Размещено на http://www.allbest.ru

23

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра «Автоматика и телемеханика»

СИНТЕЗ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ

КОДИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ В КАНАЛ СВЯЗИ

расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине «Теоретические основы автоматики и телемеханики»

Студент гр. 23 Г

С.С. Бауэр

Руководитель

Ст. преподаватель кафедры «АиТ»

С.А. Сушков

Омск 2015

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема: «Синтез автоматической системы передачи кодированных сигналов в канал связи».

Задание: составить схему автомата, предназначенного для передачи (приёма) информационного сообщения через канал связи.

Содержание сообщения: БАУЭР СЕРГЕЙ СЕРГЕЕВИЧ.

Способ передачи (приёма): циклический.

Система кодирования: минимальная.

Модуляция: произвольная.

Скорость передачи (приёма): бит/с.

Параметры канала связи:

- полоса пропускания - от 300 Гц до 3400 Гц;

- входной уровень - от -2,3 Нп до 0 Нп;

- линия - двухпроводная симметричная;

- волновое сопротивление - 120 Ом.

Номер варианта 2.



РЕФЕРАТ

УДК 621.382

Канал связи, делитель частоты, преобразователь кода, задающий генератор, код, схема синхронизации, временная диаграмма, регистр.

В данном курсовом проекте на базе теории переключательных функций, теории полупроводниковых приборов и микропроцессорной техники производится проектирование цифрового устройства для передачи сообщения через канал связи. В процессе проектирования осуществляется разработка задающего генератора, делителя частоты, преобразователя кода, согласующего устройства с каналом связи, схемы синхронизации и сброса, блока питания и прочих устройств с учетом того, чтобы полученный конечный автомат содержал наименьшее число радиокомпонентов, имел оптимальные размеры и минимальную скорость.



СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Составление структурной схемы автомата

2. Выбор элементной базы

3. Функциональная схема автомата

4. Функциональные узлы схемы

4.1 Задающий генератор и делитель частоты

4.2 Преобразователь параллельного кода в последовательный

4.3 Формирователь стартовых импульсов

4.4 Фазовый манипулятор

5. Принципиальная схема автомата

6. Функции выходов преобразователя кода

6.1 Кодирование и минимизация

6.2 Преобразователь кода Ф.И.О

7. Составление временной диаграммы функционирования автомата

8. Схема согласования с каналом связи

9. Расчет блока питания

Заключение

Список использованных источников

Приложение А. Характеристика элементной базы

Приложение Б. Спецификация элементной базы



ВВЕДЕНИЕ

В системах автоматики, телемеханики и связи, а также в измерительных и вычислительных устройствах производится обработка информации, которая представляется как в цифровой, так и в текстовых формах. Для организации обмена информацией, передачи её на значительные расстояния необходимо кодирование информации и представление в требуемом формате.

В конечном итоге любой код преобразуется в двоичный, который может обрабатываться логическими элементами и цифровыми устройствами.

Задача данного проекта состоит в том, чтобы получить конечный автомат (модулятор модема), содержащий наименьшее число радиокомпонентов и имеющий оптимальные размеры. Проектируемое устройство должно соответствовать условиям эксплуатации.

Принципиальная схема автомата строится на микросхемах средней интеграции и на отдельных радиокомпонентах. В качестве элементной базы используются микросхемы серии К561, построенные на КМДШ логике.

В данном курсовом проекте кодируется и подвергается минимизации сигнал БАУЭР СЕРГЕЙ СЕРГЕЕВИЧ. С помощью микросхем К561ЛА8, К561ЛА9 и К561 ЛИ1 реализовываются выходные функции.

Для реализации сигнала необходимо 13 символов. Кодирование символов посылки производится с помощью 5 входов и 4 выходов. На 26 номере такта производится сброс и циклическое повторение кодирования.

Преобразованием сигналов из диаграммы работы автомата получается схема управления преобразователем кода, включающая в себя схему реализации, преобразователь параллельного кода в последовательный, схему формирования старт-стоповых импульсов.

Для того чтобы кодовый сигнал транспортировался с наименьшими потерями при передаче, обеспечивается согласование параметров передающей части автомата с линией связи.

Для функционирования конечного автомата необходимо обеспечить питание. Для питания разрабатываемой схемы выбирается блок питания с типами диодов КС509А и КС516А, так как для микросхем серии К561 необходим очень маленький ток и невысокая стабильность питающего напряжения. цифровой канал связь синхронизация

Данный курсовой был выполнен в соответствии со стандартами : СТП ОмГУПС-1.1-02; СТП ОмГУПС-1.2-05; ОмГУПС-1.3-02.



1. СОСТАВЛЕНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ АВТОМАТА

Автомат содержит:

-задающий генератор с кварцевой стабилизацией (ЗГ);

-делитель частоты для формирования необходимой последовательности импульсов (ДЧ);

-преобразователь кода Ф.И.О. (ПК);

-преобразователь параллельного кода в последовательный (ПП);

-схему согласования с каналом связи (ССКС);

-схему синхронизации и сброса (СС);

-формирователь старт - стопных синхронизирующих импульсов (СИ);

-сумматор старт - стопных синхронизирующих импульсов и последовательного кода ();

-блок питания (БП);

-фазовый модулятор (ФМ).

Структурная схема показана на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Структурная схема автомата



2. ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

Логические схемы любой сложности строятся из элементарных логических элементов, выполняющих следующие логические функции: И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, И-ИЛИ-НЕ. Любое сложное логическое выражение можно заменить набором элементарных выражений. Создан набор микросхем, решающих более сложные задачи, чем элементарные. Если автомат получился сложным для понимания даже самого разработчика, то следует подумать о применении микропроцессора вместо сложной логической схемы.

Данный курсовой проект выполнен без применения микропроцессора. В данном задании подойдут микросхемы любого функционального ряда, однако, предпочтительнее ряд КМДШ - логики, например К561. Основанием для выбора данной серии ИС являются следующие факторы: микросхемы данной серии не требуют большой стабильности питающего напряжения, потребляемый ток невелик и составляет миллиамперы, питающее напряжение имеет широкий диапазон от 9 до 15 В.



3. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА АВТОМАТА

Задающий генератор (ЗГ) генерирует импульсы с частотой 500 кГц и подает эту частоту на делитель частоты (ДЧ), который в свою очередь вырабатывает последовательности импульсов с частотой F=3086,4 Гц, играющей роль несущей частоты, для преобразователя параллельного кода в последовательный (ПП), фазового манипулятора (ФМ) и формирователя старт - стопных синхронизирующих импульсов (СИ). ПП преобразовывает параллельный код, сформированный преобразователем кода (ПК), в последовательный с последующей передачей в формирователь старт - стопных (СИ) импульсов, где к коду добавляются старт - стопные импульсы, и получившийся код поступает в ФМ. Модулированный сигнал поступает на вход схемы согласования с каналом связи (ССКС). Схема согласования согласует параметры сигнала с параметрами линии связи и затем передает его в канал связи.



Рисунок 3.1 - Функциональная схема автомата



4. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УЗЛЫ СХЕМЫ

4.1 Задающий генератор и делитель частоты

Накопленный к настоящему времени опыт показал, что в устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики применение цифровых интегральных микросхем целесообразно не только в узлах цифровой обработки сигналов (разнообразные логические схемы, регистры, шифраторы и т. д.), но и в таких традиционно аналоговых узлах, как генераторы. Использование микросхем при построении автогенераторов позволяет унифицировать технические решения, обеспечивающие высокую стабильность генерируемых частот, создать единообразие конструктивного оформления, снизить номенклатуру комплектующих изделий. Кроме того, такие решения дают возможность отказаться от применения намоточных изделий, отличающихся низкой технологичностью.

Широко используемая схема простого генератора импульсов приведена на рисунке 5.1. Подстроечный конденсатор С₁ нужен для настройки генератора на частоту возбуждения кварца. Примем значение С1=33пФ, С2=15пФ. Результирующее значение емкости С=С₁+С₂=48 пФ. Рассчитаем величину сопротивления по формуле (4.1):

(4.1)

где Fкварц=500 кГц - принятое значение частоты кварцевого резонатора.

По приведённой выше формуле рассчитаем R₁ :

По номинальному ряду Е24 выбираем номинал R₁=24 кОм.

Произведём расчёт делителя. Согласно заданию, максимальная скорость передачи определяется по формуле:

(4.2)

(4.3)

Минимальная скорость передачи:

(4.4)

(4.5)

Из диаграммы работы автомата видно, что одному переданному биту информации соответствует один период частоты С. Следует определить какой необходимо выбрать коэффициент деления при определённой частоте кварцевого резонатора в 500 кГц.

Произведем расчет коэффициента деления по формулам 4.4 и 4.5:

К_дmax = F_кв/F_min, (4.6)

К_дmax = 500000/2560 = 195.3;

К_дmin = F_кв/F_max, (4.7)

К_дmin = 500000/3840 = 130.2; где, F_кв - резонансная частота.

Примем коэффициент деления, равный 162. На основании принятого коэффициента деления произведем расчет несущей частоты частоты по формуле 4.8:



(4.8)

(4.9)

Полученное значение действующей частоты укладывается в диапазон передачи по каналу 300 - 3400 Гц.

Рисунок 4.1 - Схема задающего генератора и делителя частоты

4.2 Преобразователь параллельного кода в последовательный

В качестве основы схемотехнического решения преобразователя параллельного кода в последовательный выбрано устройство, именуемое коммутатор на логических элементах. В общем случае коммутатор это тот же мультиплексор. Отличие только в режимах работы. Если мультиплексор обеспечивает последовательное переключение канал за каналом, то коммутатор кроме мультиплексного режима позволяет одновременное соединение разного количества входов и выходов (микширование).

Разрядность параллельного кода определяется количеством двоичных букв выходного символа посылки (таблица 1). Для нашего примера код выходного слова символа посылки равен четырем разрядам (Y1, Y2, Y3, Y4). Принцип действия коммутатор на логических элементах заключается в том, что десятичный счетчик К561ИЕ8 поочередно на своих выходах выдает значение логического нуля, т. е. в одном такте у нас пять бит, которые поочередно меняют свое значение. В результате после поочередной конъюнкции пяти разрядов выходного параллельного кода с пятью битами, выдаваемыми счетчиком с дальнейшей общей конъюнкцией у нас получится последовательный код за один такт. Далее счетчик сбрасывается, последовательность параллельного кода устанавливается на следующее значение и все повторяются снова.

4.3 Формирователь стартовых импульсов

Передатчик информации может работать вообще без каких-либо синхронизирующих импульсов, конечно, если нет цели принять, а затем декодировать поступившую информацию. В современных модемах алгоритм синхронизации может быть довольно сложным, но в любом случае длинную посылку делят на части. Отдельные последовательные части могут объединяться в более крупные, которые называют кадрами. Для упрощения декодирования размеры кадров в одной посылке стараются сделать одинаковыми. В состав кадра обязательно должны входить стартовые (для определения начала) и стоповые (для определения конца) импульсы, кроме этого могут добавляться другие служебные импульсы (адрес и имя посылки, контрольные суммы, информация для восстановления данных в случае искажения кода из-за помех), импульсы данных. Из общего размера кадра служебные импульсы могут занимать до 50%.

Сложное кодирование осуществляется программным способом на микроконтроллерах. В данном курсовом проекте ограничимся только стартовыми и стоповыми импульсами. Стартовая комбинация должна выглядеть не проще чем 0101, а стоповая - 0000 0000 0000.

Функция зависит от времени, схема должна выдать синхронизирующий код один раз за цикл в начале посылки на месте нулевой комбинации. Формирователь удобно построить на микросхеме десятичного счетчика с дешифратором на выходе К561ИЕ8.

(4.10)

Преобразовав (4.7) к базису К561 серии получим функцию (4.11) для построения принципиальной схемы.

(4.11)

4.4 Фазовый манипулятор

Фазовая модуляция - наиболее защищённая от помех, которая даёт возможность реализации максимальной скорости передачи. Основным недостатком ФМ является сложный алгоритм приёма, но при наличии процессора на приёмном конце качество декодирования в основном определяется программным обеспечением, что активно используется в современных компьютерных модемах. В условиях повышенных помех нужно предусмотреть более гибкий алгоритм ФМ (изменение несущей частоты (C), переменное отношение несущей к входному алфавиту (D) модулятора C/D и их фазы). В данном курсовом проекте эти вопросы не рассматриваем. Модуляцию заменяем манипуляцией со сдвигом фаз на 180⁰.

Принципиальная схема фазового манипулятора представлена на рисунке 7.1. Схемную реализацию получаем при помощи Булевой функции 4.12:



(4.12)



5. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА АВТОМАТА

Из диаграммы работы автомата запишем функции дополнительных схем, необходимых для обеспечения работы, выбранных интегральных микросхем:

- сброс на 26 номере такте;

- окончание кодовой посылки (3 пробела начиная с 23 номера такта).

Выражение, представляющее сумму последовательного полезного кода со старт - стопными импульсами, определяется функцией 8.1

D = Q4 + ST. (7.1)

В дальнейшем сумма 7.1 и ее инверсное значение подаются на вход фазового манипулятора.

В результате проведённых операций получим схему (рисунок 7.1) управления преобразователем кода (СС, ПП и СИ из структурной схемы). В данной схеме несущая частота подается на входы V счетчиков К561ИЕ16. Вход R счетчика К561ИЕ8, входящего в схему преобразователя параллельного кода в последовательный, связан с выходом Q5 этого же счетчика и отвечает за сброс его состояния.

Преобразовав (4.7) к базису К561 серии получим функцию (4.11) для построения принципиальной схемы.

(7.2)

Принципиальная схема фазового манипулятора представлена на рисунке 7.1.

Схемную реализацию получаем при помощи Булевой функции 4.12:

(7.3)

Рисунок 5.1 - Схема управления преобразователем кода

6. ФУНКЦИИ ВЫХОДОВ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ КОДА

6.1 Кодирование и минимизация

Кодирование символов посылки приведено в таблице 1.

Содержание сообщения - фамилия, имя, отчество разработчика: БАУЭР СЕРГЕЙ СЕРГЕЕВИЧ

Посылка содержит 11 различных букв и интервал между словами - всего 12 символов.

Число разрядов кода определяется по формуле 5.1:

(5.1)

где, N=12 - число различных символов, n - разрядность кода.

- количество выходов преобразователя кода.

Таблица 1 - Кодирование символов посылки

Такт	Символ	X5	X4	X3	X2	X1	Nб	Y4	Y3	Y2	Y1
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
0		0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
1	Б	0	0	0	0	1	1	0	0	0	1
2	А	0	0	0	1	0	2	0	0	1	0
3	У	0	0	0	1	1	3	0	0	1	1
4	Э	0	0	1	0	0	4	0	1	0	0
5	Р	0	0	1	0	1	5	0	1	0	1
6		0	0	1	1	0	0	0	0	0	0
7	С	0	0	1	1	1	6	0	1	1	0
8	Е	0	1	0	0	0	7	0	1	1	1
9	Р	0	1	0	0	1	5	0	1	0	1
10	Г	0	1	0	1	0	8	1	0	0	0
11	Е	0	1	0	1	1	7	0	1	1	1
12	И	0	1	1	0	0	9	1	0	0	1
13		0	1	1	0	1	0	0	0	0	0
14	С	0	1	1	1	0	6	0	1	1	0
15	Е	0	1	1	1	1	7	0	1	1	1
16	Р	1	0	0	0	0	5	0	1	0	1
17	Г	1	0	0	0	1	8	1	0	0	0
18	Е	1	0	0	1	0	7	0	1	1	1
19	Е	1	0	0	1	1	7	0	1	1	1
20	В	1	0	1	0	0	10	1	0	1	0
21	И	1	0	1	0	1	9	1	0	0	1
22	Ч	1	0	1	1	0	11	1	0	1	1
23		1	0	1	1	1	0	0()	0()	0()	0()
24		1	1	0	0	0	0	0()	0()	0()	0()
25		1	1	0	0	1	0	0()	0()	0()	0()
26	Сброс	1	1	0	1	0	0	0()	0()	0()	0()
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
0		0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Циклически повторяется

Таблица имеет 32 комбинации, но с такта 23 включительно и до конца кодовая комбинация выходного слова безразлична, потому что этих комбинаций никогда не будет за счет отключения преобразователя кода от линии связи.

Производим минимизацию, для этого строим карту Карно для входного слова. Шаблон карты Карно для входного слова, состоящего из пяти букв, показан на рисунке 5.1



Рисунок 6.1 - Шаблон карты Карно

Методом склеивания объединяем рядом стоящие единичные минтермы. Рядом стоящими считаем те минтермы, у которых разные только одна буква по инверсии, что позволяет (в алгебраическом виде) её заключить в скобки и сократить, получив импликант. Если находим второй импликант, отличающийся также на одну букву по инверсии то, между ними также проводим операцию склеивания и так до тех пор, пока не получим простой импликант. Следовательно, рядом стоящих единиц может быть ряд 2ⁿ где, n=1,2,3…. Клетки содержащие знак "~" необходимо доопределить, т. е. поставить "1" или "0", выбираем те значение, которые дают наименьшее количество букв в минимизированной функции. Из всех возможных импликантов необходимо выбрать оптимальные с учётом других функций автомата с целью использования одних и тех промежуточных частей схемы для различных букв выходного слова преобразователя. Не склеенные клетки дописываем в выходную функцию.



Рисунок 6.2 - Карта Карно выходной функции Y4

Рисунок 6.3 - Карта Карно выходной функции Y3



Рисунок 6.4 - Карта Карно выходной функции Y2

Рисунок 6.5 - Карта Карно выходной функции Y1

6.2 Преобразователь кода Ф.И.О.

Преобразователь кода реализован на инверторах и элементах И-НЕ и ИЛИ-НЕ (К561ЛА7, К561ЛА8, К561ЛА9, К561ЛЕ5, К561ЛИ1) и выполняет функции Y1,Y2,Y3,Y4,Y5.[5,6]

Схема преобразователя кода Ф.И.О. приведена на рисунке 6.7.



Рисунок 6.7, лист 1 - Схема преобразователя кода Ф.И.О.



Рисунок 6.7, лист 2



Рисунок 6.7, лист 3



Рисунок 6.7, лист 4



7. СОСТАВЛЕНИЕ ВРЕМЕННОЙ ДИАГРАММЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АВТОМАТА

Составление диаграммы функционирования автомата имеет цель определения и схемного решения функций других узлов и увязки уже определённых частей передатчика.

Временная диаграмма работы автомата строится с учётом выбранной элементной базы. В данном примере сигналы:

- первого счётчика К561ИЕ8 (Q0, Q1, Q2, Q3, Q4 - выходные параллельные данные, R=Q5 - сброс счетчика);

- счётчика К561ИЕ16 (F_н, С, W1, W2, X1, X2, X3, X4, X5, R);

- ST- стартовый импульс;

- R- сброс всей схемы в исходное состояние (вырабатываются специальной схемой);

- D - последовательный выходной код данных;

- ФМ - фазоманипулированный выходной сигнал.



8. СХЕМА СОГЛАСОВАНИЯ С КАНАЛОМ СВЯЗИ

Для того чтобы наш кодовый сигнал транспортировался с наименьшими потерями при передаче, необходимо обеспечить согласование параметров передающей части автомата с линией связи. Для этого проведем расчет схемы, которая подготовит сигнал к передаче и согласует наше устройство с физической цепью. Схема изображена на рисунке 8.1 и отражает все приведенные ниже расчеты.

В состав схемы согласования с каналом связи входят (Рисунок 8.1): делитель напряжения, составленный из емкости С3, служащей для исключения постоянной составляющей в передаваемом сигнале, и из сопротивлений R2 - R4, предназначенных для регулировки уровня сигнала в допустимых пределах; усилители мощности, выполненные на операционных усилителях DA1 и DA2; фильтр нижних частот (ФНЧ) второго порядка (емкости С4, С5, сопротивления R5, R6, R7 и DA2, выходной каскад на VT1 и VT2); сопротивление согласования R9; изолирующий трансформатор ТR1.[3]

При расчете параметров делителя следует учесть, что на него подается напряжение модулированного сигнала U_м=9, равное напряжению источника питания. При исключении постоянной составляющей на входном делителе напряжение становится равным U_м/2. Падение напряжения на емкости U_С3 не должно превышать 3 % входного напряжения U_м/2, следовательно, можно принять:

(8.1)

Уровень сигнала регулируется сопротивлением R₃ в пределах от 0,078 В до 0,78 В, т. е. падение напряжения на R₃



U_R3 = 0,775- 0,078 = 0,697 В.

Выбрав типовое переменное сопротивление, можно определить входной ток по формуле:

(8.2)

Выбираем сопротивление R₃=18 кОм.

.

При известном токе можно рассчитать сопротивление емкости С₃ по уравнению:

(8.3)

а затем и ее значение:

C₃=1/(2рfX_C3) (8.4)

где f = f_н/2, а f_н - несущая (тактовая) частота, Гц.

Так как Гц

По номиналу выбираем

Значение сопротивления R₂ определяется исходя из того, что известны падение напряжения на емкости С₃ и максимальный уровень передаваемого сигнала, равный 0,52 В:

R₂ = (U_м/2 - U_С3 ? 0,52)/ I_вх. (8.5)

По номиналу R₂=91кОм

Сопротивление R₄ рассчитывается с учетом того, что на нем падает

напряжение, соответствующее минимальному уровню передаваемого сигнала, равному 0,052 В:

R₄ = 0,078/I_вх. (8.6)

По номиналу R₄=2кОм

Для фильтра параметры рассчитывают по формулам:

- полюс коэффициента передачи

(8.7)

, (8.8)

где f=1543,2 Гц - несущая частота

Гц

- добротность контура



(8.9)

Выбираем значение параметров в пределах:

Q_п - от 1 до 5;

Выбираем Q_п=2

R₅ = R₆ = R₇ - от 5 кОм до 500 кОм ;

Примем значение C₆=nC₈

Где n - от 3 до 30

Так как R₅ = R₆ = R₇, то

(8.10)

Тогда:

(8.11)

Выбираем =2,0 = 2000

,по номиналу выбираем =75

- усиление на нулевой частоте

Н = ?R₇/R₅; (8.12)

Получаем Н = ?1.

Из (10.7), (10.8) получаем:

(8.13)

По номиналу R₅ = R₆ = R₇=8.2кОм

Сопротивление R₈ возьмём равным 51 кОм.

Выбираем R₉ = 120 Ом

Рисунок 8.1 - Схема согласования с каналом связи



9. РАСЧЕТ БЛОКА ПИТАНИЯ

Питание автоматической системы осуществляется от стабилизированного источника, подключаемого к сети напряжением 220 В. В состав блока питания входят трансформатор, понижающий напряжение 220 В до 20 В; На выходе моста получаем 28 В. Нам необходимо получить напряжение цифровых микросхем +9, а так же ±15 В для питания операционных усилителей. Частота сети 50 Гц.[2.Гл.1]

Выберем токи: значение тока первой нагрузки возьмем из расчета, что нам необходимо питать около 30 микросхем, каждая из которых потребляет ток в пределах 5 мкА, тем самым нам необходимо 155 мкА, но важно иметь некоторый запас, поэтому примем искомый ток равным 2 мА: I_н1=2 мА.

Значения токов I_н2 и I_н3 берем из сведений по паспортным данным операционного усилителя К140УД14, согласно которым, номинальное значение тока составляет 0,6 мА, у нас таких усилителей 2, плюс необходим запас, поэтому выберем I_н2=I_н3=10 мА.

Токи стабилитронов приняли равными: I_ст1=I_ст2=I_ст3=10 мА, руководствуясь тем, что для стабилитрона 2С516А ток величиной 10 мА входит в его рабочий диапазон 3ч32 мА, а для стабилитрона КС509А - в диапазон 0,5ч42 мА.[3]

Выбранная серия микросхем не требует высокой стабильности питающего напряжения. Выбираем параметрический стабилизатор на стабилитроне. Пульсации напряжения не должны превышать 1%.

Произведём расчет цепи положительной полярности. Она состоит из двух ветвей, одна из которых рассчитана на напряжение +9 В, вторая - на напряжение +15 В.

Общее сопротивление цепи:

; (9.1)

По номиналу выбираем R_экв1 = 625 Ом.

Сопротивление конденсатора С_i не должно превышать 10% от общего сопротивления цепи, то есть:

(9.2)

(9.3)

(9.4)

По номинальному ряду емкостей Е12 выбираем С₁₂=270 мкФ.

(9.5)

По номиналу выбираем R_экв2 = 1 кОм.

По номинальному ряду емкостей Е6 выбираем С₁₃=33 мкФ.

Расчет девяти вольтовой цепи. Выберем стабилитрон КС516А, имеющий напряжение стабилизации U_ст = (9ч10,5) В, и ток стабилизации I_ст = (3ч32) мА. Сопротивление ограничивающего резистора R₁₁ рассчитывается по формуле (9.6).

(9.6)

Рассчитаем мощность P_огр для режима короткого замыкания:

(9.7)

. .

Произведем расчет пятнадцати вольтовой ветви. Выберем стабилитрон КС509А, имеющий напряжение стабилизации U_ст = (13,8-15,6) В, и ток стабилизации I_ст = (0,5ч42) мА.

По номинальному ряду сопротивлений выбираем R₁₀₌ R₁₂ =650 Ом.

Мощность резисторов R₁₀ и R₁₂ рассчитываем по формуле (9.6):

. ,

Фильтрующие конденсаторы выбираем из расчета 0,1 мкФ на 7 корпусов.

29

Рисунок 9.1 - Блок питания



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проделанной работы было выполнено задание на курсовой проект: была построена схема для передачи сообщения Бауэр СЕРГЕЙ СЕРГЕЕВИЧ. Для этого был разработан задающий генератор, делитель частоты с коэффициентом деления К_д=162, преобразователь кода, согласующее устройство с каналом связи, блок питания.

Данный курсовой проект позволяет освоить методику построения цифровых устройств с применением теории переключательных функций.

Таким образом, работа была выполнена. Был построен конечный автомат с помощью микросхем К561ЛА8, К561ЛА9 и К561 ЛИ1, их количество составило 29. Также построены схемы обеспечения устройства питанием и согласования его выходных линий с трактом связи.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. С.А. Сушков, Ю. И. Слюзов., С.В. Гришечко «Синтез автоматической системы передачи кодированных сигналов».Омск 2010.

2. Вересов Г. П., Смуряков Ю. Л. Стабилизированные источники питания радиоаппаратуры. М.: Энергия, 1978. 192 с., ил. (Массовая радиобиблиотека; Вып. 969).

3. Полупроводниковые приборы: Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. Справочник / А. В. Баюков, А. Б. Гитцевич, А. А. Зайцев и др.; Под ред. Н. Н. Горюнова. М.: Энергоиздат, 1982. 744 с., ил.

4. Атаев Д. И., Болотников В. А. Функциональные узлы усилителей высококачественного звуковоспроизведения. М.: Радио и связь, 1989. 144 с.: ил. (Массовая радиобиблиотека. Вып. 1140).

5. Нефёдов А. В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник. Т. 10. М.: Радиософт, 2000. 544с.: ил.

6. Бирюков С. А. Цифровые устройства на МОП интегральных микросхемах. Москва. 1990.



ПРИЛОЖЕНИЕ А. ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

Каждая серия интегральных схем (ИС) имеет определенный набор микросхем различного функционального назначения. Совокупность этих микросхем называют функциональным рядом. В различных сериях существуют микросхемы одинакового функционального назначения, имеющие одинаковую структурную схему, условное обозначение и схему подключения (цоколевку). Однако такие микросхемы имеют отличия в технологии изготовления, различные корпуса и существенные отличия в параметрах. Функциональный ряд ИС наиболее распространенных серий приведен в справочной литературе.

В данном примере подойдут микросхемы любого функционального ряда, однако предпочтительнее ряд КМДШ - логики, например К561. Эта серия выполнена по КМОП технологии и обладает минимальным потреблением тока, следовательно, не требует дополнительного мощного источника питания.

1) Микросхема К561ЛА7

Выполняет логическую функцию 2И-НЕ. Содержит четыре логических элемента. Цоколевка микросхемы и её условное обозначение приведены на рисунке А.1.

Рисунок А.1- Микросхема К561ЛА7



2) Микросхема К561ЛА8

Выполняет логическую операцию 4И-НЕ. Содержит два логических элемента. Цоколевка микросхемы и ее условное обозначение приведены на рисунке А.2.

Рисунок А.2- Микросхема К561ЛА8

3) Микросхема К561ЛА9

Выполняет логическую операцию 3И-НЕ. Содержит три логических элемента. Цоколевка микросхемы и ее условное обозначение приведены на рисунке А.3.

Рисунок А.3- Микросхема К561ЛА9

4) Микросхема К561ЛЕ5

Выполняет логическую операцию 2ИЛИ-НЕ. Содержит четыре логических элемента. Цоколевка микросхемы и ее условное обозначение приведены на рисунке А.4.

Рисунок А.4 - Микросхема К561ЛЕ5

5) Микросхема К561ЛЕ10

Выполняет логическую функцию 3ИЛИ-НЕ. Содержит три интегральных элемента. Цоколевка микросхемы и ее условное обозначение приведены на рисунке А.5.

Рисунок А.5- Микросхема К561ЛЕ10

6) Микросхема К561ИЕ8

Микросхема представляет собой счетчик по модулю 10 с дешифратором. Она выполнена на основе пятикаскадного высокоскоростного счетчика Джонсона и дешифратора, преобразующего двоичный код в сигнал на одном из десяти выводов.

Если на входе разрешения счета V присутствует низкий уровень, счетчик осуществляет счет синхронно с положительным фронтом на тактовом входе С. При высоком уровне на входе V действие входа С запрещается и счет останавливается. Сброс счетчика осуществляется подачей высокого уровня на вход R. Счетчик имеет выход переноса Р. Положительный фронт выходного сигнала переноса появляется через 10 импульсов на входе С и используется как входной сигнал для счетчика следующей декады. Структурная схема счетчика К561ИЕ8 и его условное обозначение приведены на рисунке А.6а, а временные диаграммы работы на рисунке А.6б.

а б

а - условное обозначение;

б - временная диаграмма.

Рисунок А.6- Микросхема К561ИЕ8

7) Микросхема К561ИЕ10

Микросхема содержит два независимых четырехразрядных двоичных счетчика с параллельным выходом. Для повышения быстродействия в ИС применен параллельный перенос во все разряды. Подача счетных импульсов может производиться либо в положительной полярности (высоким уровнем) на вход С, либо в отрицательной полярности (низким уровнем) на вход V. В первом случае разрешение счета устанавливается высоким уровнем на входе V, а во втором случае - низким уровнем на входе С.

Структурная схема и условное обозначение счетчиков типа ИЕ10 приведены на рисунке А.7.При построении многоразрядных счетчиков с числом разрядов более четырех соединение между собой ИС ИЕ10 может производиться с последовательным или параллельным формированием переноса. В первом случае на входе (вывод 1 или 9) следующего каскада счетчика подается высокий уровень с выхода Q4 (выводы 6 или 14) предыдущего каскада.

Рисунок А.7 - Микросхема К561ИЕ10

8) Операционные усилители К140УД14А, К140УД14Б, К140УД14В

Прецизионные операционные усилители с малыми входными токами и малой потребляемой мощностью с защитой выхода при коротком замыкании на корпус или на источник питания. Коррекция АЧХ осуществляется внешними цепями коррекции, подключаемыми к выводам 1 и 8. Микросхемы конструктивно оформлены в корпусе типа 301.8-2.

Рисунок А.8- Операционный усилитель типа К140УД14



Основные параметры при температуре 25±5°С операционных усилителей приведены в таблице 2.

Таблица А1 -Основные параметры операционных усилителей

,В	,В	,мА	,нА	,нА	,мВ	,В	,В		,дБ	,МОм	,МГц
+151.5	-151.5	0.6	2	0.2	2	13	-13	50000	85	302	0.33

¹ Для ИМС 140УД14В =2000.

² Для ИМС 140УД14Б

³ Для ИМС 140УД14А и 140УД14Б

9) Микросхема К561ИE16

Микросхема содержит четырнадцатиразрядный асинхронный счетчик с последовательным переносом. Сброс счетчика в нуль осуществляется импульсом положительной полярности длительностью не менее 550 нс по входу R. Содержимое счетчика увеличивается по отрицательному перепаду (срезу) импульса по входу С. Максимальная частота входных импульсов при Uн.п.=10 В достигает 4 МГц. Устройство имеет выходы от 1,4...14 разрядов. Цоколевка микросхемы и ее условное обозначение приведены на рисунке А.9.

Рисунок А.9 - Микросхема типа К561ИЕ16

10) Микросхема К561ИР9

Микросхема содержит четырехразрядные последовательно-параллельные регистры сдвига. Условное обозначение и цоколевка - приведены на рисунке А.10. Регистр сдвига типа ИР9 содержит два последовательных входа J и К. Если их соединить вместе, то получим простой D-вход.Высокий уровень на входе P/S (переключатель «параллельный режим ввода - последовательный режим ввода») определяет режим параллельного ввода информации с входов D0...D3. Параллельная запись осуществляется асинхронно. Если на входе P/S установлен низкий уровень, то установлен режим последовательного ввода со входов J и К и сдвига информации по фронту (положительному перепаду) синхроимпульсов на входе С. Установка всех триггеров регистра в нулевое состояние осуществляется асинхронно высоким уровнем на входе R. С помощью входа Т/С можно устанавливать на выходах Q0...Q3 прямой код (высокий уровень на входе Т/С) или дополнительный код (низкий уровень на входе Т/С).

Рисунок А.10 - Микросхема типа К561ИР9



ПРИЛОЖЕНИЕ Б. СПЕЦИФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

Таблица Б1- Спецификация элементной базы

Обозначение	Наименование	Количество
	Микросхемы
DD3, DD4, DD11, DD17,DD18	К561ЛА7	5
DD6, DD9, DD10, DD13, DD19	К561ЛА8	5
DD5, DD7, DD8, DD12	К561ЛА9	4
DD14, DD15, DD16, DD20	К176ЛИ1	4
DD1	К561ЛЕ5	1
DD22	К561ЛЕ10	1
DD24	К561ИЕ8	1
DD23	К561ИЕ16	1
DD25	К561ИP9	1
DD2	К561ИЕ10	1
	Кварцевые резонаторы
ZQ1	ГТ 0,5 МГц	1
	Транзисторы
VT1	КТ315B	1
VT2	КТ361B	1
	Операционные усилители
DA1, DA2	К140УД14	2
	Стабилитроны
VD5, VD7	КС509A	2
VD6	2С516А	1
	Диоды
VD1-VD4	Д248Б	4
	Резисторы
R1	МЛТ-0,25-24 кОм±10%	1
R2	МЛТ-0,25-91 кОм±10%	1
R3	МЛТ-0,25-18 кОм±10%	1
R4	МЛТ-0,25-2 кОм±10%	1
R5-R7	МЛТ-0,25-8.2 кОм±10%	3
R8	МЛТ-0,25-51 кОм±10%	1
R9	МЛТ-0,25-120 Ом±10%	2
R10, R12	МЛТ-2-650 Ом±10%	1
R11	МЛТ-1-1 кОм±10%
	Конденсаторы
C1	К10-17б П33 15 пФ±10%	1
C2	К10-17б П33 33 пФ±10%	1
C3	К10-17б Н90 62 нФ±10%	1
C4-C9	К10-17б М1500 0.1 нФ±10%	5
C6	К10-17б M1500 75 пФ±10%	1
C8	К10-17б H90 2 мкФ±10%	1
C10,С11	К10-14в М47 10 мкФ±5%	2
C12,С13	К10-17-2б М47 100 мкФ±10%	3
С14-С21	К10-17б-Н50 0,1 мкФ±10%	7
	Предохранители
FU1	0,15А ПК-30	1
	Трансформаторы
TR1	ТВЗ1-9	1
TR2	ТС-20	1

Размещено на Allbest.ru