Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
/
Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України Дніпропетровський національний університет ім. Олеся Гончара Факультет фізики, електроніки та комп'ютерних систем
Кафедра ЕОМ
V
Курсова робота
з дисципліни: «Комп'ютерна електроніка»
Виконав: студент групи КІ- 10-1 Матюхін В.М. і
Перевірив: пр©фг=^- кафедри ЕОМ Івон О. І.
Дніпропетровськ 2012
у' ■
Зміст
Вступ З
Розрахунок варіанту завдання 4
Завдання 4
Обґрунтування вибору серії ІМС 5
Розрахунок КС - ланцюгів і ланцюгів індикації 7
Розрахунок для генератора 7
Розрахунок параметрів для пристрою індикації даних 7
Розрахунок параметрів для пристрою індикації переповнення 8
Алгоритм роботи пристрою х 9
Призначення і склад роботи кожного з вузлів 10
Обмежувач амплітуди імпульсів 10
Формувач 10
Задавальний генератор 10
Лічильник 11
Дешифратор 11
Індикатор переповнення 11
Пристрій індикації даних 11
Додаток 1. Схема електрична принципова 12
Додаток 2. Часові діаграми 13
Додаток 3. Схема функціональна 14
Додаток 4. Специфікація 15
Висновок 16
Список літератури 17
Вступ
В даній курсовій роботі з курсу «Комп'ютерна електроніка» представлена розробка цифрового пристрою на основі інтегральних мікросхем малого та середнього ступеня інтеграції. Метою даної роботи є закріплення на практиці отриманих раніше знань з даного курсу та вдосконалення вміння розробки електричних схем. За умовами завдання потрібно розробити пристрій, ЯКИЙ вимірює тривалості Ті поодиноких прямокутних імпульсів напруги високого рівня й видає певний візуальний (світловий) сигнал на семисегментний світлодіодний індикатор. При цьому потрібно враховувати умови, при яких працює пристрій та згідно з ними зробити вибір мікросхеми, яка забезпечує стійку роботу та оптимальну швидкодію.
Розрахунок варіанту завдання Номер залікової книжки 100059. При діленні цього числа на 150 залишається остача 9. Цей варіант відповідає завданню №2.
Завдання
Розробити вимірювач, тривалості поодиноких прямокутних
імпульсів напруги високого рівня. Вимірювання відбувається в інтервалі Ті тіп < Ті < Ті тах і здійснюється шляхом перетворювання тривалості імпульсу Ті у двійково-десятковий код, що керує семисегментним світлодіодним індикатором, який відображує тривалість імпульсу.
Для перетворення тривалості імпульсу в двійково-десятковий код можна використати задавальний генератор і двійково-десятковий лічильник. Період імпульсів задавального генератора Т3 вибирають з умови Т3 < 0,1 Ті тіп, при цьому значення Т3 повинно дорівнювати одиничному інтервалу часу (секунді, мілісекунді, мікросекунді) або його десятій чи сотій часткам.
Абсолютну похибку вимірювання тривалості імпульсу визначає період імпульсів задавального генератора Т3. Для підвищення точності вимірювання рекомендується синхронізувати роботу генератора з переднім фронтом поодинокого імпульсу. При надходженні такого фронту необхідно забезпечити обнуління двійково-десяткового лічильника, який повинен також встановлюватися в нульовий стан при увімкненні напруги живлення. В схемі пристрою забезпечити обмеження амплітуди вхідного сигналу, коли вона перевищує рівень напруги логічної одиниці для обраного типу логіки і індикацію переповнення, коли тривалість імпульсу виходить за межі розрядності індикатора. Вузол переповнення можна реалізувати на тригері до виходу якого підключено елемент індикації на світлодіоді. При наявності переповнення тригер повинен перемикатися у стан, який викликає випромінювання світлодіода.
Рекомендований склад пристрою: обмежувач амплітуди, задавальний генератор, двійково-десятковий лічильник, формувачі сигналу скиду лічильника за фронтом імпульсу та при увімкненні напруги живлення, індикатори тривалості імпульсу і переповнення.
Для пристрою задані наступні характеристики взяті з таблиць завдання:
Інтервали тривалості імпульсів
Ті тіп, 5*10"' секунд Тітах, 10' секунд
Значення струму
Струм не більше 20 мА.
Значення потужності
Потужність, не більше 0,4 Вт.
Період імпульсів задавального генератора
Т3 = 5*10" секунд
Потрібна кількість десяткових розрядів
Тітах/Тз = 10"/5*10" =5000, потрібно 4 десяткових розряди індикатора
Обгрунтування вибору серії інтегральних мікросхем
Вибір однієї серії ІМС забезпечує взаємодію елементів схеми без додаткового узгодження, а також виконання вимог щодо параметрів схеми:
Тому кінцевим вибором буде ІМС - К555 ТТЛ серія.
В пристроєві були використані: 2 ІМС К555ТМ2 (2 В - тригера), 1 ІМС К555ЛН2 (6 логічних елементів НІ), 1 ІМС К555ЛА7 (2 логічних елементи 4І-НІ), З ІМС К555ИЕ2 (чотирьох розрядний двійководесятинний лічильник), З ІМС К555ИД18, 1 ІМС К555ЛА2 (1 логічний елемент 8І-НІ).
|
ІМС |
Р, мВт |
1 зд., не |
Е робоча, МЕц |
|
К555ТМ2 |
44 |
32 |
<10 |
|
К555ЛН2 |
25 |
зо |
< ю |
|
К555ЛА7 |
12 |
зо |
< ю |
|
К555ЛА2 |
10 |
2 |
<10 |
|
К555ИЕ2 |
45 |
50 |
<10 |
|
К555ИД18 |
65 |
100 |
< ю |
Беручи до уваги параметри, що вказані в таблиці маємо: Споживана схемою потужність дорівнює Р = (44+25+12+10+45+65)* 10"3 = 0,201 мВт, що задовольняє умову (Р < 0,4 Вт).
р
Струм, споживаний схемою, буде рівний: І = — = 40,2мА,
що задовольняє умову (І < 80мА).
З приведеної вище таблиці видно, що всі ІМС, що входять в схему, мають достатні для нормальної роботи схеми швидкодію, здатність навантаження і споживану потужність.
Розрахунок КС - ланцюгів і ланцюгів індикації
У схемі присутні резистори і конденсатори, номінали яких ми розрахуємо нижче.
Розрахунок для генератора.
При стабільному живленні, зміна тривалості імпульсів мультивібраторів і частоти генератора на К.С - ланцюгах зазвичай не краще 1% на 15°С
(в разі використання термостабільних конденсаторів). Велику стабільність частоти можна отримати, використовуючи кварцову стабілізацію. На розробленій схемі один з прикладів побудови генератора. Частота імпульсів і їх стабільність в цьому випадку в генераторі задається параметрами кварцового резонатора. Для забезпечення частоти £ = 1 МГц. необхідно підібрати К. і С так, щоб виконувалася умова:
2,2 КС
Опори беремо з таким номіналом Я1 = 24кОм К2 = 1 МОм і знаходимо С=16пФ.
Розрахунок параметрів для пристрою індикації даних (ПІД).
У ПІД використовуються світлодіодні семисегментні індикатори АЛС 304Б, які містять 7 світлодіодів, розташованих у формі вісімки (а..§ - позначення сегментів):
|
7 |
3 |
ОРУ |
|
|
6 |
0 |
ІЕО |
|
|
4 |
с |
а |
|
|
2 1 |
а |
І |
.1" |
|
10 |
і |
л |
1 |
|
9 3 |
9 КА |
9 |
т1 |
При цьому Цд. пр. = 2 В., Ід пр = 5 мА., ІЛсс = 9 В. Для забезпечення робочого режиму індикаторів потрібно підібрати резистори так, щоб струм і напруга на індикаторах не перевищували допустимо можливих. Для забезпечення нормальної працездатності семисегментного індикатора використовуватимемо 7 резисторів, кожен з яких включений між виходом дешифратора і відповідним анодом індикатора.
У схемі використовується 3 семисегментних індикатори, тобто необхідно взяти 21 резистор.
Номінал резисторів розраховуватимемо по такій формулі:
п №СС ~ V д.пр.) , . Л
К > — = 1,4 кОм
і
1 д.пр.
Візьмемо резистори номіналом: 1,5 кОм.
З приведених розрахунків для семисегментних індикаторів типу АЛС 304Б необхідно взяти резистори К4 - Я31 Потюзність яку мАють забезпечувати резистори Р=ІІ2/К=81/1500 «0,054 Вт.
Розрахунок параметрів для пристрою індикації переповнення (III).
Підберемо резистор, для світлодіода індикації переповнення АЛ 102А, для якого: Ид. пр. = 2,8В., Ід. пр. = 5 мА.
і? 12400л*
^ д.пр.
Візьмемо резистор номіналом 1,5 кОм.
Алгоритм роботи пристрою
Суть завдання - підрахунок тривалості вхідного імпульсу. Його
тривалість, підраховується числом тактових імпульсів, які пройшли за час
його дії. Це забезпечується пристроєм з лічильником, що рахує до 5000. При
натисненні кнопки «Старт» пристрій рахує довжину лише першого імпульсу,
що прийшов, після чого припиняє свою працю до наступного натиснення
кнопки. При натисненні кнопки «Старт» пристрій рахує довжину лише
першого імпульсу, що прийшов, після чого припиняє свою працю до
з •
наступного натиснення кнопки. Якщо імпульс довше 1 * 10" с. то пристрій припинить свою роботу і спрацює індикатор переповнення. В цьому випадку пристрій також почне свою роботу при повторному натисненні кнопки «Старт».
Розглянемо склад пристрою і принцип його роботи детальніше. Як вже було сказано вище пристрій складається з наступних вузлів: обмежувач амплітуди імпульсу, формувач, генератор, лічильник, дешифратор, пристрій індикації даних, індикатор переповнення. Функціональна схема роботи пристрою розташована нижче.
Призначення і склад робота кожного з вузлів
Обмежувач амплітуди імпульсу (ОАІ) (УОІ, У02). Складається з двох діодів. Діод УБ1 служить для обмеження верхнього рівня вхідного сигналу (якщо Шх > ІІсс то діод відкриється). Діод У02 служить для обмеження нижнього рівня вхідного сигналу (якщо Шх < 0 то діод відкриється, заземливши вхідний сигнал). При значному збільшенні амплітуди діоди вийдуть зі строю, замкнувши вхідний сигнал на живлення або на землю, залежно від того який рівень перевищений.
Формувач(Ф) (ОБ1.1, ОБ2.1, ВВ2.2) Складається з одного логічного елементу НІ і двох Б-тригерів з пріоритетними входами передустановки К8. Формувач призначений для виділення з послідовності імпульсів лише одного, щоб уникнути постійного перерахунку довжини імпульсу. Такий режим роботи забезпечує малий вжиток живлення, оскільки пристрій споживатиме енергію практично лише у момент дотримання одного імпульсу, виділеного формувачем. У первинному стані обидва тригери встановлюються в нуль, для чого на входи Я подається сигнал логічної одиниці. У такому стані формувач готовий до роботи. По передньому фронту тригер ОБ2.1 перемикнеться, тим самим вирішить роботу задавального генератору ЗГ і одночасно підготує до роботи тригер ТЮ2.2 (сформує логічну одиницю на вході О). Тригер ВВ2.2 встановиться в одиницю по приходу заднього фронту, тим самим заборонить роботу задавального генератора ЗГ. Спрацьовування тригера по задньому фронту забезпечується за допомогою інвертора на вході С. Після проходження одного імпульсу обидва тригери знаходяться в стані логічної одиниці, вихід з якого може бути здійснений лише при натисненні кнопки «Старт» (примусової установки тригерів в нульовий стан).
Задавальний генератор (ЗГ) (ОБ3.1, ВВ1.2, ВВІЗ, БОІ.4, К1, Я2, С) Як вже було сказано вище задавальний генератор має високу стабільність, що забезпечується використанням кварцової стабілізації. ЗГ генерує послідовність прямокутних імпульсів з частотою 1 МГц. Генератор включається і вимикається по команді формувача. Також робота ЗГ може бути зупинена індикатором перевантаження ІП, якщо пристрій індикації даних видасть число 5000, що відповідає максимальній довжині імпульсу 10" с., яку повинен рахувати пристрій. Задавальний генератор "заповнює" один імпульс, виділений формувачем тактових імпульсів. І таким чином
для підрахунку довжини невідомого імпульсу потрібно помножити кількість тактових імпульсів N на їх довжину.
Лічильник (Б04, ОБ5, ОБб). Три двійково-десяткові лічильники ББ4, Б05, ООб включені послідовно і утворюють чотирьох розрядний десятковий лічильник. Мікросхема К555ИЕ2 має 6 входів: тактовий СІ, по якому здійснюється рахунок, С2, 2 входи Я, & установки в нуль і 2 входи Я9, & установки в 9. Лічильник спрацьовує під час переходу сигналу на вході СІ з одиничного стану в нульовий, тобто по задньому фронту (зворотне динамічне управління). Мікросхема К555ИЕ2 має чотири виходи. Таким чином, лічильник, зібраний на 3-х елементах здатний рахувати від 0 до 999, але по умові максимальне значення, що видається лічильником 999. Для виконання цієї умови в схему пристрою включений індикатор переповнення.
Дешифратор (007, 008, БВ9). На виході кожної декади лічильника встановлені дешифратори 007, 008, ОБ9, які формують сигнали управління семисегментними світлодіодними індикаторами Н01...Н03. Складається з трьох мікросхем К555ИД18. Мікросхема К555ИД18 - перетворювач двійково-десяткової коди 1-2-4-8 в сигнали управління семисегментним індикатором, має виходи з відкритим колектором і призначена для управління напівпровідниковими індикаторами із загальним анодом, які підключаються до виходів мікросхеми через обмежувальні резистори. Особливість мікросхеми - можливість гасіння лівих незначущих нулів при індикації багаторозрядних чисел і можливість одночасного включення всіх сегментів індикатора для контролю його справності.
Індикатор переповнення (ІП) (БОЗ.2, ОВ1.5ДЖ2.3) Складається з одного логічного елемента І-НІ, одного логічного елементу НІ і Е)- тригера. ІП забороняє рахунок при появі комбінації з 1 на певних виходах лічильників. Дана комбінація обчислюється таким чином: з певних виходів лічильників знімається сигнал і подається на логічний елемент 8І-НІ. Як тільки на виході елементу 8І-НІ з'являється 0 тригер переводитися в одиничний стан тим самим включає світлодіод і забороняє роботу задавальному генератору.
Пристрій індикації даних (УІД) (НОІ, Н02, НОЗ). Складається з 3-х семисегментних індикаторів і 21-го обмежуючого резистора. УІД призначений для відображення коду в десятковому вигляді на світлодіодних індикаторах.
Висновок
Для виконання завдання, поставленого в даній курсові роботі проведено ретельний аналіз пристрою, який потрібно розробити. Розроблено алгоритм роботи пристрою, а також створено електричну принципову схему за допомогою якої можна використовувати пристрій на практиці. Результати роботи пристрою, можна побачити на часових діаграмах, які було отримано в середовищі моделювання електричних схем МісгоСар.
Список літератури