Автомат опережения зажигания автомобиля

Министерство образования  и науки РФ ГОУ СПО «Уральский политехнический колледж»         Специальность 230101 Вычислительные машины, комплексы, системы и сети Группа ЭВМ-371               Курсовой проект по предмету «Цифровая схемотехника» Автомат опережения зажигания автомобиля. Пояснительная записка КП.230101.71.25.11.ПЗ                     Руководитель проекта  В.Н.Думов     Студент                К.Э.Шпетр                                           2011

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

 

 

 

В состав проекта входят

Графическая часть на двух листах

Лист  1 Схема электрическая принципиальная

Формат А1

Лист 2 Схема электрическая принципиальная

                                                          Формат А2

Перечень элементов схемы на двух листах (к листу 2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К П 

 

Содержание

Введение………………...…………………………………………………………………….3

1. Общая часть……...………………………………………………………………………4

1.1 Характеристики автомата опережения зажигания автомобиля………...………………...4

1.2 Общие сведения о счетчиках…………………………………………………………...…...9

2. Специальная часть…………………………………………………………………...10

2.1 Счетчик с переменным коэффициентом счета К155ИЕ8………………………………..10

2.2 Выбор базового логического элемента……….………………………………………….12

2.3 Общие сведения о счетчиках делителях…...………………………………………...……13

2.4 Синтез счетчика К155ИЕ8 с переменным коэффициентом счета …...…………………14

Заключение..………………………………………………………………………………..17

Список литературы…………….………………………………………………………..18

 

Введение

С таким стремительным прогрессом в области технологий, какой мы имеем на сегодняшний день, удивительно то, что на рынке каждую минуту не появляется новое приспособление общего пользования. Персональные компьютеры, которые когда-то были предназначены только для людей, чьи профессии были так или иначе связаны с областью компьютерных технологий, теперь можно встретить в каждом доме. Если вы студент, то для вас компьютер является жизненной необходимостью. Учитывая вечно растущую популяризацию персональных компьютеров, многие компании всерьёз занялись постоянным улучшением производимых компьютеров, а также начали производить бесчисленное количество различных аксессуаров и приспособлений. Конечно же, разработка новых технологий занимает не один и даже не два дня, но можно точно сказать, что каждый месяц перед нами появляются различные новинки в области компьютерных технологий. Это могут быть более объёмные жёсткие диски или внешние носители, новое оборудование или новые устройства, позволяющие соединять ваш компьютер с сетью Интернет или с другими персональными компьютерами на более высокой скорости. Некоторые устройства, которые появляются на рынке, как правило, находятся или в избытке, или являются дефицитными и не доступны большинству людей, потому что их выпускают очень мало, а раскупают очень быстро. Более дорогое оборудование рассчитано на людей, которые не жалеют деньги на покупку компьютеров и компьютерных аксессуаров, однако большинство людей предпочитают подождать, пока цена упадёт, так как это обязательно произойдёт как только на рынок поступят товары более новой модели. Технические новинки, которые по своей сути бесполезны и не практичны, обычно не пользуются высоким спросом на рынке, особенно если рынок насыщен устройствами подобного типа. Такие изобретения, как, например, веб-камеры, являются, безусловно, весёлой игрушкой, но по своей сути не увеличивают быстродействие компьютера, а только затормаживает процессы. К тому же веб-камеры редко используются при работе. Устройства, которые увеличивают быстродействие компьютера или его работоспособность, в отличие от устройств для развлечения, пользуются большим спросом на рынке компьютерных технологий. Многие пользователи компьютеров очень часто нуждаются в более мощных винчестерах, потому что коллекция любимой музыки имеет свойство, постоянно расти, и свободного места хронически не хватает. Пользователи так же хотят, чтобы их компьютеры работали быстрее, поэтому наибольшим спросом на рынке пользуются жёсткие диски и линейки оперативной памяти. И хотя, большинство компьютеров, которые производятся в наши дни, имеют мощные системные характеристики, потребности пользователей не перестают расти.

 

1.Общая часть

1.1. Характеристики автомата опережения зажигания автомобиля.

 

 В двигателях внутреннего  сгорания большинства современных автомобилей текущим углом опережения зажигания (ОЗ) управляет в основном механический центробежный регулятор, которому присущи такие недостатки, как нестабильность характеристики и сложность ее изменении, инерционность, нестабильность угла ОЗ, вызванная трением и люфтами в механизме Предлагаемое вниманию читателей электронное устройство практически свободно от этих недостатков. Благодаря "гибкости конструкции оно может заменить любой центробежный регулятор.   Кстати, актуальность этой темы сейчас неожиданно возросла. Дело в том, что в последние годы в Россию ввезено много автомобилей, оснащенных электронными блоками управления зажиганием, которые время от времени выходят из строя. Их замена в наших условиях не всегда технически возможна, не говоря уже о том, что она крайне дорога.

Выходом из такого рода затруднений  в некоторых случаях может стать установка самодельных блоков, подобных описанному в этой статье.  Технические характеристики описанного ниже цифрового автоматического регулятора угла 03 отличаются высокой стабильностью и не зависят от температуры окружающей среды. Возможные колебания угла при фиксированной частоте вращения коленчатого вала двигатели не выходят за пределы ±0,25 град. Коррекция угла происходит через каждые пол-оборота коленчатого  вала двигателя, что практически обеспечивает безынерционностъ устройства. Цифровой регулятор предназначен дли работы совместно с цифровым октан-корректором, но может работать и самостоятельно. Принцип работы цифрового регулятора основан на заполнении реверсивного счетчика импульсами, частота следования которых зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя, и вычитании из него импульсов фиксированной частоты. Запись в счетчик начинается в момент искрообразования, а вычитание из него — в момент размыкания контактов прерывателя. При переходе счетчика в состояние 0 формируется выходной импульс, запускающий систему зажигания, после чего процесс повторяется. Время вычитания и определяет время задержки выходного импульса относительно момента размыкания контактов прерывателя, т. е. угол задержки, вносимый регулятором.Устройства состоят из узла VT3, DD2.1, DD2,4, устраняющего влияние "дребезга" контактов прерывателя, кварцевого таймера DD1, VT1, VT2, DD4—DD6, шифраторов на диодах VD6— VD15, которые определяют характеристику регулятора, генератора прямоугольных импульсов DD2,2, DD2,3, счетчика DD8 с переменным коэффициентом счета. RS-триггера DD3.1, DD3.2, реверсивного счетчика DD9—DD11 и элементов управления.

 

Принципиальная схема цифрового  регулятора изображена на рис. 1.

Рис.1

При показанной на рис, 1 схеме включения диодов TD6—TD15 регулятор по характеристике аналогичен механическому центробежному регулятору Р-147А, устанавливаемому на часть автомобилей М-2140 и М-2141.

 

После включения зажигания  RS-триггер DD3.1, DD3.2 может установиться в любое состояние. Предположим, что на выходе элемента DD3.2 будет высокий уровень. Тогда импульсы с частотой около 50 кГц с выхода генератора DD2.2, DD2.3 после деления счетчиком DD8 поступят на вход +1 реверсивного счетчика DD9-DD11. При появлений на выходе 8 счетчика DD11 сигнала высокого уровня элемент DD7.1 запретит прохождение импульсов на выход Y счетчика DD8 и заполнение реверсивного счетчика прекратятся. Число импульсов, учтенных реверсивным счетчиком, определит максимальное время задержки выходного сигнала относительно момента размыкания контактов прерывателя.  После размыкания контактов прерывателя одновибратор DD2.1, DD2.4 сформирует импульс низкого уровня длительностью около 500 мкс, необходимый для устранения влиянии "дребезга" контактов прерывателя при их размыканий. Продифференцированный цепью С6, R20, R21, этот импульс переключит триггер DD3. 1, DD3,2. Высокий уровень, появившийся на выходе элемента DD3.1, разрешит прохождение импульсов генератора DD2.2, DD2.3 на вход -1 реверсивного счетчика, а низкий уровень на выходе элемента DD3.2 запретит их прохождение на вход +1.  Дифференцирующая цепь С8R28R29 служит для синхронизации генератора с контактами прерывателя. При переключении реверсивного счетчика DD9— DD11 из состояния 0 в состояние 15 на выходе <0 счетчика DD11 сформируется импульс низкого уровня. Фронт этого импульса запускает одновибратор, собранный на элементах DD7.4, DD7.3. Импульс высокого уровня с выхода элемента DD7.4 обнулит реверсивный счетчик и счетчики DD1, DD4, DD5, а импульс низкого уровня (длительностью около 20 мкс) с выхода элемента DD7.3 возвращает триггер DD3.2, DDЗ.1 в исходное состояние. Так как счетчик DD5 находится в нулевом состоянии, на выходе 0 дешифратора DD6 будет сигнал низкого уровня, который после инвертирования элементом DD7.2 обнулит счетчик DD8 и удержит его в этом состоянии. Следовательно, пока на выходе 0 дешифратора DD6 присутствует сигнал низкого уровня, заполнения реверсивного счетчика DD9—DD11 не произойдет, несмотря на высокий уровень на нижнем по схеме входе элемента DDЗ.3 и реверсивный счетчик будет находиться в состоянии 0. Время, в течение которого дешифратор DD6 находится в каждом из состояний 0,1, 2, 3, определяется коэффициентом счета счегчика DD4, который, в свою очередь, определяется тем в каком состоянии в текущий момент находится дешифратор DD6, и схемой подключения диодов VD6—VD8. Коэффициент счета счетчика DD8 также определяется состоянием дешяфратора DD6 и схемой подключения диодов VD9—VD15. В состав октан -корректора также входит реверсивный счетчик, но частота следования заполняющих и вычитающих импульсов не меняется а течение одного периода искрообразования.

 

Рассмотрим формирование характеристики регулятора, показанной на рис. 2.

Рис.2

В зтом случае угол задержки, вносимый устройством, постоянен и не зависит от частоты вращения вала двигателя. Характеристика октан-корректора — горизонтальная прямая.

В электронном автоматическом регуляторе угла ОЗ частота следования импульсоп, заполняющих реверсивный счетчик, дискретно меняется в течение одного периода новообразования, и график зависимости угла ОЗ от частоты вращения вала двигателя приобретает вид кривой, состоящей из прямых отрезков. Положение точек излома 1, 2, 3 зависит от интервалов времени. в течение которых дешифратор DD6 находится в каждом из состояний 0, 1,2, 3. Интервалы определены коэффициентом счета счетчика DD4, который, в свою очередь, зависит от схемы включения диодов VD6-VD8.  Частота следования импульсов, заполняющих реверсивный счетчик во время нахождения дешифратора DD6 в каждом из состояний, зависит от коэффициента счета счетчика DD8, который определяется схемой включения диодов VD9-VD15.  В соответствии со схемой регулятора (см. рис. 1) при частоте вращения вала двигателя более 5000 мин^-1 или периоде новообразования менее 6 мс дешифратор DD6 будет находиться в состоянии 0. Следовательно, на входе R счетчика DD8 будет высокий уровень, импульсов на его выходе не будет, состояние реверсивного счетчика DD9—DD11 не изменяется, поэтому регулятор не задерживает выходной импульс относительно входного.

   При уменьшении частоты вращения вала двигателя (см. точку 1 на рис. 2) дешифратор DD6 переключится в состояние 1, на входе Н счетчика DD8 появится низкий уровень, начнется  

заполнение реверсивного счетчика, следовательно, появится задержка выходного импульса относительно момента размыкания контактов прерывателя.

Изменяя схему включения диодов VD6-VD8 и VD9—VD15, можно в широких пределах менять характеристику электронного регулятора. Расчет коэффициентов счета счетчиков DD4 и DD8, а значит, и определение схемы дешифраторов довольно сложен. Для их расчета написана программа на языке программирования "Q-Basic", которая входит в состав О.С.DPS 6.22 и Widows'95. Внеся незначительные изменения в программу, ее можно использовать на компьютерах "Радио 86РК" и ^‘Spektrum^’.Для запуска программы необходимо ввести параметры характеристики центробежного регулятора нужной модели, взятые из технического описания регулятора. Это угол ОЗ и частота вращения вала двигателя (не путать с частотой вращения кулачка прерывателя) в точках 1,2. 3 характеристики (рис. 2). Результат работы программы выводится в форме, аналогичной представленной здесь табл. 1.

Таблица 1

Состояние DD6	Коэфф.  счетаDD4	Коды на выходах DD4	Коэфф. счетаDD8	Коды на выходах DD8
		1  2  4  8  16  32		1  2  4  8  16  32
0	31/64	1  1  1  1  1  0	-	-
1	23/64	1  1  1  0  1  0	11/64	1  1  0  1  0  0
2	13/64	1  0  1  1  0  0	18/64	0  1  0  0  1  0
3	-	-	13/64	1  0  1  1  0  0

Например, когда дешифратор DD6 находится в состоянии 2, необходимый коэффициент счета счетчика DD8 оказался равным 18/64. Максимальный коэффициент счетчика К155ИЕ8 равен 63/64. Чтобы получить нужный коэффициент счета, необходимо с выхода 2 дешифратора DD6 подать напряжение низкого уровня на те входы счетчика, сумма весовых значений которых равна 63-18=45, т.е. на входы 1, 4, 8 и 32. На остальных входах должен быть единичный уровень. Это обеспечено включением диодов VT10, VT11 и VT15. На вход 32 счетчика DD8 низкий уровень подан постоянно. В табл. 1 указаны коэффициенты счета счетчиков DD4 и DD8 и коды на их входах при различных состояниях дешифратора DD6 для получения характеристики центробежного регулятора Р- 147А автомобиля "Москвич-2140".

 

1.2 Общие сведения о счетчиках

Счетчик - цифровое устройство, осуществляющее счет числа появлений  на входе определенного логического  уровня. В дальнейшем во всех случаях, когда это не оговаривается специально, будем полагать, что счетчик производит подсчет числа содержащихся во входном сигнале переходов с уровня лог. 0 к уровню лог. 1. При импульсном представлении логических переменных уровню лог. 1 соответствует импульс, и счетчик ведет счет поступающих на вход импульсов.Числа в счетчике представляются определенными комбинациями состояний триггеров. При поступлении на вход очередного уровня лог. 1 в счетчике устанавливается новая комбинация состояний триггеров, соответствующая числу, на единицу большому предыдущего числа. Таким образом, счетчик представляет собой логическое устройство последовательного типа, в котором новое состояние определяется предыдущим состоянием и значением логической переменной на входе. Для представления чисел в счетчике могут использоваться двоичная или десятичная системы счисления. При использовании двоичной системы состояния триггеров и соответствующие им уровни на прямых выходах триггеров определяют цифры двоичных разрядов числа. Если для регистрации двоичного числа в счетчике используется n триггеров, то максимальное значение числа, до которого может вестись счет, N = 2n - 1. Так, при n = 4: N=15.

При использовании десятичной системы счисления цифры разрядов десятичного числа в счетчике представляются в четырехразрядной двоичной форме, т. е. используется двоично-кодированная десятичная система счисления. Таким образом, для представления цифр каждого разряда десятичного числа требуется четыре триггера, и если число десятичных разрядов k, то число триггеров, необходимое для регистрации чисел в счетчике равно 4k, а максимальное значение чисел N = 10k - 1.Наряду с суммирующими счетчиками, в которых в процессе счета каждое очередное число на одну единицу превышает предыдущее, используются и такие счетчики, в которых в процессе счета числа последовательно убывают (эти счетчики называются вычитающими). Находят применение счетчики, которые допускают в процессе работы автоматическое переключение (реверс) из режима суммирующего счетчика в режим вычитающего счетчика, и наоборот. Такие счетчики называют реверсивными. Хотя для построения счетчиков могут использоваться любые типы триггеров, на которых может быть организован счетный вход. В суммирующем счетчике поступление на вход очередного уровня лог. 1 (очередного импульса) вызывает увеличение на одну единицу хранимого в счетчике числа. Таким образом, в счетчике устанавливается число, которое получается путем суммирования предыдущего значения с единицей. Это суммирование проводится по обычным правилам выполнения операций сложения в двоичной системе счисления.

 

2.Специальная часть

2.1.Счетчик с переменным коэффициентом счета К155ИЕ8

1 - вход умножения E1;

2 - вход умножения E4;

3 - вход умножения E5;

4 - вход умножения E0;

5 - выход "Q";

6 - выход " ";

7 - выход "разрешения счета";

8 - общий;

9 - вход счетный;

10 - вход стробирования;

11 - вход "разрешения счета";

12 - вход последовательного включения;

13 - вход установки "R";

14 - вход умножения E2;

15 - вход умножения E3;

16 - напряжение питания;

                              Рис.1                                                

Микросхема К155ИЕ8 содержит шестиразрядный двоичный счетчик, элементы совпадения, позволяющие выделять не совпадающие между собой импульсы - каждый второй, каждый четвертый, каждый восьмой и т. д. и управляемый элемент И-ИЛИ, который позволяет подавать на выход часть или все выделенные импульсы, в результате чего средняя частота выходных импульсов может изменяться от 1/64 до 63/64 частоты входных импульсов.

УГО показано на рисунке 1.

Зарубежные аналоги: SN7497N, N7497J

 

 

 

 

 

 

Рис2.

Временная диаграмма работы микросхемы показана на рисунке 2.

 

Электрические параметры:

Номинальное напряжение питания,Uном, В……………………………………..……..5±5 %

Выходное напряжение низкого уровня,U0вых, В……………………………………..….≤0,4

Выходное напряжение высокого уровня,U1вых, В………………………………..……..≥2,4

Напряжение на диоде,Uд, В……………………………………………………………...≥-1,5

Входной ток низкого уровня по выводам 1-4,10-15,I0вход,мА.………………………...≤-1,6

Входной ток низкого уровня,I0вход,мА…………………………………………………..≤-3,2

Входной ток высокого уровня по выводам 1-4,10-15,I1вход,мА …………………….…≤0,04

Входной ток высокого уровня по выводу 9,I1вход,мА…………………………………..≤0,08

Входной пробивной ток,Iпроб, мА……………………………………………………………≤1

Ток короткого замыкания,Iкз, мА…………………………………………….………..-18...-57

Ток потребления,I,мА………………………………………………………………..……≤120

Потребляемая статическая мощность,N, мВт …………………………………………..≤630

Рис.3

На рисунке 3 показана принципиальная схема данного счетчика. Счетчик  построен на D триггерах с статической синхронизацией и сложной логикой на входе. Счетчик не имеет общего базиса, необходимо построить в базисе И-НЕ.

 

2.2 Выбор базового логического  элемента.

Выбираем БЭП из серии ТТЛ. В  качестве параметров будем использовать только электрические.

В качестве исходных данных параметров БЭП зададим следующие:

-Номинальное напряжение питания, ……………………………….……………5±5%

-Выходное напряжение низкого уровня, ,В……………………………………….…≤0,4

-Выходное напряжение высокого  уровня, …………………………………………≥2,4

-Входной ток низкого уровня, …………………………………………….…..…..≤-1,6

-Входной ток высокого уровня, ………………………………………….………≤0,04

-Ток потребления, …………………………………………………………….……≤120

-Входной пробивной ток,U,А…………………………………………………………….….≤1

-Максимальная тактовая чистота, ………………………………………….…..….…10

 

Использую серии элементов ТТЛ. На основе приведенного строю таблицу1

Таблица 1

С      БЭП	133	155	130	158	134	131	136
	1	1	0	1	0	1	1
	1	1	1	1	1	0	0
	1	1	1	1	1	0	1
	1	1	1	0	0	0	1
	0	1	1	1	0	1	0
	1	1	0	0	0	1	1
	0	1	1	1	0	1	0
	1	1	0	1	0	1	1

 

В соответствии с таблицей 1 строю таблицу 2:

Таблица2

С	133	155	130	158	134	131	136
БЭП	0	1	0	0	0	0	0

 

Проанализировав  таблицу 2 следует, что  только параметры базовых  элементов серии  К155 удовлетворяют  параметрам БЭП. Поэтому я выбираю  эту серию для работ.

 

2.3Общие сведения о счетчиках делителях

Делитель частоты —  устройство, которое при подаче на его вход периодической импульсной последовательности формирует на выходе такую же последовательность, но имеющую  частоту повторения импульсов, в  определенное число раз меньшую, чем частота повторения импульсов входной последовательности.

Отличие делителей частоты от счетчиков  состоит в следующем. В счетчике каждая комбинация состояний триггеров  определяет в некоторой системе  счисления число импульсов, поступивших  к данному моменту времени. В делителе частоты последовательность состояний может быть выбрана произвольной, важно лишь обеспечить заданный период цикла N. Последовательность состояний выбирается из соображений обеспечения при заданном N наибольшей межтриггерных связей. Эти связи должны выполняться непосредственным соединением выходов одних триггеров со входами другие без использования логических элементов. Счетчик, имеющий то же значение N, может выполнять роль делителя частоты, однако следует иметь в виду, что такое решение будет неэкономичным.

Рассмотрим схемы делителей  частоты с различными коэффициентами деления N:

Делитель частоты с коэффициентом деления N = 2. В моменты отрицательного фронта входных импульсов триггер переключается в новое состояние. Период импульсной последовательности на выходе триггера оказывается вдвое больше периода Т_вх следования импульсов на входе. Следовательно, т. е. частота следования импульсов на выходе в 2 раза ниже, чем на входе.

Делитель частоты с коэффициентом деления N = . На выходе каждого делителя частота следования импульсов вдвое ниже, чем на входе. Так, если частота следования импульсов на входе первого делителя , то на выходе первого делителя она равна , на выходе второго , на выходе третьего делителя и т. д. При n каскадах подобного деления частота выходной последовательности окажется равной , т. е. будет осуществляться деление частоты в N — 2™ раз.

Схема делителя приведена на рисунке 4:

 

Рис.4 

 

2.3Синтез счетчика К155ИЕ8 с переменным коэффициентом счета

Дана таблица Состояния на 6 разрядов.

Таблица 3

Десятичные счетчики с дешифратором. Микросхемы имеют три входа — вход установки исходного состояния R, вход для подачи счетных импульсов отрицательной полярности CN и вход для подачи счетных импульсов положительной полярности СР. Установка счетчика в 0 происходит при подаче на вход R лог 1, при этом на выходе 0 появляется лог 1, на выходах 1—9 — логический 0. Переключение состояний счетчика происходит по спадам импульсов отрицательной полярности, подаваемых на вход CN, при этом на входе СР должен быть логический 0. Можно также подавать импульсы положительной полярности на вход СР, переключение будет происходить по их спадам. На входе CN при этом должна быть логическая  1.

 

Для примера построю таблицу  переключений для  4-х разрядов:

Таблица  :

№	Входы				Qc	Выходы
	E3	E2	E1	E0		Q3	Q2	Q1	Q0
1	0	0	0	0	16	0	0	0	0
2	0	0	0	1	16	1	1	0	1
3	0	0	1	0	16	0	1	1	0
4	0	0	1	1	16	1	1	0	1

Таблица  :

№	Входы				Qc	Выходы
	E3	E2	E1	E0		Q3	Q2	Q1	Q0
5	0	1	0	0	16	0	0	1	0
6	0	1	0	1	16	0	1	1	1
7	0	1	1	0	16	1	0	0	0
8	0	1	1	1	16	1	1	0	0

Таблица  :

№	Входы				Qc	Выходы
	E3	E2	E1	E0		Q3	Q2	Q1	Q0
9	1	0	0	0	16	1	1	0	0
10	1	0	0	1	16	1	1	1	1
11	1	0	1	0	16	1	1	0	1
12	1	0	1	1	16	1	1	0	1

Таблица :

№	Входы				Qc	Выходы
	E3	E2	E1	E0		Q3	Q2	Q1	Q0
13	1	1	0	0	16	1	0	1	0
14	1	1	0	1	16	1	0	1	1
15	1	1	1	0	16	0	0	1	1
16	1	1	1	1	16	0	0	0	0