СТРУКТУРНАЯ СХЕМА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ УСТРОЙСТВА
РЕФЕРАТ
Наименование дисциплины: «Цифровые устройства и микропроцессоры».
Тема курсового проекта: «Программируемый формирователь импульса заданной длительности с цифровой индикацией длительности».
Число листов в расчётно-пояснительной записке 22.
Состав расчётно-пояснительной записки:
Техническое задание. 1 лист. Требования к устройству.
Введение. 2 листа. Обзор возможных вариантов решения задачи.
Структурная схема и принцип действия устройства. 2 листа. Разработка структурной схемы, описание принципа действия.
Разработка и электрический расчёт узлов устройства. 6 листов. Разработка отдельных узлов, электрические расчёты, составление принципиальной схемы.
Временные диаграммы. 1 лист. Пояснение временных диаграмм работы устройства (приведены в приложении).
Электропитание устройства. 1 лист. Расчёт энергопотребления, выбор источника питания.
Конструкция устройства. 1 лист. Описание конструкции устройства.
Также в курсовой проект включены список использованной литературы и приложения. В приложениях приведена справочная информация по интегральным микросхемам отечественного производства и перечень входящего в состав курсовой работы графического материала и конструкторской документации на разрабатываемое устройство.
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ. 3
2. ВВЕДЕНИЕ. 4
3. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ УСТРОЙСТВА.. 6
4. РАЗРАБОТКА И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ УЗЛОВ УСТРОЙСТВА.. 8
Блок задания кода. 8
Блок индикации. 9
Тактовый генератор. 10
Формирователь пускового импульса. 11
Формирователь счетных импульсов. 11
Формирователь импульса. 12
5. ВРЕМЕННЫЕ ДИАГРАММЫ.. 14
6. ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ УСТРОЙСТВА.. 15
Расчет энергопотребления. 15
Требования к источнику питания. 15
7. КОНСТРУКЦИЯ УСТРОЙСТВА.. 16
ЛИТЕРАТУРА.. 17
ПРИЛОЖЕНИЕ А.. 18
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. 19
ПРИЛОЖЕНИЕ В.. 22
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
Разрабатываемое устройство: Программируемый формирователь импульса заданной длительности с цифровой индикацией длительности.
Предъявляемые требования:
- запускающий сигнал формируется кнопкой;
- частота сигнала опорного генератора 10 МГц;
- длительность выходного импульса 5..30 мкс с шагом 5 мкс.
Состав проекта:
- структурная схема;
- принципиальная схема;
- перечень элементов;
- описание принципа действия и конструкции устройства;
- временные диаграммы, поясняющие работу устройства;
- расчет энергопотребления устройства;
- рекомендации к выбору или разработке источника питания.
ВВЕДЕНИЕ
В соответствии с заданием на проектирование, необходимо разработать Программируемый формирователь импульса заданной длительности с цифровой индикацией длительности.
Может быть выбран один из следующих путей разработки устройства:
- электронно-вакуумные приборы;
- аналоговые полупроводниковые дискретные приборы;
- аналоговые ИМС;
- цифровые ИМС.
Применение первого варианта бесперспективно по следующим причинам:
- высокая энергоёмкость;
- неприемлемые масса и габариты;
- моральная устарелость.
Вариант с дискретными полупроводниковыми приборами следует исключить. Причины:
- сравнительно низкая надёжность;
- сложность настройки.
Аналоговые ИМС лишены большинства перечисленных недостатков, за исключением относительной сложности настройки.
Наиболее приемлемым является использование цифровых ИМС массовых серий. Преимущества такого подхода:
- высокая надёжность;
- хорошие массогабаритные характеристики;
- отсутствие необходимости в настройке;
- низкое энергопотребление;
- высокая доступность элементной базы на рынке;
- ряд других достоинств.
В части конструкции также существуют различные варианты:
- корпусное и бескорпусное исполнение;
- навесной и печатный монтаж;
- выводные компоненты и SMD.
С точки зрения улучшения массогабаритных характеристик предпочтителен печатный монтаж в отверстия или SMD.
Подобное устройство может быть использовано в различных лабораторных установках, предназначенных для тестирования оборудования, проведения исследований и технических измерений, возможно применение данного устройства в качестве составной части устройств и приборов различного промышленного, бытового и специального назначения.
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ УСТРОЙСТВА
Метод форсирования импульса заданной длительности – счёт установленного числа эталонных счётных импульсов. В течение времени счёта присутствует высокий уровень формируемого импульса. Т.о., длительность импульса определяется числом сосчитанных импульсов и кратна их периоду. Структурная схема устройства изображена на рисунке 1.
Рис. 1 – Структурная схема разрабатываемого устройства
Способ задания длительности импульса – ручной, с клавиатуры блока задания кода (БЗК). Задаётся длительность в микросекундах, в заданном диапазоне, с заданным шагом. Полученный код поступает на:
- блок индикации (БИ), осуществляется отображение введённого числа;
- формирователь импульса (ФИ). Осуществляется формирование импульса требуемой длительности.
Способ запуска устройства – ручной, с клавиатуры формирователе пускового импульса (ФПИ). Сформированный импульс разрешает работу ФИ.
Метод формирования счётных импульсов – деление частоты тактового генератора (ТГ). Частота ТГ – 10 МГц, указана в задании. Требуемая частота счётных импульсов:
Гц =1 МГц
Таким образом, формирователь счётных импульсов (ФСчИ) является делителем на 10.
4. РАЗРАБОТКА И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ УЗЛОВ УСТРОЙСТВА
Блок задания кода
Назначение – ввод оператором требуемой длительности импульса. Метод ввода – последовательное нажатие клавиши.
Состав блока:
- клавиша;
- RS-триггер – защита от «дребезга» контактов клавиши;
- двоичный счётчик. Выход Q0 – единицы (0 или 5), выходы Q1, Q2 – десятки (0, 1, 2, 3), выход Q3 – сброс счётчика (подключён ко входу &R0)
Схема БЗК показана на рисунке 2.
Рис. 2 Блок задания кода.
Блок индикации
Назначение – отображение введённого значения длительности импульса.
Состав блока:
- дешифратор двоичного кода в семисегментный – 2 ИМС. Выполняет преобразование кодов;
- семисегментный светодиодный индикатор – 2 ИМС. Обеспечивает индикацию.
Включение – выходы A..G дешифратора подключены к входам A..G индикатора через токоограничивающие резисторы. Сопротивление резистора (номинальный ток светодиода 5..12 мА):
Ом
Отвечающее условиям стандартное сопротивление 420 Ом.
Схема Блока индикации показана на рисунке 3.
Рис. 3 – Блок индикации
Тактовый генератор
Назначение – формирование тактовых импульсов.
Состав:
- логические инверторы – 3 элемента в составе одной ИМС;
- резистивно-ёмкостная обратная связь.
Принцип работы – мультивибратор (автогенератор) с самовозбуждением. Принципиальная схема изображена на рисунке 4.
Рис. 4 – Задающий генератор (автоколебательный мультивибратор).
Расчёт параметров:
Длительность пауз и импульсов определяется соотношением параметров конденсаторов и резисторов:
Здесь: В – напряжение логической единицы;
В – напряжение логического порога.
При и
. Период следования импульсов:
Для заданной частоты:
с
При кОм:
пФ