Компьютерная электроника

Размещено на http://www.allbest.ru/

"Компьютерная электроника"

Выбор задания

Номер зачетной книжки 991026, при делении его на 150 получается остаток 126 - номер варианта, соответствует заданию №2.

Разработать устройство, которое измеряет длительность прямоугольных импульсов Ti в интервале Ti min < Ti < Ti max. Устройство осуществляет измерение путем преобразования длительности импульса в десятичный код, который управляет устройством индикации.

Из таблицы 6.2 методички находим:

1) потребляемый ток - не более 800 мА;

2) потребляемая мощность - не более 4 Вт;

4) Ti min = 10 -4 с;

5) Ti max = 1,2 10 -2 с.

Рекомендуемый состав устройства: задающий генератор, ограничитель амплитуды импульса, формирователь, счетчик, индикатор перегрузки.

Период импульсов задающего генератора Tз выбирают исходя из нижней границы Ti min и интервала Ti min < Ti < Ti max . Для обеспечения достаточно высокой точности измерения Tз должен быть не меньше чем в 10 раз меньшим чем Ti min и равняться одиночному интервалу времени или его десятой или сотой части. Если Ti min = 10 --4с, то период импульсов задающего генератора 10 --5 с (f=100кГц).

Необходимое количество десятичных разрядов индикаторного устройства выбирают исходя из величины Ti max , которую делят на Tз. В конкретном случае Ti max/Tз = 1200, таким образом необходимы 4 десятичных разряда. Устройство индикации будет отображать в миллисекундах, если положение десятичной точки фиксировать после второго старшего разряда. Отметим, что абсолютная ошибка измерения будет определяться величиной Tз. Для повышения точности необходимо синхронизировать работу задающего генератора по переднему фронту импульса, т.е. генератор должен запускаться по переднему фронту измеряемого импульса и отключаться по заднему.

Функциональная схема устройства и расчет электрической схемы

Требуется посчитать длительность входного импульса. Длительность входного импульса подсчитывается числом тактовых импульсов, прошедших за время его действия. Это обеспечивается устройством со счетчиком, считающим до 1200. При нажатии кнопки «Старт» устройство считает длину лишь первого пришедшего импульса, после чего прекращает свою работу до следующего нажатия кнопки. Если импульс длиннее 1,2 10 --2с, то устройство прекратит свою работу и сработает индикатор переполнения. В этом случае устройство также начнет свою работу при повторном нажатии кнопки «Старт». Рассмотрим состав устройства и принцип его работы.

Uвх

Рис.

Ограничитель амплитуды импульса ОАИ (VD1, VD2). Состоит из двух диодов. Диод VD1 служит для ограничения верхнего уровня входного сигнала (если Uвх>Uпит то диод откроется). Диод VD2 служит для ограничения нижнего уровня входного сигнала (если Uвх < 0 то диод откроется, заземлив входной сигнал). Естественно при значительном увеличении амплитуды диоды выйдут из строя, замкнув входной сигнал на питание или на землю, в зависимости от того какой уровень превышен.

Формирователь Ф (DD1.1, DD2.1, DD2.2) Состоит из одного логического элемента НЕ и двух D -триггеров с приоритетными входами предустановки RS. Формирователь предназначен для выделения из последовательности импульсов лишь одного, во избежание постоянного пересчета длины импульса. Такой режим работы обеспечивает малое потребление питания, т.к. устройство будет потреблять энергию практически только в момент следования одного импульса, выделенного формирователем. В первоначальном состоянии оба триггера устанавливаются в ноль, для чего на входы R подается сигнал логической единицы. В таком состоянии формирователь готов к работе. По переднему фронту триггер DD2.1 переключится, тем самым разрешит работу задающему генератору ЗГ и одновременно подготовит к работе триггер DD2.2 (сформирует логическую единицу на входе D). Триггер DD2.2 установится в единицу по приходу заднего фронта, тем самым запретит работу задающего генератора ЗГ. Срабатывание триггера по заднему фронту обеспечивается с помощью инвертора на входе C. После прохождения одного импульса оба триггера находятся в состоянии логической единицы, выход из которого может быть осуществлен только при нажатии кнопки «Старт» (принудительной установки триггеров в нулевое состояние).

Задающий генератор ЗГ (DD3.1,DD1.2,DD1.3,DD1.4,R1,R2,C1,ZQ1). Как уже было сказано выше, задающий генератор имеет высокую стабильность, что обеспечивается использованием кварцевой стабилизации. ЗГ генерирует последовательность прямоугольных импульсов с частотой 100 кГц. Генератор включается и выключается по команде формирователя. Также работа ЗГ может быть остановлена индикатором перегрузки ИП, если устройство индикации данных выдаст число 1200, что соответствует максимальной длине импульса 1,210-2 с, которую должно считать устройство. Задающий генератор «заполняет» один импульс, выделенный формирователем тактовыми импульсами. И таким образом для подсчета длины неизвестного импульса нужно умножить количество тактовых импульсов N на их длину (10-5 с) tи = 10-5 * N. Из сказанного следует, что если фиксировать десятичную точку после второго старшего разряда, то показания будут выдаваться в миллисекундах.

Счетчик Сч (DD4,DD5,DD6,DD7). Состоит из четырех микросхем, каждая из которых является счетчиком с дешифратором в семисегментный код. Микросхема К176ИЕ4 имеет 3 входа: тактовый C, по которому осуществляется счет, вход R установки в ноль и вход G, который при использовании полупроводниковых индикаторов заземляется. Счетчик срабатывает при переходе сигнала на входе C из единичного состояния в нулевое, т.е. по заднему фронту (обратное динамическое управление). Кроме семи выходов на семисегментный индикатор микросхема К176ИЕ4 имеет два выхода деления входной частоты: один - f/2, второй - f/10. Для переноса переполнения счетчика используем выход f/10, который соединяется со входом следующего счетчика. Таким образом, счетчик собранный на 4-х элемента способен считать от 0 до 9999, но по условию максимальное значение, выдаваемое счетчиком 1200. Для выполнения этого условия в схему устройства включен индикатор перегрузки.

Индикатор перегрузки ИП (DD3.2, DD1.5, DD1.6) Состоит из одного логического элемента НЕ и одного логического элемента И - НЕ. ИП запрещает счет при появлении комбинации 12 в двух старших разрядах. Данная комбинация выслеживается следующим образом. Первоначально цифра «1» в старшем разряде появится, когда погаснет цифра «0», т.е. потухание сегментов a,d,e,f можно рассматривать как появление «1». Можно выбрать один сегмент для обнаружения появления «1», например a, т.е. появление логического «0» на выходе a DD7 можно интерпретировать, как загорание «1». Аналогично загорание «2» во втором старшем разряде можно обнаружить когда загорится сегмент g. Индикатор перегрузки должен запрещать работу генератора при появлении логической единицы на выходе g DD6 и логического нуля на выходе a DD7. Работа генератора запрещается сигналом низкого уровня, т.е. индикатор перегрузки должен реализовать следующую булеву функцию:

Таблица

Эта булева функция и реализована на DD3.2, DD1.5.

При появлении ноля на выходе индикатора переполнения на выходе DD1.6 появляется логическая «1» и загорается светодиод HL1.

Устройство индикации данных - УИД (HG1, HG2, HG3, HG4). Состоит из 4-х семисегментных индикаторов и 28-ми ограничивающих резисторов; предназначено для отображения кода в десятичном виде на светодиодных индикаторах. Отдельного преобразователя двоичного кода счетчиков (DD4, DD5, DD6, DD7) в код управления семисегментным светодиодным индикатором не требуется, поскольку ИМС К176ИЕ4, на которых выполнен Сч, содержат выходы управления индикаторами.

В схеме присутствуют резисторы и конденсаторы, рассчет номиналов которых приведен ниже.

1. Задающий генератор должен иметь частоту 100кГц. Для увеличения стабильности частоты (точности вычисления длительности импульса), используют кварцевую стабилизацию. На принципиальной схеме приведена одна из схем построения генератора. Частота импульсов и их стабильность в этом случае у генератора задается параметрами кварцевого резонатора. Для обеспечения частоты 100кГц резисторы и конденсаторы имеют следующие параметры: R1=24кОм, R2=1МОм, С1=16пФ.

2. В УИД используются светодиодные семисегментные индикаторы АЛС 304Б, которые содержат 7 светодиодов с общим катодом.

При этом Uд.пр = 2В, Iд.пр = 5мА, а Uип = 9В. Для обеспечения рабочего режима индикаторов нужно подобрать резисторы так, чтобы токи и напряжения на индикаторах не превышали допустимо возможных. Для ограничения тока, протекающего через семисегментный индикатор, зовать всего один резистор, включенный между общим катодом и землей. В этом случае яркость свечения индикатора будет зависеть от числа светодиодов, задействованных в данный момент.

Например, цифра «1» будет светится ярче, чем цифра «8», так как ток протекающий через резистор будет делится на число задействованных в данный момент индикаторов. Во избежание изменения яркости необходимо использовать 7 резисторов, каждый из которых включен между выходом счетчика-дешифратора и соответству-ющим анодом семисегментного индикатора. Для обеспечения устойчивой работы 4-х индикаторов необходимо взять 28 резисторов. Рассчитаем номинал резистора, обеспечивающий рабочий режим одного светодиода.

R >(Uип - Uд.пр) / ( Iд.пр ) = 1.4 кОм. Возьмем R4… R31 = 1.5 кОм.

Мощность, которую должны обеспечивать резисторы

P=U2/R=49/1500 0,033Вт.

3. Аналогично подбираем резистор для светодиода индикации переполнения АЛ102А, для которого Uд.пр = 2,8В,

Iд.пр = 5мА. R>1240 Ом.

Возьмем R3 = 1.5кОм.

Выбор серии ИМС

При выборе серии ИМС учитывались следующие критерии:

1) получение наиболее простой схемной реализации с использованием специальных ИМС, находящихся в составе серии;

2) Потребляемый микросхемами ток;

3) Быстродействие ИМС.

Этим условиям наиболее удовлетворяет серия К176 и К561 (КМОПТЛ).

В устройстве применены 1 ИМС К561ТМ2, 1 ИМС К561ЛН2, 1 ИМС К561ЛА7, 4 ИМС К176ИЕ4

Их основные параметры приведены в следующей таблице:

Таблица

Учитывая параметры, приведенные в данной таблице, получаем:

Приблизительный ток, потребляемый схемой:

I = 0.3 + 0.15 + 0.15 + 4*2.5 = 10,6мА < 800 мА

Потребляемая схемой мощность приблизительно равна:

U*I = 9В*10,6*10-3А= 95,4 мВт < 4 Вт.

Из приведенной выше таблицы видно, что все ИМС, входящие в схему, имеют достаточные для нормальной работы схемы быстродействие, нагрузочную способность и потребляемую мощность.

импульс устройство генератор индикатор

Таблица. Спецификация

Список использованной литературы

1.Андреев А.А., Ивон А.И., Можаровский Л.А., Рыбка Ю.М., Методические указания к выполнению курсовых проектов по дисциплине «Компьютерная электроника», Днепропетровск, 1997.

2.Угрюмов Е.П., Проектирование элементов и узлов ЭВМ, М, 1992

3.Зубчук Б.И. и др., Справочник по цифровой схемотехнике, К, 1992.

4.Шило В.Л., Популярные цифровые микросхемы, Челябинск, 1988.

Размещено на Allbest.ru