Преобразователь последовательного кода в параллельный с контролем по коду Хэмминга и с исправлением одиночных ошибок
Разработка модуля последовательно-параллельного преобразователя, предназначенного для передачи информации, принимаемой ЭВМ от удаленного устройства по однопроводной линии связи. Создание комплекта конструкторской документации законченного модуля.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 24.11.2013 |
| Размер файла | 1,5 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
"Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана"
(МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Факультет "Информатика и системы управления"
Кафедра "Компьютерные системы и сети"
Схемотехника ЭВМ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО КОДА В
ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ С КОНТРОЛЕМ ПО КОДУ ХЭММИНГА И
С ИСПРАВЛЕНИЕМ ОДИНОЧНЫХ ОШИБОК
Расчетно-пояснительная записка
к курсовому проекту
Руководитель,
ст. преп. Аристов Б.К.
Исполнитель,
студ. гр. ИУ6-73 Юлдашев А.Н.
2010
Реферат
РПЗ ___ с., рис.8, табл.7, ист.10, прил.2.
ПРОЕКТ, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОДОВ, ПЛАТА ПЕЧАТНАЯ, КАДР ДАННЫХ, ПРОТОКОЛ, КОД ХЭММИНГА, ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ КОД, ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ КОД.
Объектом разработки данного курсового проекта является законченный модуль последовательно-параллельного преобразователя, предназначенный для передачи информации, принимаемой ЭВМ от удаленного устройства по однопроводной линии связи.
Целью работы являлось создание комплекта конструкторской документации законченного модуля.
Целями разработки являлся проектирование функционального устройства ограниченной сложности, построенного на интегральных микросхемах, удовлетворяющего заданным требованиям, и разработка необходимой конструкторской и технической документации на объект разработки. В процессе выполнения курсового проекта были решены следующие задачи: анализ объекта разработки на функциональном уровне, разработка функциональной схемы модуля, выбор элементной базы для реализации объекта и поиск схемотехнических решений, разработка печатной платы, задачи выбора топологии печатных проводников и компоновки печатной платы, разработка сборочного чертежа модуля, расчет временных и электрических параметров.
Результатом проектирования является комплект конструкторской документации для изготовления преобразователя последовательного кода в параллельный, обладающего следующими основными техническими характеристиками:
Скорость передачи данных, Мбайт/с 100.
Скорость приема по каналу, МБод 10.
Потребляемая мощность, Вт, не более 5.
Количество стартовых бит 1.
Количество стоповых бит 1.
Количество байт в кадре 32.
Контроль принятой информации по коду Хэмминга.
Содержание
- Перечень сокращений и условных обозначений
- Введение
- 1. Анализ теребований технического задания
- 1.1 Протокол передачи
- 2. Особенности функциональной схемы устройства
- 2.1 Общий принцип построения функциональной схемы устройства
- 2.2 Исходное состояние
- 2.3 Прием и запись сигнала
- 2.4 Осуществление контроля и исправления по коду Хэмминга
- 2.5 Передача сигнала
- 2.6 Контроль стартовых, стоповых бит
- 3. Особенности принципиальной схемы устройства
- 3.1 Выбор элементной базы
- 3.2 Прием и преобразование данных
- 3.3 Контроль и исправления по коду Хэмминга
- 3.4 Передача данных
- 3.5 Схема контроля
- 3.6 Кварцевый генератор
- 3.7 Конденсаторы
- 3.8 Устранение помех вызванных неиспользованными входами ИМС
- 4. Разработка печатной платы
- 4.1 Выбор способа установки МС
- 4.2 Выбор типа ПП
- 4.3 Трассировка печатного монтажа
- 4.4 Расчет диаметра монтажных изделий
- 4.5 Расчет ширины проводников ПП
- 5. Расчет потребляемой мощности
- Заключение
- Список использованных источников информации
Перечень сокращений и условных обозначений
ППКХОО - преобразователь последовательного кода в параллельный с контролем по коду Хэмминга и с исправлением одиночных ошибок.
ЛЭ - логический элемент
ИМС - интегральная микросхема
ТЭЗ - типовой элемент замены
ПП - печатная плата
КП - контактная площадка
МС - микросхема
ГТИ - генератор тактовых импульсов
Start - стартовый бит
Stop - стоповый бит
CS - контрольная сумма
ER - сигнал ошибки
С - синхросигнал
R - сброс
DC - дешифратор
RG - регистр
Введение
Настоящий проект распространяется на разработку модуля "Преобразователь последовательного кода в параллельный с контролем по коду Хэмминга и с исправлением одиночных ошибок" (ППКХОО), предназначенного для передачи информации, принимаемой ЭВМ от удаленного устройства по однопроводной линии связи.
Сфера телекоммуникаций в настоящее время очень широка и разнообразна. При увеличении расстояний, на которые передаются данные, параллельные связи становятся неприемлемо сложными и дорогими. В этом случае применяют преобразование параллельных данных в последовательные, и наоборот, для их передачи и приема по одной сигнальной линии, которая на сегодняшний момент является наиболее распространенным средством передачи данных (например, такая как обычная телефонная). Приемнику информации необходимо получить последовательный код. Поэтому необходимо применять преобразователи последовательного кода в параллельный, что широко применяется на практике и по своей сути является модемом.
В зависимости от технологии передачи информации и используемой инфраструктуры связи устройства делятся на аналоговые модемы, цифровые модемы, оборудование локальных сетей и др. Разрабатываемое устройство не принадлежит к классу модемов, так как в основе его работы не лежит принципа модуляции/демодуляции. ППКХОО является адаптером, осуществляющим передачу информации в последовательном коде и ее прием ЭВМ в параллельном коде.
Основной функцией разрабатываемого устройства является прием последовательного кода данных, контроль данных по коду Хэмминга и исправление одиночных ошибок далее передачу данных в выходную цепь в параллельном коде. Ключевой схемотехнической проблемой является метод преобразования последовательных данных в параллельный сигнал с учетом требований протокола передачи.
модуль преобразователь передача информация
1. Анализ теребований технического задания
1.1 Протокол передачи
Тракт передачи последовательных данных в общем случае включает в себя источник и приемник данных (ЭВМ), а так же программируемые связные преобразователи кодов (ППКП). Такой тракт соответствует взаимодействию одной ЭВМ (приемник) с внешним устройством ЭВМ (передатчиком), оперирующим параллельными кодами, но находящимся на большом расстоянии от приемника (рис. 1).
Рис.1. Структура тракта передачи данных
Система передачи может быть симплексной, полудуплексной или дуплексной. В первом случае данные передаются только в одну сторону, во втором - в обе, но с разделением во времени, в третьем случае - в обоих направлениях одновременно.
Согласно ТЗ устройство получает данные в последовательном коде и осуществляет их передачу в параллельном по 2 байта. ППКХОО также должен производить контроль по коду Хэмминга с исправлением одиночных ошибок при завершении приема кадра. Исходя из этих условий, заключаем, что симплексная система передачи вполне подходит для применения в разрабатываемом устройстве.
Важнейшее требование правильного приема информации - определение приемником моментов времени, в которые следует воспринимать очередной бит данных. То есть необходимо синхронизация процессов в передатчике и приемнике. Можно связать передатчик с приемником специальной линией для синхронизации. Однако на практике это требует дополнительных расходов, что нерентабельно, тем более, когда можно обойтись одним проводом, применив синхронизацию с помощью генератора, работающего с частотой принимаемого сигнала.
Для передачи данных по длинным линиям связи применяются последовательные интерфейсы. В этих интерфейсах для передачи информации используется одна сигнальная линия, по которой информационные биты передаются последовательно один за другим. Последовательная передача данных может осуществляться в асинхронном и синхронном режимах.
При асинхронном режиме каждому передаваемому байту предшествует стартовый бит, сигнализирующий приемнику о начал посылки, за которым следуют биты данных и, возможно, бит паритета (четности). Завершают посылку один или два стоповых бита.
Стартовый бит следующего байта посылается в любой момент времени после стопового бита, т.е. между передачами возможны паузы произвольной длительности. Стартовый бит, имеющий всегда значение логического нуля, обеспечивает простой механизм синхронизации приемника по сигналу от передатчика. Подразумевается, что приемник и передатчик работают на одной скорости обмена. Внутренний генератор синхронизации приемника использует счетчик - делитель опорной частоты, обнуляемый в момент приема начала стартового бита. Этот счетчик генерирует внутренние стробы, по которым приемник определяет принимаемые биты. Стробы располагаются в середине битовых интервалов, что позволяет принимать данные и при незначительном рассогласовании скоростей приемника и передатчика. При передаче восьми битов данных, одного контрольного и одного стопового бита предельно допустимое рассогласование скоростей, при котором данные будут распознаваться верно, не должно превышать 5%.
При синхронной передаче символы следуют один за другим слитно. Если очередной символ не готов, передача не останавливается, передатчик посылает в линию специальные сигналы синхронизации, до тех пор, пока не сможет передать следующий символ данных. Синхронный обмен повышает скорость передачи данных.
ТЗ на проект содержит такие параметры протокола, как количество стартовых бит, количество стоповых бит. Наличие этих параметров говорит о том, что устройство должно использовать асинхронный метод передачи данных.
Согласно ТЗ, передаваемые данные имеют следующий формат: начало посылки отмечается стартовым битом, за ним следует 12 бит полезной информации (данные) и заканчивается посылка стоповым битом (рисунок 2). Такой формат передачи данных повторяется 32 раза, т.к. длина кадра должна составлять 32 байта.
Рис. 2. Структура передачи данных
В ТЗ на проект скорость передачи задана в бодах и равняется 10 МБод/с. Данные единицы измерения используют для оценки числа состояний канала в секунду (фактически, 1 МБод/с = 1 Мбит/с).
1.1. Выбор схемотехнического решения
Как уже отмечалось ранее, основной проблемой при выборе схемотехнического решения является метод преобразования последовательного кода в параллельный. Для этого в схеме были выбраны:
§ Регистр сдвига, принимающий последовательный код и преобразующий его в параллельный,
§ Регистров хранения, для корректной передачи данных на 16-ти разрядную шину.
Работа модуля состоит из трех видов состояний:
§ Исходное состояние.
§ Прием и запись сигнала.
§ Передача данных на 16-ти разрядную шину.
Согласно ТЗ, требования к параметрам внешней шины, то есть к источнику исходного последовательного кода не предъявляются. Протокол управления ППКХОО со стороны источника последовательного кода не фиксирован заданием на проект. В связи с тем, что сигнал приходит по однопроводной линии в устройство был введен дополнительно генератор, который выполняет управляющую функцию, то есть введены управляющие сигналы, по которым ППКХОО воспринимает информацию и запускает цикл передачи бит и блоков информации.
2. Особенности функциональной схемы устройства
2.1 Общий принцип построения функциональной схемы устройства
Устройство не содержит буфера для хранения совокупности поступающих байт данных, а осуществляет пересылку и прием байт информации по мере поступления. ППКХОО управляется сигналом, работающим с частотой принимаемого сигнала, по которому синхронизируется работа практически всех модулей и пересылка очередного блока данных. Синхронизация устройства - внутренняя. Синхронизирующий сигнал подается с кварцевого генератора с частотой 10 МГц, т.к. согласно ТЗ скорость передачи данных по однопроводному каналу составляет 10 МБод/с.
2.2 Исходное состояние
Биты данных поступают с частотой тактируемого сигнала. Схема готова к приему стартового импульса, при этом разрешена работа регистра сдвига, счетчика битов, счетчика байтов. Все триггеры и счетчики схемы сброшены, обнулены регистры сдвига и регистры хранения для осуществления последующей передачи данных.
2.3 Прием и запись сигнала
При поступлении данных начинает работать счетчик битов, который с помощью сигнала синхронизации позволяет передать поступающие данные (12 разрядов) на два восьми разрядный сдвиговой регистр. Последовательные 12 бит преобразуются в параллельные биты и поступают на регистр хранения. По синхросигналу, соответствующему отсчету именно 12 бит данных, данный регистр передает преобразованные 12 бит на четыре свертки по четности. Здесь на каждой свертке обрабатывается вся группа вместе с ее контрольным разрядом. Выходы сверток образуют 4-разрядный синдром ошибки или корректирующий код К. Синдромные разряды поступают на дешифратор, активный выход которого возбуждает управляемый инвертор (двухвходовой элемент М2) в том разряде в котором произошла ошибка. После контроля и исправления данные (8 бит) поступают на 8 разрядный регистр хранения. По синхросигналу, соответствующему отсчету именно 8 бит данных, данный регистр передает преобразованные 8 бит в регистры, управляемые дешифратором, для посылки их на выходную 16-ти разрядную шину.
2.4 Осуществление контроля и исправления по коду Хэмминга
При передаче информации по некачественным, разделяемым каналам связи возможны ошибки, то есть искажения передаваемой информации. Эти ошибки необходимо выявлять. Контроль приемником информации может быть побайтным и пакетным согласно ТЗ, ППКХОО выполняет пакетный контроль.
Слово разбивается на группы, так чтобы номер каждого разряда однозначно определялся по его принадлежности или непринадлежности к этим группам. Рисунок 3, иллюстрирует принцип построения 15-разрядного слова.
Рис. 3. Структура кодового слова и контрольных групп
Оно состоит из одиннадцати разрядов информационного слова, разряды которого обозначены малыми латинскими буквами, и четырех контрольных разрядов. Контрольные разряды обозначены греческими буквами и показаны размещенными в кодовом слове вперемежку с информационными.
Группы контроля по четности компонуются из разрядов кодового слова по следующим законам:
§ Каждый разряд кодового слова входит в состав стольких групп, сколько единиц содержится в двоичном коде его номера. Так, разряд 4 входит в состав всего одной, 3-й, контрольной группы; разряд 7 входит в состав трех групп: 1, 2 и 3-й;
§ В каждую i-ю контрольную группу входят те разряды кодового слова, в двоичном номере которых в i-й позиции стоит единица. Напр., 3-я контрольная группа включает разряды 4,5,6,7,12,13,14. Такое расположение контрольных разрядов облегчает понимание принципа построения схем формирования этих разрядов.
Функциональные узлы приемной стороны представлены на рис. 4.
Рис. 4. Узлы контроля и коррекции приемника
Разряды принятого контрольного кодового слова поступают на четыре свертки по четности, на каждой сверке обрабатывается вся группа вместе с ее контрольным разрядом. Выходы сверток образуют 4-разрядный синдром ошибки, или корректирующий код К. Если при передаче кодового слова в одном из его разрядов произошла ошибка (на рис.4 в качестве примера крестиком отмечен поврежденный пятый разряд). То будет зафиксировано нарушение четности именно в тех контрольных группах, в состав которых входит неверный разряд. В результате код синдрома ошибки укажет номер неисправного разряда принятого кодового слова. Так, код 0101 есть двоичный номер поврежденного разряда № 5.
Для восстановления слова неверный разряд нужно проинвертировать. Синдромные разряды поступают на дешифратор, активный выход которого возбуждает управляемый инвертор (двухвходовой элемент М2) в том, разряде в котором произошла ошибка. На рис 4, показаны 11 инверторов, обеспечивающих исправление разрядов только информационного слова. Если ошибка не обнаружена, то все синдромные разряды будут нулями, о чем сигнализирует возбужденный нулевой выход S дешифратора. Инверторы при это пропускают принятое слово без изменения.
2.5 Передача сигнала
Как уже отмечалось выше, 8 бит данных после регистра хранения также поступают на матричные регистры, которые управляются дешифраторами. На адресные данные дешифраторов поступают данные с счетчика байт для организации разрешения работы регистров и передачи с них данных по определенному уровню синхросигнала на 16-ти разрядную выходную шину.
2.6 Контроль стартовых, стоповых бит
Данный контроль предусматривает проверку поступления Start, Stop бита. Он основан на вычислении определенных моментов времени с помощью счетчиков битов и байтов, когда контрольные биты должны прийти.
Для стартового бита формируется комбинация выходных значений, соответствующая первому состоянию (0001), а для стопового бита, соответственно, тринадцатое состояние (Start + 12 бит данных). Стоповые биты осуществляют сброс регистров по окончании приема каждого байта данных в кадре, а также управляют счетчиком байт, который следит, чтобы система могла принимать кадр с длинной в 32 байта, и выдает соответствующий сигнал завершения приема END.
3. Особенности принципиальной схемы устройства
3.1 Выбор элементной базы
Учитывая состав основных параметров, при выборе элементной базы следует учитывать несколько основных критериев - быстродействие и суммарную выделяемую мощность. Требования по допустимым климатическим воздействиям можно пока не учитывать, так как практически все современные микросхемы удовлетворяют этим требованиям.
В настоящее время выпускается огромное количество разнообразных цифровых микросхем: от простейших логических элементов до сложнейших процессоров, микроконтроллеров и специализированных БИС (Больших Интегральных Микросхем). Однако в качестве базиса в цифровой схемотехнике принято рассматривать классический набор микросхем малой и средней степени интеграции, в основе которого лежат ТТЛ серии. Эти серии включают в себя функционально полный комплект микросхем, используя который, можно создавать самые разные цифровые устройства.
Согласно ТЗ, потребляемая мощность разрабатываемого модуля составляет 3 Вт, а значит нужно использовать серии микросхем с низкими показателями потребляемой мощности. В таблице 1 указаны основные параметры серий микросхем, которые подходят для разработки ППКХОО.
Таблица 1. Основные параметры ИМС ТТЛ различных серий
|
Серия ИМС |
Потребляемая мощность, мВт |
Задержка распространения, нс |
Максимальная частота, МГц |
Коэффициент разветвления |
|
|
К131 |
22 |
6,0 |
50 |
10 |
|
|
К155 |
10 |
10,0 |
35 |
10 |
|
|
К531 |
19 |
3,0 |
125 |
10 |
|
|
К555 |
2 |
9,5 |
45 |
20 |
Выберем серию ТТЛШ микросхем К555. Принципиальное отличие элементов данной серии - использование транзисторов с коллекторными переходами, зашунтированными диодами Шоттки.
В результате транзисторы микросхем серии К555 не входят в насыщение, что существенно уменьшает задержку выключения транзисторов.
К тому же они значительно меньших размеров, что уменьшает емкости их р-n-переходов. В результате удалось уменьшить потребляемую мощность примерно в 4 раза, по сравнению с серией К155. Также по сравнению с известными сериями логических ТТЛ микросхем имеют малые входные токи. Основные параметры данной серии приведены в таблице 2.
Таблица 2. Основные параметры МС серии К555
|
Параметр |
Серия К555 |
|
|
, мВт (средняя потребляемая мощность) |
2 |
|
|
, нс (средняя задержка времени распространения МС) |
18 |
|
|
, мА (входной ток в лог. "0") |
0.4 |
|
|
, мА (входной ток в лог. "1") |
0.02 |
|
|
, мА (выходной ток в лог. "0") |
8 |
|
|
, мА (выходной ток в лог. "1") |
0.4 |
|
|
N (нагрузочная способность) |
20 |
Стандартные выходные уровни лог. "1" составляют 2,4.2,7В, лог. "0" - 0,36.0,5В. Напряжение питания микросхем серий ТТЛ 5 В 5%. Микросхемы выпускают в пластмассовых корпусах с 8, 14, 16, 20, 24, 28 выводами, температурный диапазон их работоспособности: - 10. +70°С.
3.2 Прием и преобразование данных
Для преобразования поступающих последовательно данных в параллельные данные выберем регистр сдвига К555ИР8. Данная МС представляет собой восьмиразрядный сдвигающий регистр. Она имеет вход С для подачи импульсов сдвига, вход сброса R, два равноправных входа D для подачи сдвигаемой информации, собранных по И, и восемь выходов. Обнуление триггеров регистра производится подачей лог. "0" на вход R. Прием информации со входов D и ее сдвиг в сторону выходов с большими номерами происходят по спадам импульсов отрицательной полярности на входе С. Число выводов корпуса данной МС 14 (используем корпус DIP14). Имеет следующие параметры: =148 мВт, =32 нс.
Для хранения преобразованных данных используем регистр К555ИР35. МС представляет собой восьмиразрядный регистр хранения информации. Параллельная запись информации осуществляется по спаду импульсов отрицательной полярности, подаваемых на вход С. Установка в нулевое состояние происходит при подаче лог. "0" на вход R. Используем корпус DIP20.
3.3 Контроль и исправления по коду Хэмминга
Проверка принятой информации осуществляется после приема каждого байта кадра. В соответствии с электрической принципиальной схемой ее осуществляют элементы К555ИП2 и К555ИП5, соответственно DD16 - DD19 и DD21: A-D - DD22: A-D.
ИМС К555ИП2 - девятиразрядная схема контроля четности, имеющая выходы функций нечетности PO и четности PE (нечетный и четный паритет). При четном числе единиц во входном слове на выходах имеем PE=1, PO=0, при нечетном числе единиц - PE=0, PO=1.
Логический элемент К555ЛП5 реализует операцию "сложение по модулю 2", в результате чего выполняется сравнение значения контрольного бита CS и значения с выхода PE схемы свертки. При образовании логической "1" на выходе элемента DD13: А вырабатывается сигнал ошибки ER, который поступает на общую шину разрабатываемого типового элемента замены. Образование на выходе логического "0" говорит о корректности переданных данных.
3.4 Передача данных
Передача данных осуществляется по 16-ти разрядной шине. Для осуществления этой передачи используем МС К555ИД7 (DD29 - DD31) и два регистра хранения К555ИР27 (DD27 - DD28).
МС К555ИД7 представляет собой дешифратор, имеющий три адресных входа D0 - D2, три входа стробирования V1 - V3, при этом входы V2, V3 - инверсные, восемь инверсных выходов. Лог. "0" на одном из выходов может появиться лишь при единственном разрешающем сочетании сигналов на входах стробирования V.
На инверсных входах должен быть лог. "0", на прямом - лог. "1". При всех других сочетаниях сигналов на входах V на всех выходах микросхемы - лог. "1". Сигнал лог. "0" при разрешающем сочетании на входах появится на том выходе дешифратора, номер которого соответствует десятичному эквиваленту кода, поданному на адресные входы D0 - D2.
МС К555ИР27 представляет собой восьмиразрядный регистр хранения информации. Запись информации в регистр производится по спаду импульса отрицательной полярности на входе С. Регистр имеет инверсный вход разрешения записи V, при лог. "1" на этом входе запись в регистр запрещена. Информация на входах D1 - D8 может меняться как при лог. "0", так и при лог. "1" на входе С. Регистры работают "попарно", для преобразования восьмиразрядных данных в 16-ти разрядные выходные, которые поступают на 16-ти разрядную выходную шину. Сигнал разрешения работы поступает с DC на те регистры, номера которых совпадает с номером байта данных, которого необходимо передать.
3.5 Схема контроля
Данная схема позволяет контролировать время прихода Start и Stop битов. Она состоит из логических элементов И, ИЛИ, И-НЕ (К555ЛЕ, К555ЛИ, К555ЛН), двух триггеров К555ТМ2.
МС К555ТМ2 представляет собой динамический D-триггер, переписывающий данные со входа D по спаду импульса отрицательной полярности на входе С. Он также имеет вход предустановки в "1" (S) и в "0" (R).
Для контроля Start бита используется логическая функция первого состояния схемы: (0001), где - выходы со счетчиков битов (i=0,1,2,3). Используется триггер для установки постоянного значения Start бита, для корректной передачи данных без сбоев. Триггер в данном случае сбрасывается в "0" Stop битом.
Для контроля Stop бита используется логическая функция тринадцатого состояния схемы: (1101), где - выходы со счетчиков битов. Используется триггер для установки постоянного значения Stop бита, как и в предыдущем случае для корректной передачи данных без сбоев. Триггер в данном случае сбрасывается в "0" Start битом.
3.6 Кварцевый генератор
Для работы ППКХОО необходим внешний стабильный ГТИ. Основными требованиями, предъявляемыми к генераторам, являются: частота генерации сигнала, стабильность частоты, возможность управления частотой, форма сигнала и скважность импульсов.
В разрабатываемом модуле генератор должен быть тактовым, т.е. формирующий импульсный периодический сигнал. Скважность сигнала следует взять равной 2, т.к. для элементов схемы не требуется какая-либо разница между импульсами и паузами сигнала. Частота требуемого сигнала должна быть равна 1Мгц.
Реализовать генератор можно двумя способами:
1) Использовать ЛЭ вместе с конденсатором, задающим длительность импульсов.
2) Использовать кварцевый резонатор с ЛЭ, задающим частоту сигнала.
При построении генератора на ЛЭ с использованием конденсаторов получается сигнал с небольшой стабильностью, т.к. при этом возможны смещения сигнала и неравномерность импульсов.
Для достижения большей точности получаемого результата целесообразнее выбрать вариант стабильного генератора, а именно, построенного с использованием кварцевого резонатора. В этом случае сигнал на выходе генератора получается высокостабильным с постоянной скважностью.
Наиболее распространенной и простой схемой кварцевого генератора является схема на 3 инверторах (рис 5).
Рис. 5. Генератор с кварцевым стабилизатором частоты
Разрабатывать генератор по такой схеме стоит, если есть свободные логические элементы, резисторы. Целесообразно использовать в качестве генератора уже готовую микросхему. Была выбрана микросхема KC5032С. Ее технические характеристики представлены в таблице 3.
Таблица 3. Технические характеристики KC5032С.
|
Выходная частота |
(1 - 100) МГц |
|
|
Потребляемый ток |
10 мА |
|
|
Напряжение питания |
5 В |
|
|
Уровень логического нуля |
10% напряжения питания |
|
|
Уровень логической единицы |
90% напряжения питания |
|
|
Время включения |
10 мс |
|
|
Время выключения |
150 нс |
|
|
Диапазон рабочих температур |
-55оC…+125оC |
На рисунке 6 представлены геометрические размеры KC5032С.
Рис. 6. Геометрические размеры KC5032С
3.7 Конденсаторы
Для обеспечения необходимых режимов работы ППКХОО, устранения помех по питанию необходимы конденсаторы.
Для снижения скачков напряжения за счет нестабильности источника питания в непосредственной близости от разъемов необходимо установить электролитические конденсаторы C7, С8 емкостью 33мкФ. Выберем танталовые конденсаторы типа B-case. Характеристики танталовых конденсаторов показаны на рис. 7 и в табл. 4.
Табл. 4. Характеристики танталовых конденсаторов B-case
|
Диапазон номинальных ёмкостей |
10, 15, 33, 47, 100мкФ |
|
|
Номинальные напряжения |
6.3, 10, 16, 20B |
|
|
Допустимые отклонения ёмкости |
20% |
|
|
Полное сопротивление при F= 100 кГц |
0,7.25 Ом |
|
|
Ток утечки |
0,4.4 мкА, но не менее 0,4 мкА |
|
|
Диапазон рабочих температур |
-55. +85°С |
Рис. 7. Геометрические размеры танталовых конденсаторов
Для снижения скачков за счет переходных процессов, проходящих в микросхемах в момент их переключения, установим шунтирующие конденсаторы C1 - C6 емкостью 0,1 мкФ. Данные конденсаторы необходимо установить в непосредственной близости от обслуживаемых корпусов. Согласно рекомендациям по проектированию печатных плат с использованием микросхем серий К155, К555, КР1533 их число определяется одним-двумя конденсаторами емкостью 0,033.0,15 мкФ на каждые четыре - пять микросхем.
Выберем керамические конденсаторы типа SMD (поверхностный монтаж) с диэлектриком X7R в корпусе 0402. На рисунке 8 приведены геометрические размеры таких конденсаторов.
Рис. 8. Геометрические размеры чип конденсаторов в корпусе 0402
3.8 Устранение помех вызванных неиспользованными входами ИМС
Входы, которые не используются в ИМС и остаются разомкнутыми могут оказывать влияние, как на быстродействие схемы, так и на ее помехоустойчивость. Каждый неиспользованный вход ИМС обладает паразитной емкостью по отношению к выводам питания, земли, отдельным элементам ИМС. Для исключения нежелательных эффектов вызываемых этими емкостями неиспользуемые входы должны быть подключены к "плюсу" источника питания через резистор 1 кОм, на принципиальной схеме R1. Один такой резистор обеспечивает подключение 20 входов ЛЭ.
4. Разработка печатной платы
4.1 Выбор способа установки МС
Большинство МС в разрабатываемом модуле имеют корпуса типа DIP со штыревыми выводами (не учитывая конденсаторов и генератора поверхностного монтажа). Такое решение имеет ряд преимуществ:
§ МС в корпусах со штыревыми выводами, как правило, меньше аналогичных в других типах корпусов;
§ монтаж таких корпусов на плату очень прост;
§ МС в DIP корпусах находятся на достаточном расстоянии от платы, чтобы обеспечить нормальное охлаждение;
§ Пайка проводится со стороны, противоположной от корпуса МС, что упрощает монтаж и разводку.
4.2 Выбор типа ПП
Довольно высокая конструкторская сложность разрабатываемого модуля (30 ИМС, 8 конденсаторов на печатную плату (общее число выводов больше 800)) требует применения ДПП, так как стоимость значительно ниже чем у МПП.
Далее нужно выбрать класс точности.
Основными критериями при выборе класса точности ПП являются:
· конструкторская сложность модуля;
· элементная база;
· быстродействие;
· надежность;
· массогабаритные характеристики;
· стоимость;
· условия эксплуатации;
· и др.
Целесообразно взять 3 класс точности ПП, т.к. ЭА 1 и 2 классов точности в основном является бытовой.
Для ЭА 3 класса точности характерно:
1) ЭРИ, имеющие штыревые и планарные выводы;
2) Применение более точного инструмента и оборудования;
3) Использования в качестве материала основания стеклоткани с гальваностойкой фольгой толщиной 35 мкм.
4) Использование сухого пленочного фоторезиста;
5) Мелкосерийное и крупносерийное производство.
Типоразмер ПП определяется согласно ГОСТ 10317-79, исходя из требований ТЗ к максимальному размеру ПП и числа ИМС размещаемых на ПП.
По ГОСТ 10317-79 выбираем ширину и длину ПП.
Таблица 5. ГОСТ 10317-79
|
Ширина, мм |
Длина, мм |
Ширина, мм |
Длина, мм |
Ширина, мм |
Длина, мм |
Ширина, мм |
Длина, мм |
|
|
20 |
30 |
60 |
90 |
100 |
120 |
140 |
150 |
|
|
40 |
100 |
130 |
200 |
|||||
|
30 |
40 |
140 |
ПО |
150 |
150 |
150 |
||
|
40 |
60 |
150 |
.170 |
170 |
||||
|
45 |
75 |
75 |
75 |
120 |
120 |
180 |
||
|
80 |
80 |
140 |
200 |
|||||
|
50 |
60 |
140 |
150 |
160 |
170 |
|||
|
80 |
80 |
130 |
160 |
200 |
||||
|
100 |
140 |
170 |
170 |
180 |
||||
|
150 |
90 |
90 |
180 |
200 |
||||
|
60 |
60 |
120 |
200 |
280 |
||||
|
80 |
150 |
130 |
200 |
200 |
360 |
Принимаем: ширина ПП = 170 мм; длина ПП = 200 мм.
Такие большие размеры ПП объясняются достаточно большим количеством линий связей между МС.
Используемая двухсторонняя ПП изготавливается комбинированным позитивным методом, так он является одним из наиболее распространенных способов.
При выборе материалов основания ПП необходимо обратить внимание на: предполагаемые механические воздействия (вибрации, удары, линейное ускорение и т.п.); класс точности ПП (расстояние между проводниками); реализуемые электрические функции; объект на который устанавливается ЭА; быстродействие; условия эксплуатации; стоимость.
Материал будем выбирать из стеклотекстолитов, т.к. по сравнению с гетинаксами они имеют лучшие механические и электрические характеристики, более высокую нагревостойкость, меньшее водопоглощение, однако, они характеризуются также более плохой обрабатываемостью и более высокой стоимостью. Однако, несмотря на последние два недостатка, данный вид материала более приемлем для основания нашей ПП.
Учитывая метод изготовления ДПП и условия эксплуатации, выбираем материал основания - СТНФ-1-18.
Толщину ДПП определяют по толщине материала. Так как был выбран материал СТНФ-1-18=1 мм (примем первоначально для расчета собственной частоты ПП).
Тогда =1 мм.
Предельное отклонения на суммарную толщину ДПП составляют + (-) 0,2.
Толщина фольги - 0.035 мм.
Данный тип плат применяется в измерительной, вычислительной технике, технике управления и автоматического регулирования (по ГОСТ 23751-86). Эти ПП допускают монтаж элементов на поверхности.
4.3 Трассировка печатного монтажа
Для трассировки печатного монтажа использовалась САПР P-CAD 2004 PCB. Из подпрограммы Schematic был экспортирован в подпрограмму PCB файл сети межэлементных соединений. В PCB вручную было проведено размещение компонентов на ДПП и произведена трассировка печатного монтажа. В процессе трассировки было принято решение о проведении автоматической трассировки из-за достаточно большого количества межэлементных соединений. Параметры, используемые при автоматической трассировке аналогичны тем, что предъявляются к платам, изготавливающимся по третьему классу точности (таблица 6).
Таблица 6. Основные характеристики третьего класса точности
|
Ширина проводника, мм |
0.25 |
|
|
Расстояние между проводниками, мм |
1.0 |
|
|
Минимальная ширина контактной площадки, мм |
0.1 |
|
|
Отношение диаметра отверстия к толщине платы |
0.125 |
|
|
Предельное отклонение ширины проводника, мм |
0.1 |
|
|
Позиционный допуск расположения проводников, мм |
0.05 |
Расчет взаимных помех от двух параллельно идущих проводников не проводится, так как этот параметр автоматически отслеживается пакетом
P-CAD 2004 PCB.
4.4 Расчет диаметра монтажных изделий
Минимальный диаметр металлизированного монтажного отверстия определяют по формуле:
?,
где - толщина ПП, а y - отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине ПП.
=1 мм, у=0,33 (так как 3 класс точности)
Тогда получаем ?1*0,33=0,25 мм, т.е. ?0,33. Номинальный диаметр монтажных отверстий определяют по формуле:
-|?d?+r, где
|?d=0,15 мм - нижнее предельное отклонение диаметра отверстий;
- максимальное значение диаметра вывода ИМС, установленной на ПП; для выводов прямоугольного сечения принимают диагональ;
r - разница между минимальным значением диаметра отверстия и максимальным диаметром вывода, установленной ИМС; её выбирают в пределах 0,1…0,4 мм при ручной установке ЭРИ и в пределах 0,4…0,5 мм при автоматической установке.
Примем равным 0,5 мм.
Возьмём r =0,5 мм, тогда номинальный диаметр монтажных отверстий равен:
d?0,15+0,5+0,5=1,15мм;
Мы получили d > 1 мм, и после сведения к предпочтительному ряду диаметров отверстий получили d = 1,3 мм.
4.5 Расчет ширины проводников ПП
Наименьшее номинальное значение ширины печатного проводника определяют по формуле:
t=+|?|, где
- минимальная допустимая ширина проводника, мм;
|?|=0,10 мм - нижнее предельное отклонение размеров ширины печатного проводника для 3-го класса точности.
Минимальную допустимую ширину проводника определяют по формуле:
= или в нашем случае , где
и - толщина и удельное сопротивление i-го слоя проводника;
k=2 - число сигнальных слоёв;
l - максимально допустимая длина проводника. Примем l=30мм;
=30мА - максимально допустимая плотность тока для медной фольги;
=0,1*5В = 0,5 ВМС;
Медная фольга - h= 18 мкм, p=Ом•мм;
При данных значениях величин, минимальная ширина проводника получается 0,163 мм. Следовательно, реальная ширина при третьем классе точности изготовления ДПП, будет иметь погрешность 0,1 мм. Получаем номинальную толщину около 0,02 мм.
Для шины питания I = P/U = 0,25A. Следовательно, ширина проводника равна 0,4 мм.
5. Расчет потребляемой мощности
Все МС питаются от напряжения +5В. Поэтому для оценки статической мощности применим формулу:
,
где - напряжение питания, а - суммарный потребляемый ток всеми МС. Информация о статической мощности, потребляемой МС, приведены в табл. 7.
Таблица 7. Характеристики МС.
|
Микросхема |
Потребляемая мощность, мВт |
Количество микросхем |
Суммарная потребляемая мощность, мВт |
|
|
К555ИР27 |
147 |
18 |
2646 |
|
|
К555ИР8 |
148 |
2 |
296 |
|
|
К555ИР35 |
135 |
4 |
540 |
|
|
К555ИМ6 |
191,6 |
2 |
383,2 |
|
|
К555ТМ2 |
44 |
2 |
88 |
|
|
К555ЛП5 |
45 |
3 |
135 |
|
|
К555ЛЛ1 |
42 |
2 |
84 |
|
|
К555ИЕ5 |
45 |
3 |
135 |
|
|
К555ЛИ3 |
27 |
2 |
54 |
|
|
К555ЛЕ1 |
34 |
2 |
68 |
|
|
К555ЛИ1 |
23,7 |
2 |
47,4 |
|
|
К555ЛИ6 |
18,5 |
3 |
55,5 |
|
|
К555ЛН1 |
25 |
2 |
50 |
|
|
К555ЛЕ4 |
32,5 |
1 |
32,5 |
|
|
К555ИД7 |
55 |
3 |
165 |
Следовательно суммарная потребляемая мощность равна: =4,779 Вт.
Заключение
В результате выполнения курсового проекта был спроектирован преобразователь последовательного кода в параллельный с контролем по коду Хэмминга и с исправлением одиночных ошибок. Данный преобразователь получает данные по одному проводу, преобразует эти данные в параллельный код, передает их на 16-ти разрядную шину. Также позволяет выполнить контроль правильности преобразования и передачи данных. Это позволяет выполнить контроль по четности, который хоть и не является достаточно эффективным, но все же позволяет выявить некоторые одиночные ошибки. При неверной передачи данных данный преобразователь вырабатывает сигнал ошибки.
Устройство имеет следующие основные технические характеристики (в скобках приведены допустимые значения соответствующих характеристик в ТЗ):
Количество байт в кадре 32 (32).
Скорость приема данных по последовательному каналу, МБод 1 (1).
Разрядность выходной шины, бит 16 (16).
Контроль преобразованных данных по Хэммингу.
Максимально потребляемая мощность, Вт 1,4 (3).
Габариты изделия 17020010 (20020020).
Список использованных источников информации
1. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах: Справочник. - М.: Радио и связь, 1990. - 304 с.: ил
2. Жирков В.Ф. Схемотехника ЭВМ: Методические указания по курсовому проектированию. - М.: изд-во МГТУ, 1986. - 32 с.
3. ГОСТ 2.743-82 Обозначения условные в графических схемах. Элементы цифровой техники.
4. ГОСТ 19480-89 Микросхемы интегральные. Термины, определенья и буквенные обозначения электрических параметров.
5. ГОСТ 17467-88 МС интегральные. Основные размеры.
6. ГОСТ 17021-88 МС интегральные. Термины и определения.
7. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника: Учебное пособие для приборостроительных специальностей вузов. - 2-е изд., перераб. И доп. - М.: Высш. шк. 1991. - 622 с.
8. И.С. Потемкин. Функциональные узлы цифровой автоматики
9. Пирогова Е.В. Проектирование и технология печатных плат: учебник. М.: Форум: ИНФРА-М, 2005. - 560 с.
10. Справочник по конденсаторам: http://www.smd.ru/katalog/ip17/index. khtml
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Проект цифрового устройства для передачи сообщения через канал связи. Разработка задающего генератора, делителя частоты, преобразователя кода, согласующего устройства с каналом связи, схемы синхронизации и сброса, блока питания; оптимизация автомата.
курсовая работа [3,4 M], добавлен 05.02.2013Разработка модуля для вычисления значения функции, который впоследствии подключается к программе ввода исходных данных с контролем допусимого значения в таблицу. Проектирование модуля для работы со строками и для обработки массивов текстовой информации.
курсовая работа [17,8 K], добавлен 24.09.2010Накопление, обработка и распространение информации. Программная и техническая архитектура информационной системы предприятия. Анализ системы обеспечения информационной безопасности и защиты информации. Реализация модуля экспорта отчетной документации.
дипломная работа [9,5 M], добавлен 25.06.2013Использование принципа формирования кода Хэмминга в процессе отладки ошибки. Сложение двоичного числа по модулю в программе и получение кода ошибки для определения разряда, в котором она содержится. Соответствие ошибки определенному разряду операнда.
лабораторная работа [8,0 K], добавлен 29.06.2011Коды Боуза-Чоудхури-Хоквингема как широкий класс циклических кодов, применяемых для защиты информации от ошибок. Особенности коаксиальных магистральных кабелей КМ-4, основное назначение. Способы моделирования передачи информации по кабельной линии связи.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 07.01.2013Создание рабочего модуля аналого-цифрового преобразователя с минимальным количеством микросхем на основе микроконтроллера ATmega8L. Описание блок-схемы АЦП. Схема запуска преобразования. Программа микроконтроллера в среде программирования CodeVision.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 04.10.2013Проектирование преобразователя кода (ПК), рассчет его энергопотребления и быстродействия. Составление таблицы истинности ПК. Написание булевых функций, минимизация и преобразование к выбранному базису. Составление структурной схемы преобразователя кода.
курсовая работа [775,3 K], добавлен 09.02.2009Структурная диаграмма программного модуля. Разработка схемы программного модуля и пользовательского интерфейса. Реализация программного модуля: код программы; описание использованных операторов и функций. Вид пользовательской формы с заполненной матрицей.
курсовая работа [215,3 K], добавлен 01.09.2010Неекспортовані символи ядра. Оптимальний підхід до реалізації пошуку символів у ядрі. Виконання, підміна, додавання та приховання системних викликів. Завантаження модуля ядра із програмного коду та з коду іншого модуля. Робота з UNIX-сигналами.
курсовая работа [84,0 K], добавлен 23.05.2013Расчет статического модуля оперативной памяти и накопителя. Построение принципиальной схемы и временной диаграммы модуля оперативного запоминающего устройства. Проектирование арифметико-логического устройства для деления чисел с фиксированной точкой.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 13.06.2015
