Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине "Системы цифровой обработки изображения"

Тема:

Разработка контроллера оэс

ВВЕДЕНИЕ

контроллер проектирование программирование

Средства отображения информации являются одной из наиболее быстро развивающихся отраслей современной электроники, для которых характерно широкое использование больших интегральных схем и новых типов электронных индикаторов, основанных на различных физических принципах.

Большую часть информации человек получает по зрительному каналу. Если при этом информация создается или передается электронными средствами, она воспроизводится с помощью средств отображения информации (СОИ), позволяющими воспринимать закодированную электрическими сигналами информацию.

К СОИ относятся устройства коллективного пользования (стадионные, вокзальные и другие виды табло), дисплейные терминалы, индикаторы, встроенные в различные электронные приборы. Соответственно различаются и предъявляемые к этим средствам психофизиологические, энергетические, габаритные и другие требования, которые необходимо учитывать при разработке.

Основным узлом СОИ является индикатор, преобразующий электрические сигналы в видимое изображение. До некоторого времени основным типом индикатора, применяемым в СОИ, была электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Но в настоящее время на смену ЭЛТ пришли матричные индикаторные панели самых различных типов - газоразрядные, электролюминесцентные, жидкокристаллические, управление которых построено на цифровых принципах, что соответствует современным тенденциям развития электроники.

Другим важным компонентом СОИ являются интегральные микросхемы (ИМС). Современные СОИ почти целиком строятся на ИМС со средней и высокой степени интеграции, все шире в них используются микропроцессорные средства.

Развитие СОИ происходит в направлении использования в них как усовершенствованных типов электронно-лучевых индикаторов, так и плоских матричных и других видов индикаторов, которые перспективны для высококачественного отображения информации.

В данном курсовом проекте, в качестве СОИ используется сегментный дисплей на основе вакуумных люминесцентных индикаторов (ВЛИ).

В настоящее время выпускается значительное количество типов ВЛИ: одноразрядные, многоразрядные, сегментные в цилиндрических и плоских баллонах, матричные, аналоговые и др.

Большинство индикаторов выпускается вместе с хорошо организованной схемой управления и питания. Например еще в 1979 г. была выпущена серия из 17 типов полностью укомплектованных алфавитно-цифровых модулей: 9 типов однострочных с матрицей 5*7 и 10, 16, 20, 32, 40 знакоместами, 6 типов однострочных, 14 сегментных индикаторов с 10, 20, 32 знакоместами и 2 типа модулей с 2 и 6 строками по 40 знакомест формата 5*7.

Проектирование СОИ включает в себя выбор типа индикатора и разработку на этой основе структурной схемы СОИ.

1. Анализ технического задания. Выбор индикатора

В соответствии с ТЗ необходимо разработать контроллер с сегментным дисплеем на основе ВЛИ.

Структура схемы в значительной степени определяется применяемой системой адресации индикатора.

Рассмотрим наиболее важные и используемые системы адресации: однокоординатную, двухкоординатную матричную, многоуровневую, адресацию со сканированием.

Система однокоординатной адресации отличается тем, что каждый ЭО имеет два независимых от других ЭО входа, к которым прикладываются сигналы со схемы возбуждения. Очевидно, независимость ЭО друг от друга по управлению сохраняется и тогда, когда для уменьшения числа соединений их вторые управляющие входы объединяются.

Так как входы независимы, то ЭО могут включаться одновременно и на любой промежуток времени, что позволяет организовать статическую индикацию, то есть использовать умеренные значения импульсных яркостей и большие времена выборки.

Преимуществом однокоординатной адресации является также отсутствие жестких требований к параметрам индикатора.

В то же время схемы многоэлементных индикаторов имеют существенные недостатки - большое число каналов управления и выводов индикатора.

Из-за трудности создания индикаторов и схем управления с большим числом выводов, в особенности их соединения между собой, применение методов с однокоординатной адресацией ограничиваются цифровыми СОИ на 3 - 4 ЗМ или буквенными СОИ на 1 ЗМ.

Воспользоваться преимуществом схемы однокоординатной адресации можно, выполнив ее интегрально с индикатором.

Для адресации ЭО в дискретных индикаторах наиболее широко применяется метод двухкоординатной матричной адресации. Здесь каждый выход схемы управления присоединяется к множеству ЭО, причем схема управления разбита на две части, соединенные по строкам и столбцам с управляющими входами ЭО. Включение ЭО происходит тогда, когда сумма сигналов на его входах превысит напряжение включения.

Недостатком является то, что при полном возбуждении определенных ЭО может происходить частичное возбуждение других ЭО, что ухудшает качество изображения.

В статическом режиме можно независимо возбудить любое число ЭО, но только расположенных вдоль одной строки или одного столбца, что позволяет создавать шкалы, но не двумерные изображения. В последнем случае приходится применять динамический режим двухкоординатной адресации.

В динамическом режиме выборка ЭО производится одним из следующих способов: поэлементным, построчным, функциональным.

В поэлементном способе последовательно производится выборка одного ЭО за другим по всему индикаторному полю так, как это делается в растровом дисплее. Для большого числа ЭО поэлементный способ связан с необходимостью использования больших импульсных яркостей и малых времен выборки, то есть мощных импульсных ключей и быстродействующих индикаторов и схем управления ими.

При построчном способе последовательно производится выборка одной строки (столбца) за другой (другим), причем одновременно в каждой строке возбуждаются все необходимые для формирования изображения ЭО.

В данном проекте используется сегментный индикатор, то структура схемы в значительной степени определяется необходимостью двухкоординатной адресации индикаторного поля при минимальной скважности в статическом режиме[6].

Исследования показали, что общая частота ошибок (ошибок и пропусков) при считывании информации с индикаторов зеленого цвета свечения при высоких уровнях внешней освещенности была почти в три раза больше, чем с индикаторов красного цвета свечения, а число ошибок, получаемое за счет пропусков, у индикаторов с зеленым цветом свечения было 35%, с красным 19%. Результаты этих испытаний меняют широко укоренившееся мнение, что считывать информацию с индикатора зеленого цвета легче, чем с красного, так как зеленое свечение почти приближается к пиковому состоянию чувствительности глаза. Объяснением этому может служить контраст изображения, воспринимаемого в определенном цветовом канале, независимо от общего восприятия контраста. Поскольку в эксперименте яркость индикаторов различных цветов была равной, а освещенность фона имеет максимальную световую яркость желто-зеленого свечения, контраст изображения индикатора с красным свечением, принимая во внимание только излучение красного цвета, будет выше, чем у индикаторов зеленого цвета свечения, если учитывать только излучение зеленого цвета.[2]

Был выбран восемнадцати сегментный индикатор ИВ-4.Индикатор буквенно-цифровой одноразрядный вакуумный люминесцентный предназначен для отображения информации в виде букв русского, греческого и латинского алфавитов, цифр, символов и других специальных знаков в средствах отображения информации индивидуального и группового пользования.

Корпус цилиндрический, стеклянный, выводы гибкие. Масса не более 16 г.[2]

Электрические и световые параметры и предельные эксплуатационные данные индикатора приведены в табл. 1.

Таблица 1. Электрические и световые параметры при температуре 25°С и предельные эксплуатационные данные индикатора ИВ-4

На рис. 1 изображен индикатор ИВ-4.

Рис. 1. Индикатор ИВ-4

2. Расчет сетки частоты синхронизации

По эргономическим причинам используют частоты не ниже 72 Гц, для режима отображения светлых символов на темном фоне( для темных символов на светлом - не ниже 85 Гц).Ниже этого значения уже становится становятся заметны мелькания.[5]

Возьмем частоту мерцания экрана равной 100 Гц. Частота мерцания каждого знакоместа (ЗМ) равна будет равна частоте мерцания экрана. Сетка частот системы синхронизации представлена в табл. 2.

Таблица 2Сетка частот системы синхронизации

3. Разработка функциональной схемы

Устройство получает код символа от ИИ и записывает его в буферный регистр с защелкой. Запись слова в буферный регистр осуществляется по разрешающему сигналу записи с тактового генератора. Запись кода в буферный регистр осуществляется по фронту такта синхронизации, поступающего с тактового генератора.

Полученный код символа сравнивается с кодами символов, из которых состоит фамилия студента. Количество уникальных букв в фамилии - 8. Схема выборки знакоместа построена на программируемом запоминающем устройстве(ПЗУ).

Если в буферном регистре находится код символа, который присутствует в фамилии студента, то схема выборки знакоместа разрешает вывод этой буквы на дисплей. Состояние разрешения вывода символа на индикатор не должно сохраняться после исчезновения кода символа во входном буферном регистре.

Дисплей разрабатывается на базе индикатора ИВ-4.

4. Выбор элементной базы и разработка принципиальной схемы устройства

Согласно техническому заданию реализовать разрабатываемый контроллер надо на микросхемах ТТЛ. Достоинством таких микросхем является то, что управляющие сигналы для индикаторов можно получать непосредственно с выходов микросхем, без дополнительных ключей и транзисторов, а также их невысокая стоимость. В данной работе использованы микросхемы серий К155, К555, КР1533.

Буферный регистр DD1 (КР1533ИР23) представляет собой восьмиразрядный регистр на D-триггерах с динамическим C-входом. Входные буферные каскады микросхемы устанавливаются в третье состояние, если на вход разрешения состояния высокого импеданса EZ подано напряжение высокого уровня. Регистр принимает данные с информационных входов D0-D4 по фронту тактового сигнала C и передает их на информационные выходы Q0-Q4 микросхемы. Универсальный регистр хранит полученный код символа до новой записи из внешнего устройства.[7]

Схема выборки знакоместа выполнена на ПЗУ DD2 (К155РЕ). В случае подачи кода символа, присутствующего в фамилии на входы D0-D4 ПЗУ на выходах Q0-Q7 формируется унитарный код соответствующий знакоместу данной буквы, подаваемый на общий анод индикаторов HG1-HG8.

Дисплей разрабатывается на базе индикатора ИВ-4. На выводы сетки соответствующие букве в фамилии студента подано напряжение высокого уровня. Общий анод индикаторов соединен с выходами ПЗУ DD2 Q0-Q7.

Тактовым генератором (ТГ) служит микросхема DD3 (К531ГГ1) [9], представляющая собой генератор, частота которого управляется напряжением.

С целью устранения ВЧ помех в схеме предусмотрено включение по одному керамическому конденсатору на группу микросхем числом не более 10 из расчета 0,002 мкФ на одну ИС. Для устранения НЧ помех вблизи ввода питания устанавливается электролитический конденсатор емкостью не менее 0,1 мкФ на одну ИС. Для фильтрации помех по цепям питания используются конденсаторы С4 и С5.

Конденсатор С4 обеспечивает фильтрацию низкочастотных помех, его емкость составляет С4 = 0,1 мкФ · 3 =0,3 (мкФ).

Конденсатор С5 обеспечивает фильтрацию высокочастотных помех, его емкость составляет С5 = 0,01 мкФ · 3 = 0,03 (мкФ) [7].

Принципиальная схема разрабатываемого устройства приведена в Приложении 2.

Рассчитаем мощность, потребляемую всей схемой, исходя из известных потребляемых токов (мощностей), которые приведены в табл. 3.

Таблица 3. Потребляемые токи (мощности) используемых микросхем

Из приведенных в таблице данных получим суммарную потребляемую мощность:

Р_сс = 5·(80+150000) ·10^-6 + 500= 1,3 (Вт).

Соответственно, теоретически рассчитанная потребляемая мощность схемы относительно невелика.

6. Расчет элементов принципиальной схемы

На выходе генератора надо получить меандр с частотой 500 Гц, которая рассчитывается по формуле:

f = (5 · 10^-4) / C, (1)

где С - емкость конденсатора.

Вычислим емкость конденсатора:

С1 = (5 · 10^-4) / 100 = 5 мкФ.

Выберем конденсатор C0603 емкостью 5,1 мкФ.

В качестве токоограничивающего резисторов R1 и R2 выберем МЛТ-0,5 сопротивлением 1 кОм [8].

7. Выбор графики знаков. Разработка таблицы программирования ПЗУ знакогенератора и выборки знакоместа

Составим таблицу программирования ПЗУ выборки знакоместа DD2. Карта программирования ПЗУ выборки знакоместа приведена в табл. 4.

Таблица 4. Карта программирования ПЗУ выборки знакоместа DD2

8. Разработка печатного модуля устройства

Проектируемая плата относится к классу А. Толщину платы выбираем 2 мм, материал - фольгированный стеклотекстолит.

Все применяемые в схеме микросхемы имеют корпуса DIP с расстоянием между выводами 2,5 мм, поэтому согласно ГОСТ 10317 - 72 выбираем шаг координатной сетки в двух взаимно перпендикулярных направлениях 2,5 мм. Центры монтажных отверстий располагаем в узлах координатной сетки. Полный перечень устанавливаемых элементов приведен в приложении.

Ширину печатных проводников выбираем 0,25 мм.

Контактные площадки изготавливаем произвольной формы, но так чтобы они полностью охватывали монтажные отверстия и имели большую площадь с целью исключения отслаивания фольги при пайке.

Для нанесения изображения на фольгу, в серийном производстве применяется сетчато-графический способ, как более дешевый. Перед нанесением изображения печатных проводников поверхность платы должна быть обезжирена. Изображение печатных проводников наносится кислотостойкой краской. После сушки заготовка с защитным рисунком поступает на химическое травление. Химическое травление осуществляется в травильной ванне раствором хлорного железа. Затем следует промыв, удаление защитного покрытия и нейтрализация кислотных остатков в растворе углекислого аммония и питьевой соды [3].

Трассировка печатной платы была произведена в САПР PCad 2004.

Сборочной чертеж печатной платы приведен в Приложении 3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте был разработан контроллер ОЭС отображения информации. Входная информация в виде пятиразрядного двоичного кода, поступающая от источника, сравнивается с информацией, которую надо отобразить, и на ВЛИ ИВ-4 выводится на сегментный дисплей.

В ходе работы был выбран индикатор. Разработана функциональная схема проектируемого устройства, произведен выбор элементной базы. В соответствии с разработанной функциональной схемой и выбранной элементной базы разработана принципиальная схема. Разработана таблица программирования ПЗУ выборки знакоместа. На конечном этапе разработан печатный модуль одного из функциональных блоков устройства.

ЛИТЕРАТУРА

1. Быстров Ю.А., Литвак И.И., Персианов Г.М. “Электронные приборы для отображения информации”. Москва “Радио и связь”, 1985 г.

2. Васерин Н.Н., Дадерко Н.К., Прокофьев Г.А. Применение полупроводниковых индикаторов,-М.:Энергоатомиздат,1991.

3. Ильин В.А. Технология изготовления печатных плат. - Л.: Машиностроение, 1984.

4. Лебедев О.Н. Микросхемы памяти и их применение. М.: Радио и связь, 1990.

5. Мартыненко Г.В. Обработка, хранение и визуализация цифровых изображений. Учебное пособие по дисциплине «Системы цифровой обработки изображений». - Смоленск: филиал ГОУ ВПО «МЭИ(ТУ)» в г. Смоленск. 2003. - 66 с.

6. Нарышкин А.К. Цифровые устройства и микропроцессоры: Учеб. Пособие для студ. высш. учеб. заведений. - М.: Издательский центр «Академия», 2006. - 320 с.

7. Пароль Н.В., Кайдалов С.А. Знакосинтезирующие индикаторы и их применение,- М.: Радио и связь, 1989. - 128с. ил. - (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1122).

8. Петровский И.И. и др. Логические ИС КР 1533, КР1554. Справочник в 2-х частях. М.: ТОО ”Бином”, 1993

9. Воробьев Н.И. Проектирование электронных устройств: Учеб.пособие для вузов. - М.; Высш.шк., 1989. - 223 с.

10. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. - М.: Радио и связь, 1987 г.

11. Юшин А.М. Оптико-электронные приборы и их зарубежные аналоги. Справочник. Т3, М.: Радиософт, 2000.

Размещено на Allbest