Формирование временных интервалов в генераторе секундных импульсов

Тип:
Добавлен:

ДЕПАРТАМЕНТ НАУКИ И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

КЕМЕРОВСКИЙ ПРОФЕССИОНАЛЬНО – ТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ

Факультет телевидения

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

Формирование временных интервалов в генераторе секундных импульсов(Тема курсового проекта)

Студент Белянин С.П.

Группа ТВФ-41

Дата представления ________________

Дата защиты ________________

Оценка ________________

Руководитель проекта Луконин Н.М.

Кемерово 2007

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ 4

1 Общая часть 5

1.1 Исходные данные для проектирования 5

1.2 Описание структурной схемы аппарата 6

1.3 Описание принципиальной схемы узла 9

2.1 Перечень операций по ремонту и регулировке 11

2.2 Обоснование выбора контрольно-измерительной аппаратуры 12

2.3 Инструкция по ремонту и регулировке 14

2.4 Технологическая карта ремонта 16

2.5 Таблица типовых неисправностей 17

2.6 Оборудование рабочего места 18

2.7 Охрана труда и техника безопасности 19

3 Расчетная часть 21

3.1 Расчет надежности 21

Литература 22

ВВЕДЕНИЕ

Электронные цифровые часы стали для нас столь же привычными, что и стрелочные. Но в отличие от стрелочных часов, они не требуют постоянного подзавода, и это, несомненно, очень удобно. Также электронные часы превосходят стрелочные по удобству восприятия текущего времени, что особенно сказывается в темное время суток, т.к. элементы, используемые в электронных часах для отображения времени обладают свойством светоизлучения либо используют подсветку (в случаи ЖК элементов). Электронные часы сегодня повсюду: на стадионах, в спортивных залах, в аэропортах, на вокзалах, в кабинах автомобилей, на руке и даже в авторучках. Создание таких часов стало возможным благодаря бурному развитию радиоэлектронной промышленности.

Всего несколько лет назад электронные хронометры, построенные на дискретных элементах, содержали десятки, а иногда и сотни транзисторов, диодов и т.д. А это, безусловно, приводит к снижению надежности устройства, и соответственно уменьшению наработки на отказ, кроме того, значительно повышается сложность поиска неисправности в таком устройстве. Но с появлением интегральных микросхем удалось значительно уменьшить габариты подобных устройств, сделать их более экономичными и надежными. Именно поэтому электронные часы получили сегодня такое широкое распространение.

В данном курсовом проекте будет рассмотрена проблема формирования временных интервалов в генераторе секундных импульсов на основе решений, которые предлагает сегодня современная промышленность. Подобное решение используется во многих современных электронных устройствах предназначенных для отображения текущего времени.

1 Общая часть

1.1 Исходные данные для проектирования

Наименование устройства

часы электронные

Напряжение питания

200–240В \ 50-60Гц

Потребляемая мощность

не более 200Вт

Погрешность отсчета времени

не более ± 10 сек\сутки

Управление

проводной ПДУ

Длина провода ПДУ

20-30 м

Резервное питание

нет

Условия эксплуатации

ГОСТ 15150-69

Тип корпуса

любой

Масса

не более 10 кг

Крепление

настенное (подвесное)

1.2 Описание структурной схемы аппарата

Проанализируем, как должно работать разрабатываемое устройство. Часы обязательно должны содержать устройство измерения времени, которое в свою очередь всегда состоит из генератора эталонных интервалов времени и счётчика этих интервалов. Структурная схема устройства измерения времени приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Структурная схема устройства измерения времени.

В качестве генератора эталонных импульсов в различное время использовали различные устройства. Это и вытекание воды или песка из какой-либо ёмкости и движение тени от солнца по циферблату и даже горение нити в огненных китайских часах.

В простейшем случае генератор импульсов эталонной длительности должен вырабатывать минутные импульсы. Однако реализовать стабильный генератор такой длительности достаточно сложно. Даже в механических часах в качестве генератора импульсов эталонной длительности использовался маятник с периодом колебаний от одной до нескольких секунд. В качестве генератора эталонных импульсов мог бы подойти кварцевый генератор, так как этот тип генераторов обладает высокой стабильностью колебаний. Но кварцевые генераторы вырабатывают колебания в диапазоне от 1 до 30 МГц. Это соответствует временным интервалам от 0.03 до 1 мкС. Более простым с точки зрения реализации выглядит вариант, использующий для получения секундных импульсов промышленную сеть 50 Гц.

Т.к. часы предназначены для работы непродолжительный период времени, то стабильность такого генератора эталонных интервалов времени может считаться достаточной. Такой генератор достаточно легко реализуется на доступных элементах и к тому же обладает низкой стоимостью. Суть работы этого генератора сводится к выпрямлению тока промышленной сети с последующим преобразованием полученных импульсов в прямоугольные и делением этой частоты на 100.

Итак, для формирования секундных импульсов (частота 1 Гц) потребуется делитель частоты на 100. Для формирования из секундных импульсов минутных импульсов потребуется ещё один делитель частоты. Так как в минуте содержится 60 секунд, то нам потребуется делитель на 60. Уточнённая структурная схема разрабатываемого цифрового устройства приведена на рисунке 2.

100 Гц

6 v

50 Гц

Рисунок 2. Уточнённая структурная схема устройства измерения времени.

Теперь займёмся схемой счётчика временных интервалов. Он будет состоять из счетчика секнуд и счётчика минут. Мы знаем, что часы предназначен для отсчета периода времени не превышающего 90 минут, то счётчик минут должен работать по основанию 90. В то же самое время мы привыкли воспринимать числа в десятичной системе счисления. Поэтому будет удобно разбить счётчик минут на два счётчика: на десятичный счётчик и счётчик, считающий до девяти.

Следующий блок, который обязательно должен входить в состав часов – это устройство индикации.

Ведь никого не устроят часы, которые будут точно отсчитывать время, но при этом мы не сможем увидеть результат! Выберем в качестве устройства отображения времени светодиодные семисегментные индикаторы. В этом случае мы получим устройство, способное работать при отрицательной температуре и обладающее при этом наиболее простой схемой.

Для преобразования кода, в котором работает счётчик минутных импульсов, в семисегментный код нам потребуется дешифратор. То есть, блок индикации будет состоять из дешифраторов и собственно индикаторов. Уточнённая структурная схема часов приведена на рисунке 3.

100 Гц

Рисунок 3. Структурная схема часов.

1.3 Описание принципиальной схемы узла

В целях упрощения конструкции такто­вые импульсы с периодом следования 1 с формируются из импульсов двухполупериодного выпрямителя VD 1 триггером Шмитта на элементе DD1.1 и делителем частоты на 100, образованным счетчиками DD6 и DD7. Запускают таймер (переключатель SA1 в положении «Таймер») кратковременным нажатием на кнопку SB1 «Пуск». При этом сигнал уровня 0 с прямого выхода D-триггера DD2-1 разрешает работу делителя часто­ты, а через элементы DD3.1 и DD3.2 запус­кает узел предварительной записи.

Секундные импульсы через элементы DD8.1 и DD3.4 поступают на вход обратного счета последовательно включенных ревер­сивных счетчиков DD9, DD10, DD12, DD13, состояние которых отображают светодиод­ные индикаторы HL1—HL4 с встроенными дешифраторами двоичного кода.

Работа счетчиков DD9, DD12 и DD13 особенностей не имеет, счетчик же DD10 — его коэффициент пересчета как при прямом, так и при обратном счете равен 6. С этой целью узел предварительной установки поддерживает на его входах состояние 0101 = 5.

Когда все счетчики установятся в состоя­ние 0000, на выходном выводе 13 счетчика DD13 появится уровень 0, который запустит одновибратор DD14.

При необходимости сигнал на входе триггера Шмитта можно усилить транзис­торным ключом. Сетевой блок питания данного устройства должен быть рассчитан на посто­янное напряжение 5 В при токе нагрузки до 0,6 А. На сетевом трансформаторе желатель­но предусмотреть отдельную обмотку на на­пряжение около 4 В.

Все детали смонтированы на четырех пла­тах, которые собраны в этажерочный модуль и размещены в корпусе размерами 95x90x35 мм.

Рисунок 4. Принципиальная схема узла формирования секундных импульсов.

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Перечень операций по ремонту и регулировке

Первоочередной задачей при ремонте электронных часов, как и при ремонте любой другой радиоэлектронной техники, является внешний осмотр устройства и проверка правильности монтажа и качества механических креплений. На этой стадии можно обнаружить наиболее заметные причины неисправности, такие как попадание воды, трещины на печатной плате, сгорание элементов, обрыв или перегорание дорожек на печатной плате и так далее. Если в ходе визуального осмотра никаких исправностей обнаружено не будет, то следует перейти к следующему шагу – проверка питания и режимов работы микросхем.

В данном случае поиск неисправности необходимо начать с проверки правильности работы диодного выпрямителя VD1, на выходе которого должно быть ±4 В. Затем, следует проверить питание микросхем и убедиться в их правильном функционировании и если это не так перейти к этапу устранения неисправности. Следующим шагом при поиске неисправности будет проверка сигнала на двенадцатом выводе микросхемы DD7, в случае правильного функционирования микросхемы, на этом выводе должен присутствовать сигнал в виде прямоугольных импульсов с периодом в одну секунду.

Также необходимо отдельно проверить работоспособность микросхемы DD2.1, которая разрешает работу делителя частоты на элементах DD6 и DD7, чтобы в случае отсутствия сигнала на двенадцатом выводе DD7 можно было с уверенность полагать, что неисправен именно делитель частоты.

2.2 Обоснование выбора контрольно-измерительной аппаратуры

Так как электронные часы, рассматриваемые в данном курсовом проекте, не обладают высокими характеристиками точности, чего от них и не требуется, так как непрерывно работать они будут ограниченное количество времени, а «отставание» или «убегание» на 2-3 секунды за 2 часа непрерывной работы не является в данном случае критическим. Для проверки работоспособности и правильности функционирования данных часов, не потребуется измерять сигналы высокой частоты или напряжения, и для этой цели подойдет любой мультиметр, даже четвертого класса точности. Но в связи с тем, что мультиметры от неизвестных китайских производителей отличаются слабой надежность, а порой и огромными погрешностями было принято решение найти прибор который бы более соответствовал для выполнения поставленной задачи. И такой прибор был найден в интернет-магазине Второй прибор, который может понадобиться при поиске неисправности в работе электронных часов, это осциллограф. Опять же, в связи с тем, что электронных часах отсутствуют сигналы высокой частоты, можно применять любой исправный осциллограф. Для примера, в данном случае в магазине «Техника-М» был найден осциллограф MOS-620CH, который обладает следующими характеристиками:

§ Полоса пропускания осциллографа: 20 МГц

§ 2 канала, возможность отображения некогерентных сигналов

§ Высокочувствительная синхронизация

§ Режимы попеременной развертки ALT и CHOP

§ Отображение CH1, CH2, CH1+CH2

§ Инверсия сигнала канала CH2

§ Лупа времени (20 нсек/деление)

§ Режим X-Y (фигуры Лиссажу) до 50КГц

§ Синхронизация кадров и строк ТВ сигналов

§ Ослабление синфазного сигнала: 50:1 при синусоидальном сигнале частотой 50KHz

Стоимость прибора 10100 рублей.

Как видно из приведенных характеристик, оба прибора более чем подходят для поиска неисправностей в данных электронных часах, для проверки которых требуется проверка напряжения до ±7 В по постоянному напряжения и 4 В по переменному с частотой 50 Гц, а также к осциллографу предъявляется требование – умение отображать сигналы с частотой до 100 Гц и напряжение до 4 В. Данные приборы являются наиболее дешевыми, и качественными из имеющихся в продаже.

2.3 Инструкция по ремонту и регулировке

Сначала необходимо провести внешний осмотр ремонтируемого устройства, а затем в зависимости от результатов осмотра следует выполнить мероприятия для ликвидации неисправности, либо перейти к дальнейшему поиску неисправности с помощью измерительных приборов. Если в ходе внешнего осмотра был обнаружен обрыв дорожки на печатной плате, то следует удалить с поверхности дорожки лак, если он есть, а затем пропаять место разрыва, восстановив тем самым контакт. В случае если был найден сгоревший элемент, то его следует выпаять и попытаться установить причину сгорания этого элемента. Это можно сделать, проверив приходящие к элементу сигналы от элементов, через которые проходит сигнал, прежде чем достигнет неисправного элемента. Если сигнал отличается от нормального, то следует установить причину его изменения, проверив режимы работы транзисторов и микросхем, емкости конденсаторов, сопротивления резисторов, на предмет их отличия от номинальных. В случае установления неисправного элемента его следует заменить и если сигнал на выходе будет в норме то можно заменить сгоревший элемент и не беспокоиться о его повторном сгорании из-за той же самой неисправности, в противном случае поиск неисправного элемента необходимо продолжить. Но возможна такая ситуация, когда элемент сгорает из-за перегрузок в сети, повышенного напряжения, но остальные элементы остаются целы, в этом случае необходимо просто заменить сгоревший элемент.

Если визуальный осмотр не дал результатов, то поиск неисправности следует начинать с проверки диодного моста VD1. В нормальном состоянии на мост должно подаваться переменное напряжение ±4В, если это не так то следует проверить блок питания устройства, либо дополнительно сетевой провод на предмет обрыва.

На выходе диодного моста должно быть «постоянное» напряжение с частотой 100 Гц, если частота будет 50 Гц, то следует заменить диодный мост, либо сгоревший в нем диод. Затем следует проверить сигнал на выходе триггера Шмитта на элементе DD1.1 на выходе которого должен присутствовать сигнал прямоугольной формы с частотой 100 Гц.

Следующим элементом проверки будет двенадцатый вывод элемента DD7, где должен присутствовать сигнал прямоугольной формы с частотой следования импульсов равной одной секунде, если сигнал отсутствует, то следует проверить правильность питания микросхемы и наличие сигнала на двенадцатом выводе элемента DD6, если сигнала на этом выводе нет, то также следует проверить правильность питания микросхемы. Если питание микросхем в норме, то их следует заменить.

Последним этапом поиска неисправности в узле формирования секундных импульсов будет проверка наличия сигнала на пятом выводе элемента DD9, в противном случае проверяется питание микросхемы и исправность элементов DD8.1 и DD3.3, а так же правильность из питания, в случае неисправности микросхемы заменяются.

2.4 Технологическая карта ремонта

Таблица 1. Технологическая карта ремонта.

Внешнее проявление

Проверяемая цепь

Проверяемый параметр, элемент

Значение параметра по ТТД

Возможная причина несоответствия

Дальнейшие действия

1.

Мост VD1

Uвх

±4 В

Неисправность блока питания

Проверка блока питания

Мост VD1

Fвых

100 Гц

Неисправность диодного моста

Проверить диоды моста

2.

DD6, DD7

Uпит

7 В

Неисправность блока питания

Проверка блока питания

DD 1.1

Fвых = 0 Гц

100 Гц

Неисправность микросхемы

Замена микросхемы

DD 1.1

Fвых = 50 Гц

100 Гц

Неисправность диодного моста

Замена диодного моста

DD 1.1

нет сигнала на входе

+4 В

Неисправность диодного моста

Проверить диодный мост

DD6, DD7

Fвых

1 Гц

Неисправность микросхемы

Замена микросхемы

3

HL1, HL2, HL3, HL4

Не отображается цифра

Нет сигнала на входе

Не отображается цифра

Неисправность индикатора

Заменить индикатор

2.5 Таблица типовых неисправностей

Таблица 2. Список типовых неисправностей.

Внешнее проявление

Возможная причина

Рекомендуемый способ устранения

Не отображается одна или несколько цифр часов и\или минут

Неисправность HL1, HL2, HL3, HL4

Замена индикатора

Отсутствие входного сигнала на HL1, HL2, HL3, HL4

Проверка DD9, DD10, DD12, DD13

Не идет отсчет времени

Неисправность делителя DD6, DD7

Заменить микросхемы

Неисправность триггера Шмитта DD 1.1

Заменить микросхему

Неисправность элементов DD8.1 и\или DD3.4

Заменить микросхемы

Нет питания на одной или нескольких микросхемах

Проверить блок питания и целостность дорожек на печатной плате

Неверный отсчет времени

Неисправность диодного моста VD1

Заменить диодный мост

Неисправность делителя DD6, DD7

Проверить целостность дорожек на печатной плате

Отсчет времени не прекращается после достижения времени 00:00

Неисправность микросхемы элемента DD13

Заменить микросхему

Обрыв дорожки от вывода 13 элемента DD13

Проверить целостность дорожек на печатной плате, устранить обрыв

2.6 Оборудование рабочего места

Для ремонта данных часов у радиомеханика должен быть блок питания способный выдавать регулируемое переменно напряжение в диапазоне от 0 до 5 В, и постоянное напряжение в диапазоне от 0 до 10 В, при токе до 1 А. Так же для проведения ремонта часов потребуется мультиметр (был выбран DT-99B) и осциллограф (был выбран MOS-620CH), характеристики обоих этих приборов приведены в разделе 2.2.

Ко всему прочему так же потребуется такой повседневный инструмент в жизни радиомеханика как отвертки (фигурные и плоские, разных размеров), при этом свободным от изоляции должен оставаться только самый кончик отвертки, во избежание нежелательного замыкания посторонних цепей, плоскогубцы, пинцет, паяльник мощностью 25 Вт на напряжение 36 В или 12 В, подставка для паяльника, а так же расходные материалы, такие как припой, канифоль и флюсы.

Из технической документации для проведения ремонта необходимо иметь под рукой справочник по интегральным микросхемам, а так же литературу с описанием принципов работы цифровых схем. Плюс ко всему этому понадобиться принципиальная электрическая схема ремонтируемого аппарата.

Рисунок 5. Эскиз рабочего места.

2.7 Охрана труда и техника безопасности

В последние несколько лет стремительно развивался процесс перехода к новому типу припоев – безсвинцовым припоям. Родоначальниками в данной области считаются японские производители, которые уделяют большое внимание охране окружающей среды и стремятся получить новую безопасную и перспективную технику сборки печатных плат.

Основными причинами перехода к новому типу припоев (помимо экологической безопасности) являются более высокие эксплуатационные характеристики таких припоев. Однако существует ряд причин, по которым промышленное применение такого типа припоев до сих пор ограничено. Дело в том, что безсвинцовый тип припоев имеет более высокую температуру пайки, что сказывается на сложности паяльного оборудования: приходится выдерживать более узкую границу термопрофиля (210-240°C).

По мнению специалистов, борьба за чистоту окружающей среды и требования к повышению качества пайки при постоянной тенденции уменьшения размеров устройств, планировался полный переход электронной промышленности на безсвинцовые припои к концу 2005 года. Таким образом исключается один из важных вредных факторов в работе радиомеханика – свинец.

Со всеми работниками, поступающими на работу, проводится вводный и первичный инструктажи, В сервисном центре «Сибирская Сервисная Компания», где я проходил практику, за это отвечает руководитель сервисного центра Гричанов А.В.

Рассматриваемое в данном курсовом проекте устройство не использует в своей работе высокие напряжения (самое высокое 7 В), и поэтому может считаться безопасным и не требует никаких особых мер по защите от поражения электрическим током.

Однако, в блоке питания ремонтируемого устройства есть высокое напряжение промышленной сети 220 В, работать с которым небезопасно. Поэтому при выполнении ремонта блока питания электронных часов, его следует выключать из сети и использовать для ремонта только инструмент с надежной изоляцией, на случай если придется проводить какие-либо настройки при включенном напряжении питания, работать в этом случае необходимо с повышенной осторожностью.

Так же при работе с высоким напряжением в качестве дополнительной защиты можно использовать резиновый коврик. Ко всему прочему, помещение в котором проводятся ремонтные работы должно хорошо вентилироваться, чтобы не накапливались свинцовые испарения и дым, появляющийся при плавлении канифоли. Для обеспечения меньшей нагрузки на глаза, рабочее место должно хорошо освещаться, а при работе с мелкими деталями должно быть оборудовано подвесным увеличительным стеклом. Для уменьшения нагрузки на суставы и для ускорения работы можно использовать электроотвертки. Приборы с металлическим корпусом должны быть надежно заземлены. Для обеспечения безопасного монтажа\демонтажа микросхем, паяльник также должен быть заземлен, иначе паяльник может повредить микросхемы потенциалом находящимся на его жале.

3 Расчетная часть

3.1 Расчет надежности

Надежность рассчитывается для нормальный условий эксплуатации, то есть t=10-25°С, а влажность 40-80%.

Составим таблицу надежности элементов.

Таблица 3. Надежность элементов узла

ГР

Наименование

Кол-во элементов, ni

λ min*105

λ max*105

ni*λ min

ni*λ max

1

Диоды п\п

4

0,5

1,2

2

4,8

2

Резисторы

9

0,16

1,44

2,7

3

Конденсаторы керамические

2

0,06

0,14

0,12

0,28

4

Транзисторы

2

0,5

0,65

1

1,3

5

Пайка

224

0,001

0,003

2,24

6,72

6

Микросхема

13

0,1

0,15

1,3

1,95

7

Конденсаторы электролитические

1

0,3

0,4

0,3

0,4

8

Построечные резисторы

2

0,4

0,6

0,4

0,6

9

Ключ

3

0,01

0,05

0,03

0,15

Литература

1. Боровик С.С., Бродский МЛ. Ремонт и регулировка битовой радиоэлектронной аппаратуры, --Минск: Высшая школа, 1989

2. Игнатович В.Г., Митюхин АЛ. Регулировка и ремонт бытовой радиоэлектронной аппаратуры. - Минск: Высшая школа, 1993

3. Лаврус В.С Практика измерений в телевизионной технике. - М.: Солов, 1996

4. Леонов А.И., Дубровский Н.Ф. Основы технической эксплуатации бытовой радиоэлектронной аппаратуры. - М.: Легпромбытиздат, 1991

5. Полибин В.В. Ремонт и обслуживание радиотелевизионной аппаратуры. -М.: Высшая школа, 1991

Copyright © 2018 WorldReferat.ru All rights reserved.