электрических импульсов и деления частот (режим работы - программируемый [2]).

Аналоговые интегральные таймеры по сравнению с цифровыми обладают менее сложной структурой (меньшее число дискретных компонентов на кристалле), проще управляются и более дешевы. Времязадающим элементом для них является RC - цепочка. Для обрабатывания стабильных временных интервалов элементы ее должны иметь минимальные значения температурных коэффициентов сопротивления и емкости. Что касается зависимости временных интервалов от величины напряжения питания, то благодаря оригинальному схемному решению (впервые использованному при создании микросхемы NE555 [3]) она значительно меньше, чем у одновибраторов, построенных на основе биполярных (например, микросхема К155АГ1 [4]) или МОП-транзисторов [5].

По функциональному составу внутренних узлов аналоговые таймеры не являются полностью аналоговыми. Они наряду с компараторами напряжения, которые относят к аналоговым ИС, содержат узлы, выполняющие цифровые функции: логиче-ские вентили, триггеры, счетчики и др. Компараторы в таймерах обеспечивают повышение чувствительности их цифровых компонентов от единиц вольт до долей милли-вольта к изменениям входных напряжений. Таким об-разом, основные функции в аналоговых таймерах выполняют циф-ровые узлы, точность же формирования интервала времени определяется в первую очередь компараторами напряжения.

Массовое применение таймеров в аппаратуре, раз-нообразие решаемых ими задач и, следовательно, мно-гообразие требований, предъявляемых к их параметрам в зависимости от типа аппаратуры и рода выпол-няемых функций, обусловило создание большого семей-ства полупроводниковых таймеров.

Все аналоговые таймеры делятся на два класса: однотактные и многотактные со встроенным счетчиком ( см. рис. 1.1, ст. 27) [6].

Однотактные таймеры применяются, если длитель-ность формируемых временных интервалов лежит в пределах от 1 мкс до 1 ч. Семейство таких таймеров можно разделить на две группы (рис. 1.2, ст. 27). К первой группе относятся таймеры общего применения, имеющие по одной, две и четыре ИС на одном кристалле. Вторую группу составляют специализированные тайме-ры: микромощные и помехоустойчивые ИС. Длитель-ность формируемого таймером (рис. 1.2,а) интервала времени определяется током заряда внешнего времязадающего конденсатора Сt а ток заряда -- сопротивлением внешнего времязадающего резистора Rt. Фор-мируемый таймером временной интервал Тn пропор-ционален постоянной времени RC-цепи и определяется длительностью изменения напряжения на Ct в пределах некоторого диапазона, установленного внутрен-ним резисторным делителем таймера.

Однотактный таймер, представленный на рис. 1.2,а, работает следующим образом. В исходном состоянии, когда переключатель замкнут, напряжение на конден-саторе уменьшается до нуля и на выходе таймера уста-навливается низкое напряжение, равное 0,1 В. При подаче импульса на вход триггера в нем формируется сигнал, размыкающий переключатель S1, и на выходе таймера устанавливается высокое напряжение. Если входное сопротивление компаратора А1 значительно больше сопротивления Rt, конденсатор Сt будет заря-жаться только через Rt, а напряжение на Сt будет экспоненциально нарастать с постоянной времени RtCt, стремясь к своему максимальному значению Un. Как только напряжение на конденсаторе достигнет не-которой величины Uоп1, компаратор начнет вырабаты-вать сигнал, устанавливающий триггер (а следователь-но, и весь таймер) в исходное состояние Временной интервал Тn должен быть значительно больше, чем длительность запускающего импульса. Опорное напряжение Uon1 формируется в таймере внутренним резисторным делителем.

Описанный цикл работы таймера имеет место при включении его по схеме одновибратора, когда форми-руется один выходной импульс после подачи внешнего сигнала запуска на вход триггера. Для того чтобы таймер мог работать в режиме асинхронного мульти-вибратора, управляющий входной сигнал от времязадающей RC-цепи подается на RS-триггер через ком-паратор А2 с опорным напряжением Uon2.

Чтобы иметь возможность прервать выполнение тай-мером заданной функции, независимо от завершенности временного цикла, введен переключатель S2. При по-даче сброса S2 замыкается, конденсатор полностью разряжается и напряжение на нем остается близким к нулю до тех пор, пока сигнал сброса не будет снят. Обычно при подаче сигнала сброса на выходе таймера устанавливается низкое напряжение.

Многотактные таймеры разработаны для аппарату-ры, требующей использования генераторов сигналов сверхнизкой частоты с продолжительностью импульсов до нескольких суток. Семейство этих таймеров делится на две основные группы (рис. 1.1). К первой группе относятся программируемые таймеры, в которых формируемый временной интервал задается программно, установкой соответствующих перемычек на выходах счетчика. В зависимости от вида соединения выходов счетчика многотактный таймер умножает постоянную времени RC-цепи в n раз (n-определяет диапазон программирования или коэффициент деления счетчиков). Программируемые таймеры содер-жат таймеры общего применения, выполненные по би-полярной технологии, и микромощные. Ко второй груп-пе относятся специализированные таймеры со встроен-ными счетчиками, у которых однозначно задан коэф-фициент деления п.

Программируемые таймеры работают следующим образом (рис. 1.2, б). При подаче на вход запуска им-пульса включается внутренний мультивибратор на однотактном таймере, генерирующий импульсы длительностью Tn==RtCt. Подключенный к выходу таймера N-разрядный двоичный счетчик подсчитывает входные импульсы и формирует на N выходах счетчика времен-ные интервалы, длительность которых может устанав-ливаться от Тn до (2n-1)Тn. На первом выходе фор-мируется импульс длительностью Тn, на втором - длительностью 2Тn, а на N-ном длительностью (2n-1) Гц. Счетчик допускает объединение выходов, причем дли-тельность формируемого в этом случае временного ин-тервала определяется суммой длительностей импульсов на объединенных выходах. Например, объединены выходы, формирующие отдельно импульсы длитель-ностью Tn, 8Тn и 128Тn, тогда длительность формируе-мого временного интервала равна Tn+8Тn+128Тn= 137Тn. Таким образом, объединяя соответствующие выходы, можно получить любую длительность импуль-са или задержку его фронта в диапазоне Tn - (2n-1)Tn. Выполнение таким таймером предварительно заданной программы можно прервать, подав на специальный вход импульс сброса. Для синхронной работы внутреннего однотактного таймера и счетчика исполь-зуется управляющая цифровая ИС.

Наиболее распространенным в современной микроэлектронной аппаратуре среди многотактных программируемых таймеров является XR 2240, полная функ-циональная схема которого приведена на рис.1.4 [6] Таймер состоит из трех основных узлов, выделенных штрихпунктирными линиями: однотактного таймера подобного NE 555; 8-разрядного двоичного счетчика и управляющего триггера. Двоичный счетчик и управляющий триггер питаются от внутреннего источника стабилизированного напряжения 6,3 В. Внутренний резисторный делитель устанавливает на входах компараторов А1 и А2 поро-говые напряжения переключения, равные 3Un/4 и Un/4 соответственно. Выходами двоичного счетчика являют-ся открытые коллекторы транзисторов VT4-VT12. Триггер D10 управляет работой счетчика D2-D9 и триггера D1 в однотактном таймере, который в свою очередь управляет работой первого каскада D2 счетчи-ка.

Страницы: 1, 2